книги / Методология проектирования строительства подземных сооружений
..pdfявляется совместное участие этих задач в формирова нии рациональных качественных характеристик добы ваемой руды.
наличие тесной технико-экономической взаимосвязи этих задач, выражающейся в совместном участии в формировании количественных, качественных и эко номических параметров разработки, позволяет объе динить их в общую группу.
На рис. 1.1 приведена принципиальная блок-схема, отра жающая процедуру системного подхода к проектированию рудника [42]. Блок-схема состоит из следующих четырех блоков: базовый блок, блок подготовки производства, блок добычи, блок оценки.
Рис. 1.1. Блок-схема решения проектных задач
Базовый блок включает все исходные материалы на про ектирование, а также нормативно-методическую документа цию, регламентирующую процедуру проектирования. Блок
подготовки производства включает систему автономных мо делей, с помощью которых решаются следующие задачи:
•выбор схемы выемки;
•обоснование порядка отработки запасов;
•выбор схемы вскрытия;
•выбор схемы подготовки.
Блок добычи объединяет систему автономных моделей, предназначенных для решения следующих проектных задач:
•выбор системы разработки;
•выбор средств механизации горных работ;
•определение производственной мощности рудника.
Врамках каждого из двух основных блоков (подсистем) формируется и оценивается некоторая совокупность вариан тов, принимаемых к рассмотрению на завершающей стадии проектирования, которая предусматривает синтез возмож ных технологических схем, их сравнение и выбор наиболее эффективной схемы на основе критерия оптимальности,
обеспечивающего совместный учет всех требований ком плексного освоения недр.
Для этой цели предусмотрен блок оценки, включающий выходные данные по вариантам технологической схемы и экономико-математическую модель, с помощью которой вы полняются расчетные процедуры на стадии сравнительной оценки вариантов.
Для оптимизации технологической схемы рудника с уче том требований комплексного освоения Д.Р. Каплуновым предлагается использовать критерий, представляющий собой максимум суммарного дисконтированного эффекта, полу чаемого в результате освоения месторождения:
s{z,-[tK,.cj.vr*d])5^ T |
(1.33) |
где:
Zi извлекаемая ценность в оптовых ценах (или замы кающих затратах) в 1-ом году, руб.;
Ki “ капитальные затраты в 1-ом году, руб.;
Cj - эксплуатационные затраты без амортизационных от числений на реновацию в i-ом году, руб.;
Y“ - экономический ущерб от потерь полезного ископае мого при добыче в i-ом году, руб.;
С? - затраты (или удорожание проектных решений), свя занные с учетом экологических требований в i-ом году, руб.
В.В. Попов разработал системную методологию проектной деятельности. Данная методология разработана автором на основе структурно-логической схемы проектной деятельно сти, модели творческой деятельности и включает три страте гии:
•прямой оптимизации;
•итерационных приближений, направленных на совер шенствование аналогов и прототипа;
•синтеза новых (пионерных) проектных решений. Структурно-логическая схема проектной деятельности осно
вана на методологии иерархического выбора проектных ре шений подземной разработки рудных месторождений.
В этой методологии выделяются 6 уровней и 2 этапа.
На первом уровне выбирается удовлетворяемая потреб
ность, на втором |
потребительские качества, на третьем |
функциональная |
структура, на четвертом принцип дейст |
вия, на пятом - техническое решение, на шестом - парамет ры. При этом выделяются этап маркетинга или внешнего проектирования, включающий 1-й и 2-й уровни, и этап внут реннего проектирования, включающий 3-й - 6-й уровни.
Однако учитывая то, что выбору всегда предшествуют ло гические операции анализа и синтеза, структурно логическую схему проектной деятельности (без подготовки документации) целесообразнее представлять, как показано на рис. 1.2.
При этом выделяется важное понятие - облик техническо го объекта. Таким образом, 1-й, 2-й уровни (являющиеся по сути техническим заданием), а также 3-й, 4-й, 5-й уровни (облики) включают концептуальное проектирование техни ческого объекта.
