книги / Моделирование технологических схем выемки калийных руд с закладкой

5.5. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ

Имитационные модели и основанное на них программное обеспечение как в первоначальном варианте, так и в последую­ щих модификациях используется УФ ВНИИГ при проектировании технологий очистной выемки. Для получения адекватности в ва­ рианте программного обеспеченния для персональных ЭВМ типа 1ВМ РС соохранена структура алгоритмов. Это достигнуто трансляцией исходных текстов с Фортрана-1У в Фортран-77 пос­ ле перекодировки исходных текстов с ЕС на ПЭВМ РС. Включение систем имитационного моделирования в структуру программного обеспечения диалогового комплекса АРМ "Технолога” осуществ­ ляется посредством дополнительных программ связи инструмен­ тальных систем ПЭВМ с /^-программами. Для их формирования да­ дим краткое описание алгоритмов и идентификаторов последова­ тельно всех технологий буровзрывной очистной выемки.

Выемка калийных пластов буровзрывным способом - многоопе­ рационный процесс, содержащий стандартные функциональные со­ стояния. Особенности их организации как во времени, так и пространстве калийных пластов образуют технологические схемы выемки. Базовой технологией буровзрывных работ на калийных рудниках является отбойка руды веерным способом. Последова­ тельное выполнение трех .основных стадий - бурения, взрывания и уборки - с включением в них вспомогательных операций оп­ ределило структуру программного обеспечения. Принцип его по­ строения заключается в том, что головная программа реализует математическую модель технологического процесса на основе формульного описания величин, рассчитываемых в подпрограм­ мах моделирования процессов бурения, взрывания и уборки руды. Имеется шесть подпрограмм й в, Ж2, В{]у В11ЯЕЫР, \У2,Я№Ру 1ГВОКР, которые используются при моделировании веерной техно­ логии.

Отличительной особенностью технологии буровзрывных работ с «отбойкой руды по полосам равной и разной ширины является раздельное ведение работ по бурению, взрыванию и уборке. Это позволяет использовать три подпрограммы - В1/ЯЕЫР, \У2Я№Ру IIВОЯР - для описания процессов при обработке полос равной ширины. Вспомогательные функции расположены в частях про­ граммы, осуществляющих ввод исходных данных и вывод резуль­ татов на печать. Аналогично подпрограммы В1/ЯЕМ, У/2К\У и VВОЯ моделируют процессы буровзрывной выемки с отбойкой полос равной ширины.

В головной программе расположен информационный базис в его исходном представлении и операторы его преобразования к виду, необходимому для моделирования случайных величин. Про­ цесс моделирования выполняется специальной подпрограммой

Р015К.

Обработка результатов и выдача на печать осуществляется

время настройки и забуривания на скважину; А2 - скорость бу­ рения; АЗ - время наращивания одной штанги; А4 - время очистки шпура от штыба; А5 - случайную составляющую, завися­ щую от количества снимаемых штанг; А6 - длительность переез­ да бурильной установки от ряда к ряду; А7 - длительность простоев бурильной установки в процессе ведения работ; А8 - минимальную производительность работы погрузочной машины по отгрузке руды; А9 - среднюю длину доставки руды; А10 дли­ тельность разгрузки самоходного вагона на скребковый конвейцер; А11 - время на раскладку патронов; А 12 - время на изго­ товление патрона-боевика; А13 - время заряжания порции пат­ ронов; А14 - время заряжания патронов боевика; А16 - время монтажа сети; А17 - простой погрузочно-доставочного комплек­ са; А15 - время отбойки кровли; В, В1, В2, ВЗ - массивы для очистки промежуточных и конечных В4, В5, В6, ВВ1 результа­ тов; КЫЯ - длину скважины.

Аналогичные идентификаторы применяются в остальных шести программах, моделирующих раздельные процессы бурения, взры­ вания и уборки руды.

5.6. ИСХОДНЫЕ ТЕКСТЫ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ МАШИН ВЫЕМКИ

Программное обеспечение системы имитационного моделиро­ вания технологических схем очистной выемки осуществляется комплексом взаимосвязанных программ, совокупность которых можно разделить на следующие группы (табл. 5.3): технологи­ ческие (модули, отражающие работу машин в очистной схеме); системные (обеспечивающие системный характер расчетной схемы имитационного моделирования); функциональные (определяющие математическую модель процесса).

5.6.1. ОПИСАНИЕ МОДУЛЯ 2ГЦГСУ1 ("МОНИТОРА")

Управляющая (головная программа) выполняет следующие функциональные операции:

присваивание начальных значений константам, переменным и элементам массивов системы;

введение карты режима с указанием длительности смены, количества смен, количества сохраняемых реализаций;

введение описания технологии N ходов (А < 16), описания схем проходки (количество комбайнов, слоев) и для каждого комбайна - длина хода, номера ходов (из описания техно­ логии);

введение кода и массива исходных данных функциональных модулей, необходимых для работы данной версии системы;

Таблица 5,3

Комплекс программ имитационного моделирования

введение управляющей карты с указанием кода функциональ­ ного модуля, номеров начальных записей входной и выходной реализации.

