книги / Методология проектирования строительства подземных сооружений

проходка и армирование шахтного ствола (ТПС); проходка околоствольных выработок и их оснащение (ТОВ);

•проходка квершлагов вскрытия (ТПК);

•проходка выработок разведочной сети (ТПС).

На последнем этапе практически полностью формируется структура шахты. На этом этапе выделяются следующие структурно-функциональные звенья (подсистемы):

•забойная группа работ (ТЗ);

•подземный транспорт (РТ);

•подъем (П);

•общешахтная вентиляция (ОВ);

•общешахтный водоотлив (ОБО);

•поверхностный комплекс (ПК).

Для пгголен ряд этапов и подсистем отсутствует, т.к. нет вертикальной выработки вскрытия. При разведке месторож­ дений радиоактивных руд добавляется звено — обеспечение радиационной безопасности (СОРБ). На каждом этапе и в звене имеются более мелкие звенья и элементы, т.е. каждое звено имеет собственную микроструктуру и операции, яв­ ляющиеся частью общего производственного процесса на объекте.

Звенья в совокупности образуют единую технологиче­ скую цепь. Этапы образуют единую совокупность процессов по созданию горно-разведочных объектов.

Состояние системы в любой момент времени и, соответ­ ственно, количественное значение критерия есть функция большого числа переменных, а целевая функция оптимиза­ ции производства имеет следующий вид:

где:

суммарные затраты ресурсов на достижение про­ изводственных целей на множестве (N0) объектов отрасли.

Г,Гдоп - фактические и допустимые показатели по геоло­ гическим требованиям.

Переменные модели A,UA,UAP относятся к управляемым переменным, а переменные Х,Н и ограничения Т, N, Г от­ носятся к неуправляемым.

Оптимальной траектория развития горно-разведочного производства будет в том случае, если в любой момент вре­ мени функционирования системы будет устанавливаться со­ ответствующие требованиям оптимальности сочетание управляемых переменных с учетом влияния неуправляемых переменных.

Каждая разведочная шахта или штольня характеризуется общим критерием оптимальности, и цель оптимизации со­ стоит в минимизации величины суммарных затрат. Эффек­ тивность функционирования и достижения подцелей по звеньям и этапам характеризуется частными критериями. Эмерджентность горно-разведочных объектов как больших систем проявляется в несовпадении экстремальных значений частных и общего критерия, т.е. необязательно совпадение минимума затрат по шахте или штольне и минимум затрат по всем звеньям одновременно, однако величина общих за­ трат складывается из затрат по звеньям объекта.

Оптимизируемыми параметрами (активными средствами) горно-разведочных объектов являются:

• структуры объектов, отдельных звеньев и этапов вы­ полнения работ; наборы ресурсов, применяемых в каждом технологи­

ческом звене и на этапе;

варианты использования наборов ресурсов по каждо­ му звену и этапу.

Решение (U) или вариант достижения производственной цели на конкретном объекте предусматривает определенные сочетания структурных параметров шахт и штолен, наборов ресурсов, используемых в звеньях и на этапах, и вариантов их применения, в совокупности определяющих параметры объектов и процессов, в них реализуемых. Оптимальное ре­ шение предусматривает такое их сочетание, при котором

целевая функция достигает своего минимального значения при выполнении установленных ограничений.

Методика выбора оптимальных технологических схем проведения горно-разведочных выработок требует системно­ структурного анализа всех качественно отличных вариантов. Такая форма представления вариантов технологии позволяет не запоминать все исходное множество, а достаточно быстро формировать любой вариант с помощью ЭВМ и сравнивать его с другими вариантами.

Структура экономико-математической модели сводится к экстремальной функции восьми переменных [25]:

Алгоритм реализации модели сводится к следующему:

1. На основе альтернативного графа осуществляется ка­ чественное сравнение отдельных элементов технологических вариантов по технической целесообразности, прогрессивно­ сти и экономичности; на этой стадии отвергают заведомо нерациональные варианты.

2.Из приведенных к рассмотрению выбирают первый расчетный вариант и соответствующие ему начальные зна­ чения исходных данных.

3.В зависимости от годового объема работ устанавливают необходимую скорость проведения выработок.

4.Предусматривают режим проходческих работ: продол­ жительность смены, число рабочих дней в неделе, в месяце, число рабочих смен в сутки и продолжительность цикла.

54

5.Исходя из необходимой скорости проведения вырабо­ ток и принятого режима работ, определяют среднюю длину шпуров.

6.Рассчитывают приведенные затраты.

Операции, перечисленные в пунктах 1 - 6 , повторяют для всех альтернативных вариантов.

Для оценки прогрессивности технологии проведения гор­ ных выработок авторы используют следующее соотношение:

А - коэффициент роста производительности труда за счет прогрессивности технологии;

Кэ - коэффициент энерговооруженности труда;

В коэффициент, характеризующий материалоемкость технологии;

С - коэффициент изменения себестоимости единицы ра­ бот;

Д коэффициент, характеризующий изменение уровня механизации.

Коэффициенты роста производительности труда и изме­ нения себестоимости единицы работ устанавливаются как отношение достигаемых уровней А2 и С2 к базовому Aj и Q

(А2>а 1;с 2>с ,).