Анализ и синтез
1-й уровень
потребностей
Анализ и синтез потребительских 2-й уровень
качеств
Анализ и синтез функциональных 3-й уровень
структур
Анализ и синтез принципов 4-й уровень действия
Анализ и синтез технологических 5-й уровень (конструктивных)
решений
Оптимизация
параметров - технологических 6-й уровень
(конструктивных)
решений
Большая прибыль или большие убытки
На порядок
иболее
Внесколько
раз
30-50%
10-30%
Конкурентоспособные проектныереш ения
Рис. 1.2. Структурно-логическая схема проектной деятельности
На всех этапах проектирования, за исключением оптими зации, используется ряд эвристических методов таких, как функционально-физический и морфологический анализ и синтез, метод контрольных вопросов, аналогии, эвристике ских приемов, алгоритм решения изобретательских задач позволяющих систематизировать поиск наилучшего техниче ского решения.
В качестве критериев прогрессивного развития техники и технологии автор предлагает следующую структуру критери ев:
• функциональные, которые характеризуют важнейшие показатели реализации функций технической системы; технологические, которые характеризуют только тех нологические особенности изготовления и эксплуата ции технической системы; экономические, которые связаны только с экономиче
ской целесообразностью реализации функций с помо щью данной технической системы;
эргономические и экологические, которые связаны с вопросами положительного и отрицательного воздей ствия на людей, природу, вызванного созданием тех нической системы.
В.А. Шестаков в своих исследованиях отмечает, что при решении задач выбора и оценки эффективной технологии разработки месторождений полезных ископаемых примени тельно к современным экономическим условиям очень важ но принимать во внимание не только величину удельной прибыли, но и величину производимой продукции, затрат на ее производство, а также время получения прибыли и про изводства затрат, обеспечивающих ее получение [104]. Важ но иметь в виду, что прежде, чем начнет работать та или иная технология, необходимо либо приобрести, смонтиро вать и освоить те или иные технологические комплексы (комплексы самоходного оборудования на рудных месторож дениях и т.п.), либо пройти дополнительные выработки и выполнить другие работы. Например, чтобы перейти на сис темы с закладкой, надо построить закладные комплексы. Чтобы обеспечить повышение стабильности качества добы ваемого полезного ископаемого, надо построить и оснастить усредлительные склады и т.д. В периоды таких работ будут затрачены значительные средства без какой-либо компенса ции за счет производимой продукции. При разных техноло гиях для того, чтобы начать выдавать полезное ископаемое и получать прибыль (дополнительную прибыль), надо сделать
разные затраты и потратить разное время на выполнение подготовительных работ и освоение нового оборудования.
В общем виде критерий для оценки той или иной предпо лагаемой к применению технологии с учетом разновремен ности затрат и прибыли может быть представлен суммой прибыли за какой-то расчетный период времени или вели чиной удельной прибыли. Сумма прибыли (руб.) определится по формуле:
(1.34)
при n pri = A,(Udi- C di),
где:
tc и tp - время, которое необходимо затратить на подго
товительные работы до начала очистных работ, и расчетное время применения оцениваемой технологии, лет;
Cd| |
затраты на приобретение оборудования и подгото |
вительные работы в i-м году, руб.; |
|
А| |
производственная мощность горного предприятия |
при оцениваемом варианте технологии в i- году, т/год1
Е„| - коэффициент, учитывающий процентную ставку на
кредит для выполнения подготовительных работ в i- году, доли ед.;
4<и и Cdi - извлекаемая ценность добываемого полезного
ископаемого и затраты на ею добычу и переработку в i- году, руб./т.
Удельная прибыль определится по формуле:
(1.35)
1=1
Определив величину предварительных затрат и годовой прибыли по формуле (1.34), можно определить срок окупае мости оцениваемого мероприятия по совершенствованию технологии горных работ, исходя из равенства затрат на предварительные работы и получаемой прибыли по формуле:
S'Cci(i+E„i) |
£ ‘е ° A , (Udi-Cdi) |
------- L-r r r ; (1.36) |
1=1 |
1=1 |
(l+Еш) " |
где:
tPo - расчетный срок окупаемости новой технологии, лет.
Из этих формул видно, что чем больше величина затрат на выполнение подготовительных работ и времени на их осуществление, тем меньше удельная прибыль и больше срок окупаемости варианта разработки.
§ 1.3. Анализ методов проектирования строительства подземных сооружений
Подземные сооружения относятся к классу сложных (больших) систем по следующим признакам:
•система не поддается эксперименту и масштабному физическому моделированию;
•в системе функционируют люди, механизмы, среда;
•система подвержена многим случайным воздействиям;
•система управляема.
