Оценка эффективности вариантов горнотехнических систем высокопроизводительных угольных шахт

Повышение эффективности горных систем высокопроизводительных угольных шахт невозможно без качественно нового подхода к решению задач, их проектирования, невозможно без использования современных математических методов. Эти методы предложены для закрепления опыта и интуиции проектировщиков для получения информации, которая необходима для принятия решения, для тщательного анализа информации. Кроме того, математические методы дают возможность сделать выбор эффективной версии системы горнотехнической системы и ее отдельных элементов. В этом случае необходимо принять уровень полезности, совместимости и приемлемости элементов между собой.

Допустим, технологические решения, которые влияют на эффективность работы горнотехнической системы шахты представляют собой схемы вскрытия и подготовки шахтного поля. Таким образом, затраты на добычу полезных ископаемых, которые определяют вскрытие и подготовку шахтного поля, составляют 40-50% от общих затрат [1, с.16].

Использование технологических решений в проектах по вскрытию и подготовке шахтных месторождений, которые не соответствуют определенным горно-геологическим условиям, создают деконцентрацию горных работ, низкую нагрузку на горизонт, пласт, шахту. Затраты на вскрытие и основные подготовительные работы окупаются в течение длительного периода времени, в связи с этим даже небольшие отклонения основных параметров вскрытия и подготовки шахтных полей (размер шахтного поля, панели, горизонта) от оптимальных решений могут вызвать на увеличение капитальных вложений и эксплуатационных расходов [5, с.276].

Соответственно при формировании опций для горной системы нужно найти такие количественные и качественные параметры будущей горной системы, которые могут предоставить как минимум комплексный критерий производительности, с учетом ограничений по использованию технологических элементов в горно-геологических условиях добычи, при выполнении условия совместимости элементов друг с другом.

Целевой функцией математической модели для формирования опций для системы добычи на шахте является следующая формула:

где Ф_Р – комплексный критерий эффективности р-го варианта горнотехнической системы шахты;

n_ip=

k_i – совокупный коэффициент эффективности l-го элемента.

На область допустимых значений функции Ф_р поставлены следующие ограничения:

– допустимость отдельных элементов горнотехнической системы по

горно-геологическим условиям:

где  множество горно-геологических и горнотехнических условий для l-го элемента горнотехнической системы;

– на совместимость технологических элементов внутри каждого варианта горнотехнической системы:

x_i1,i2=1 при n_i1p*n_i2p=1

где х_i1,_i2 – условие совместимости элементов с номерами l_1р и l_2р [3, с.367].

Существуют требования к математической модели рациональной версии системы добычи:

1. способность оценивать практически все технические и технологические решения в сочетании с горно-геологическими условиями, влияющими на количественные и качественные характеристики горной системы шахты;
2. возможность количественного сравнения альтернативных систем добычи рудника и определение самого лучшего варианта в соответствии принятому критерию оптимальности;
3. математическая модель должна быть достаточно адекватной, реальной для горно-геологических условий и обеспечивать приемлемую погрешность расчета;
4. возможность быстрой корректировки модели при получении дополнительной горно-геологической информации о месторождении;
5. математическая модель должна быть достаточно гибкой для использования в практике проектирования для различных условий существующих шахт.

Совокупный коэффициент эффективности i-го элемента горнотехнической системы шахты определяется из выражения:

=

где δ_ij – относительное отклонение i-го производственно-экономического показателя у i-го элемента горнотехнической системы шахты от эталонного показателя;

φ_ij – функциональная полезность конкретного i-го показателя эффективности j-го уровня горнотехнической системы шахты. Для их установления используют экспертный метод.

Допускаемый эталон горнотехнической системы возникает из самых высоких, прогрессивных экономических показателей работы шахты за t лет. По статистическим данным работы шахты формируется прямоугольная матрица показателей работы шахт района (региона) за t лет, размером m×n, где m – число учитываемых показателей оценки горнотехнической системы и n – количество шахт в данном угольном районе (регионе) [2, с. 253].

На основе матрицы создается эталон производственно-экономических показателей оптимальной горнотехнической системы шахты. Под эталоном шахты следует понимать гипотетическую шахту, которая оснащена наиболее совершенными (на данном уровне) техническими средствами, на которой используются наиболее прогрессивные горнотехнические системы горных работ и создаются самые высокие технико-экономические показатели работы в данном угольном регионе. В каждой строке матрицы стоят оптимальные (эталонные) значения. Данные эталонные значения, несмотря к, какой шахте они относятся, в комплексе и создают условный эталон для данного региона в t-м году.

Совокупная последовательность образования оптимального и множества рациональных вариантов горной системы шахты в соответствии с сформулированной задачей состоит в следующем:

• составляется список уровней и элементов системы майнинга;
• создается структурная модель вариантов системы добычи, в том числе с учетом совместимости отдельных технологических элементов в каждом варианте;
• устанавливаются области применения элементов шахтной системы шахты;
• матрицы совокупных коэффициентов эффективности отдельных элементов технологической системы разрабатываются на основе статистической отчетности по существующим шахтам и результатов экспертного опроса;
• из набора допустимых опций определяется рациональная версия системы майнинга и устанавливается поднабор опций;
• допустимые варианты шахтной системы шахты формируются с учетом горно-геологических и горно-технологических условий и совместимости отдельных элементов.

Структурная схема проектирования рациональной горнотехнической системы угольной шахты представлена на рисунке.

Следовательно, что задача проектирования вариантов для горной системы должна быть решена для всего спектра изучаемых горно-геологических и горно-технологических условий [4, с.35].

Рис. Блок-схема конструирования рациональной горнотехнической системы угольной шахты