Если код модуля корректен, то вызывается соответствующий модуль.

После моделирования одной из машин комплекса вызываются модуля 2ПУСВ2 и/или 2Р]УС05, производящие статистическую об­ работку результатов генерирования грузопотоков функциональ­ ного модуля (БОИ). Полученные результаты подлежат накопле­ нию и корректировке, после чего происходит изменение масси­ ва состояния системы К1, обработанные реализации становятся доступными для записи новых выходных реализаций.

Затем происходит ввод следующей управляющей карты, если карта содержит код окончания данных ввода, то модуль 2Р1/РОУ1 прекращает работу.

После инициализации констант и переменных начинается основной цикл модуля 2,Р\УС02 - прекращение текущего времени и сравнение с базовым временем моделирования. Если время моде­ лирования закончилось, то производится возврат в модуль ”Мо­ нитор”.

В начале (конце) каждой смены производится моделирование подготовительных (заключительных) операций и проверка окон­ чания рабочих смен. ЕсДи рабочие смены закончились, тц моде­ лируется целосменный простой.

Перед началом работы модуля моделируется величина нара­ ботки на отказ, затем поочередно моделируются отказы и работа.

Моделирование основных операций включает: моделирование грузопотока, длины уходки; моделирование отгона (разворота) после окончания хода; моделирование вспомогательных операций при проходке, моделирование подключения бункераперегружателя. Магазинирование комбайном производится сум­ мированием в специальном массиве значений грузопотока и

записью значений грузопотока в выходную реализацию со знаком

У» У»

Время Т окончания хода / комбайна (слоя) / присваивается элементу массива С8ТЕР(/, /) (/* = 1,5; /=1,15), если в по­ следующих модулях считано СОЫСОЬ = 8ТСР (/, 0 значений грузопотока из входной реализации, то считается, это модуль обработки грузопотока, смоделированный комбайном / при про­ хождении I ходов, и элементу 8ТСР (/, 0 присваивается теку­ щее значение Т времени моделирования.

5.6.3. ОПИСАНИЕ МОДУЛЯ ^РЦ^СОЗ ("БУНКЕР-ПЕРЕГРУЖАТЕЛЬ")

Модуль 7,РЦГ<303 моделирует работу, загрузку в бункер руды,

разгрузку бункера (при его максимальном заполнении), отказ. Модуль заканчивает работу, если кончилось время моделирова­ ния или отработан грузопоток, соответствующий заданному ко­ личеству ходов.

При загрузке в выходную реализацию записываются нули, а считанные значения грузопотока суммируются. Если сумма до­ стигла предельного значения ,Р(4) моделируется разгрузказапись в реализацию модификационного грузопотока.

При отказе в реализацию записываются нули. Если задано складирование текущего хода,, то при отказе происходит считы­ вание значений грузопотока, суммирование их в магазине, за­ пись значений грузопотока в выходную реализацию со зна­ ком

Функциональная блок-схема модуля ХРУ/О01 аналогична блоксхеме модуля ХР]УООЗ.

Во время моделирования работы самоходного вагона модели­ руются: загрузка самоходного вагона, движение груженого ваг­ она до конвейера, разгрузка и движение порожнего вагона назад.

Запись ненулевого потока производится только при разгруз­ ке, если нет складирования. Если вагон складирует, то при движении вагона на разгрузку и назад (к бункеру перегружения), производится считывание значений грузопотока из вход­

5.6.5. ОПИСАНИЕ МОДУЛЯ ХШОУ2 ("КОНВЕЙЕР")

После инициализации констант и переменных в начале про­ граммы производится моделирование смещения КЗ. Во время сме­ щения считываемый грузопоток записывается в рабочий массив Х\ в выходную реализацию записываются нули. После прохожде­ ния смещения продолжается моделирование работы конвейера. Во время работы конвейера в выходную реализацию записывается грузопоток из рабочего массива 20. Одновременно массив X за­ полняется значениями грузопотока, считанными из исходной реализации. Если производится слияние грузопотоков (две входные реализации), то считывается грузопоток из второй входной реализации. Значения грузопотоков суммируются и записываются в свободный элемент массива. Во время отказов конвейера в выходную реализацию записываются нули, если нет складирования.

Если конвейер складирует, то во время отказов грузопоток считывается, записывается в входную реализацию со знаком

суммируется в магазине.

Конвейер заканчивает свою работу, если исчерпано время моделирования или обработано количество груза, соответствую­ щее заданному количеству ходов.

Система имитационного моделирования ”Синтранс. Версия П” использовалась для обоснования выбора варианта выемки калий­ ной руды с закладкой выработанного пространства.

6- ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМ ВЫЕМКИ И ЗАКЛАДКИ

Моделирование технологических процессов очистной выемки калийных руд и закладки выработанного пространства позволяет получить объемную информационную модель состояний системы в любом сечении и в любой промежуток (момент) времени. Обра­ ботка определенных массивов данных информационной модели формирует целый ряд показателей, характеризующих динамику функционирования комплексов оборудования, связанных между собой технологическими условиями очистной выемки и закладки. Так, при моделировании определяется следующий вектор пара­ метров: сменный грузопоток (максимальный, минимальный и средний), наработка на отказ (время работы) и восстановление (время отказа), коэффициент пропускной способности (отноше­ ние потенциальных возможностей последующего и предыдущего звеньев, например, в объемах добытой руды) и множество дру­ гих показателей. Математические модели и программное обеспе­ чение расчета данного вектора параметров изложено подробно в предыдущих главах.

