Оценка эффективности вариантов горнотехнических систем высокопроизводительных угольных шахт
научный журнал «Актуальные исследования» #21 (24), ноябрь '20

Оценка эффективности вариантов горнотехнических систем высокопроизводительных угольных шахт

В статье представлены критерии оценки и выбора вариантов проектных решений горнотехнической системы угольных шахт. Представлена разработанная базовая качественная характеристика проектирования горнотехнических систем угольных шахт, определяющая на основе возможности использования отдельных вариантов решений в определенных горно-геологических условиях с учетом общепринятых областей применения и совместимости отдельных элементов.

Аннотация статьи
математическая модель
затраты
оценка эффективности
горнотехническая система угольных шахт
комплексные критерии
матрица
Ключевые слова

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

nip=

k– совокупный коэффициент эффективности l-го элемента.

На область допустимых значений функции Фр 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:

xi1,i2=1 при ni1p*ni2p=1

где хi1,i2 – условие совместимости элементов с номерами l и l [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 δij – относительное отклонение i-го производственно-экономического показателя у i-го элемента горнотехнической системы шахты от эталонного показателя;

φij – 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

Не следует забывать, что проектирование возможных вариантов системы разработки рудника основана на применимости технологических элементов (подсистемы) к условиям создания будущей горнотехнической системы шахты. Когда выбираются параметры горнотехнической системы, вы должны иметь разумное использование элементов, которые соответствуют ограничениям по горно-техническим и горно-геологическим условиям. Осуществление данных областей для каждого элемента, который участвует в составлении вариантов, основано на практике, результатах научных исследований, методологиях и рекомендациях. Составленные данные об областях применения элементов представляют основу для формирования матрицы и ограничений на горно-геологические и горно-геологические условия и на использование отдельных элементов [2, с.255].

Таким образом, мы считаем, что результаты обработки статистической технико-экономической информации существующим на шахте и специальному экспертному опросу, можно будет определить комплексные коэффициенты эффективности отдельных элементов системы добычи на шахте.

Текст статьи
  1. Мельник В.В., Васючков Ю.Ф., Ивков М.А., Ютяев А.Е. Научно-методические основы проектирования горнотехнических систем отработки запасов крупномасштабных месторождений на базе сочетания различных геотехнологий. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2014.- №12 (специальный выпуск) – 16с.
  2. Оганесян Н.К., Агафонов В.В., Ютяев А.Е., Беляев В.В. Комплексная оптимизация структурных элементов технологических схем угольных шахт. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2016. - №2. – С.253-259.
  3. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. – М.: Высшая школа, 1989. – 367с.
  4. Рубан А.Д. Направления совершенствования технологической базы угольной промышленности. – М.: Уголь №1.2001. – С. 35-36.
  5. Шевяков Л.Д. Основы теории проектирования угольных шахт. - М.: Углетехиздат, 1958. – 276с.
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 01 декабря по 15 декабря
Осталось 13 дней до окончания
Препринт статьи — после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии
19 декабря
Загрузка в elibrary
19 декабря
Рассылка печатных экземпляров
23 декабря