Эта система является весьма типичной, трудоемкой и сис тематически действующей сложной системой в шахтном и подземном строительстве. Даже незначительные улучшения в технологии и организации проходческих работ приводят к большой экономии ресурсов.
Разработка и внедрение научно-обоснованной методоло гии проектирования строительства подземных объектов по зволит прогнозировать технические, технологические, эко номические, экологические, социальные и антропогенные последствия принимаемых решений.
Теоретические основы для решения сложных задач про ектирования строительства подземных сооружений создали П.М. Цимбаревич, Б.В. Бокий, Н.М. Покровский и др.
Вопросу моделирования и комплексной оптимизации гор но-разведочных объектов, разработки типовых моделей оценки эффективности способов проведения разведочные выработок посвящены работы В.И. Комащенко, Г.Г. Мухта рова, В.М. Рогинского, Л.Г. Грабчака, В.Х. Ахмета, А.И. По пова, В.Г. Лукьянова, Ш.Н. Мамедова и др.
Вопросы моделирования процесса проведения горных вы работок горнодобывающих предприятий, формирования и оценки технологических вариантов рассматривались в рабо тах Ю.Л. Барона, В.С. Верхотурова, В.Ф. Горбунова, Э.Э Нильвы, Т.И. Павличенко, В.В. Першина, М.И. Устинова, Е.И Рогова, М.Р. Шурубы, П.Л. Лыхина, А.Г. Гузеева и многие других.
Работы В.М. Мосткова, Д.М. Голицынского, В.Г. Храпова Л.В. Маковского, В.Е. Меркина, В.А. Гарбера и др. внесли значительный вклад в теорию проектирования, разработку и совершенствование способов строительства тоннелей раз личного назначения и камер большого поперечного сечения.
Г Г. Мухтаров и В.М. Рогинский, относя к сложной систе ме, технологический процесс проведения горно-разведочньп выработок, включают в нее ряд подсистем (рис. 1.3), характе ризуемых жесткими фиксированными связями.
Основные функции подсистем А, В, С и Д взаимосвязаны конечной целью их реализации является определение такт режимов функционирования, которые обеспечили бы дос тижение заданного результата.
Система
Вход Подсистема |
Подсистема |
Подсистема |
Подсистема Выход |
А |
► В |
► С |
► D |
Рис. 1.3. Характер связей технологической системы А, В, С и Д - соответственно, подсистемы "процесс разрушения гор
ных пород", "процесс проветривания", "процесс погрузки и транс портирования породы", "процесс крепления"
Точное определение оптимального состояния зависит от введенной целевой функции. В подсистеме А (разрушение горных пород) одна из целевых функций выражает необхо димость максимального подвигания выработки за цикл, ми нимальной продолжительности бурения шпуров, заряжания и взрывания, минимальных затрат на производство буро взрывных работ. Аналогично выражаются и другие целевые функции.
Вероятностный характер основных параметров в процессе функционирования производства требуют построения сто хастических моделей, которые более полно и достоверно отображают реальные процессы управления. Случайные факторы, определяющие стохастический характер моделей управления, авторы выделяют в две группы: I - связанные с вероятностным характером основных процессов в системе и II - обусловленные случайным характером процессов управ ления. Применительно к данной сложной системе выделяют ся три взаимосвязанных аспекта оптимизации: технологиче ский (способы ведения проходческих работ); организацион ный (способы оптимизации проходческих работ) и времен ной (выбор наилучших закономерностей развития во време ни).
В качестве критерия оптимальности предлагается ком плексный, или обобщающий (составной), критерий.
Такой критерий может быть образован как сумма част ных критериев с некоторыми коэффициентами, характери зующими степень их важности:
u = <Р\ki + <р2к 2 |
+ - + <рлк„ -►max(mm); |
(1.37) |
где: |
|
|
и - обобщенный критерий; |
|
|
ki>k2’»'>kii - частные критерии;
<р11<р2г"1<рл весовые коэффициенты соответствующих частных критериев.
Коэффициенты <р^ могут быть положительными (<рл >0)
или отрицательными [фш<0). Частным критериям, увеличе