Анализ значений указанных параметров позволяет оценивать состояние элементов системы, в качестве которых выступают очистные и закладочные комплексы, транспортные установки, промежуточные звенья. Эта оценка носит локальный харакгер и используется как в процессе эксплуатации оборудования, так и для рекомендаций на их модернизацию. Такой подход обще­ известен и с различной степенью конкретных обобщений исполь­ зуется не только в горнорудной промышленности, но и в других областях.

Представляется существенным следующий, более высокий уро­ вень использования метода имитационного моделирования, ис­ пользующий основное преимущество данного подхода к описанию технических объектов - системный анализ при построении мате­ матических моделей и целостный синтез. При этом изменяется сам характер моделирования сложной технической системы. Из инструмента расчета указанных выше показателей и динамиче­ ских характеристик имитационное моделирование превращается в экспериментальный полигон для испытаний технологических схем (в частности, выемки калийных руд и закладки выработанного ч пространства), а также более крупных технических структур, вплоть до производства в целом. При значительных капитальных затратах на оборудование, подготовительные работы, энерго­ снабжение, научно-исследовательские, проектные и опытно­ конструкторские работы возможность повышения надежности и обоснованности выбора может обеспечить существенную эконо­ мичность технических решений.

Таким образом, становится актуальным вопрос разработки динамической оценки сложной технической системы. В угольной

промышленности имеется целый ряд работ, в которых ставится данная проблема, предлагаются методики расчета показателей для различных технологических схем угольной выемки. В квалиметрии [20] такое измерение качества сложного объекта назы­ вается техническим уровнем. Ниже предлагается конкретная мо­ дель оценки показателя технического уровня на основе целост­ ного воспроизведения процессов функционирования комплексов оборудования, методы расчета и оптимизации.

6.1. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ПРОЗАБОЙНОГО КОМПЛЕКСА

Сделаем следующие предложения при построении функциональ­ ной модели, вытекающие из требований системной оценки ка­ чества объекта:

1.Функциональные связи, определяющие пропускную способ­ ность и производительность, реализуются вектором параметров при моделировании структуры призабойного выемочно­ транспортного комплекса на ЭВМ.

2.Оценка качества функционального элемента (комбайна, бункера-перегружателя и самоходного вагона) численно опреде­ ляется без учета параметра производительности.

3.Конечный вид функциональной модели оценки технического уровня зависит от метода определения коэффициентов зна­ чимости.

Сучетом вышеизложенных предложений общий вид функцио­

где ТУ. - показатель технического уровня системы призабой­ ного комплекса; сс(. - коэффициент фактора значимости г-ого

функционального элемента; * “(().) - функция коэффициента про­

пускной способности г-ого функционального элемента; К%^.)

функция коэффициента пропускной способности системы; К.

Естественно определить соотношение коэффициентов значи­ мости как отношение пропускных способностей функциональных элементов в режимах системы выемочно-транспортных машин. Тогда можно записать следующие уравнения:

У(1):у(2):г(3) = КЧ:К1:К$

Таким образом, определение коэффициентов значимости свя­ зано с расчетом коэффициентов пропускной способности. В свою очередь, по результатам моделирования установлены коэффи­ циенты пропускной способности:

для бункера-перегружателя

щ е г - показатель, зависящий от коэффициента использования грузовместимости бункера-перегружателя; 1Л* - сменная про­ изводительность комбайна, т/смену; для шахтного самоходного

вагона; Ктъв = -аЬ + г 1. ,

(6. 10)

КТК3

Здесь Ь - длина доставки, м; а, Ь, с - коэффициенты уравне­ ния регрессии, зависящие от грузоподъемности самоходного вагона; р - обобщенный фактор, характеризующий эквивалентную нагрузку на самоходный вагон; К у - коэффициент, учитывающий

изменение скорости движения и темпов выемки камеры при из­ менении угла наклона трассы и сечения камеры; Кг - коэффи­ циент готовности ШСВ; К* - коэффициент использования грузо­ подъемности.

Использовав полученные выше зависимости и значения коэф­ фициентов, запишем выражение для определения показателя тех­ нического уровня комплекса

ТУ„ = [?(1)*1Н + у(2Жбпе7* " +

+ у(3)КШСв(-аЬ + - ь | ср)]еГ7Щ”(-аЬ + ~ь \ ср ). <6.1 1 )

Легко убедиться, что

0 < ТУ, « 1.

Действительно, при равных величинах коэффициентов значи­ мости [у(1) «* у(2) - у(3) = -у -] и теоретических пропускных

=. 0 любого функционального элемента ТУ„ - 0.

Выражение (6.11) можно упростиргь, разложив функцию коэф­

фициента пропускной способности бункера-перегружателя в ряд Тейлора