Прогрессивная технология должна быть менее материало­ емкой. Коэффициент использования материалов рассчиты­ вают как отношение достигаемого уровня В2 использования материалов к нормативному Bi (В2 <В|).

Н.И. Рогов и М.Р. Шуруба [87) весь технологический ком­ плекс работ в подготовительном забое по проходке горных выработок рассматривают как большую сложную динамиче­ скую систему.

В работе рассматриваются только те горные выработки, которые проходятся буровзрывным способом с механизиро­ ванной погрузкой отбитой горной массы. В сложной системе

по противоположным вершинам с решением по I j . Это име­

ет место, например, когда речь идет о количестве работаю­ щих машин и механизмов. Чем больше одновременно рабо­ тает проходческой техники, тем быстрее будет выполнена операция, но затраты на амортизацию и энергию будут вы­ ше. Фазовые переменные объекта Х| не равносильны с точ­ ки зрения влияния их на критерий оптимальности I . Авторы вводят понятие "степень сильности влияния фазовой пере­ менной на критерий оптимальности".

П.А Лыхин в сложную систему выделяет проходческий цикл [67] исследуя три подуровня:

1.Горно-геологические условия.

2.Технические средства.

3.Организация работ.

Для анализа сложной многозабойной организации работ, ее совершенствования и прогнозирования прогрессивных параметров применяются статистические модели проходче­ ского процесса, разработанные на базе теории массового обслуживания.

Критериями оценки эффективных параметров проходче­ ского цикла являются: производительность труда проходчика

(трудоемкость) L , себестоимость U' или скорость проведе­ ния выработки (комплекса выработок) Vr .

В общем виде, перечисленные критерии могут быть опи­ саны следующим образом:

где:

Т'„ затраты на проходческий цикл отнесенные к 1 м

пройденной выработки, мин/м;

L - производительность труда рабочего, м/чел.смен; Тш - число рабочих минут за гол мин/год

U' - себестоимость 1 м выработки, руб./м;

U - себестоимость проведения выработок, руб./ЩЛ

пг - число человеко-смен в году, чел.-смен/год.

За основной критерий при решении задач прогноза при­ нимается производительность труда L , два других критерия могут быть вспомогательными, т.к. себестоимость и скорость проведения выработок, в конечном счете, определяются производительностью труда рабочего.

В.В. Першин отмечает [77], что процесс строительства ка­ питальных горных выработок буровзрывным способом тесно связан с другими различными по своему функциональному назначению производственными процессами: проветривани­ ем, энергоснабжением, подземным транспортом и др. Все эти процессы, в совокупности с процессом строительства горной выработки, образуют сложную производственную систему, в результате функционирования которой формиру­ ется определенная скорость строительства горной выработ­ ки.

Реальные технологические системы строительства горнш выработок функционируют в условиях влияния большого числа факторов, источниками которых являются в основном воздействия внешней среды. Поэтому проходческий забой как объект исследования связан со средой множеством свя­ зей, которые определяют его состояние.

Совокупность параметров среды, которые воздействуют на объект, разделены на группы в зависимости от характера и доли их участия в технологическом процессе. В самом об­ щем случае объект характеризуют следующие параметры:

•входные параметры - xi.x2.x3*~*xn I

•управляющие воздействия - ui»u2>U3 *-»uk I

•возмущающие воздействия - zi»z2»Z3 *-»zm;

•выходные величины - у1»у2»у3*«мув •

Применительно к такому объекту, как технологическая система строительства горной выработки, входными величи­ нами являются физико-механические свойства вмещающих пород технические параметры проводимой выработки (ши­ рина, высота, площадь поперечного сечения, протяженность, глубина заложения, паспорт крепления), материальнотехнические, энергетические и трудовые ресурсы. К управ­ ляющим параметрам относятся режим проходческих работ,

тип и число забойных машин, параметры буровзрывных ра­ бот (БВР), материалы и конструкции, организация труда и управление. Возмущающими воздействиями можно считать внезапное усложнение горно-геологических условий (загазо­ ванность, куполообразование, обводненность), отказы пас­ порта БВР (нарушение элементов крепи при взрывании за­ рядов), аварии с машинами и механизмами как непосредст­ венно в забое, так и за его пределами, отключение энергии.

В результате совокупного влияния рассмотренных факто­ ров формируются выходные параметры функционирования технологической системы проходческого забоя, основными из которых являются: скорость проходки, производитель­ ность труда и стоимость 1 м выработки (рис. 1.4).

Автор относит проходческий забой к классу сложных ве­ роятностно-динамических систем и определяет следующие факторы, влияющие на случайных характер протекания тех­ нологических процессов в проходческом забое:

•природные факторы: физико-механические свойства вмещающих пород их устойчивость, нарушенность и обводненность, склонность к внезапным выбросам итд;

•горнотехнические факторы: эксплуатационная надеж­ ность проходческого оборудования, тип машин и их число, форма и размеры сечения выработки, тип и ма­ териал крепи и межрамного ограждения, паспорт кре­ пления и т.д;

•организационные факторы: нечетко проработанный график организации труда, перебои в снабжении мате­ риалами, запасными частями, отсутствие порожняка и тл.

Вразличные моменты времени взаимосвязь между слу­ чайными факторами может быть очень сложной.

Врезультате исследований установлено, что эффектив­ ность функционирования такой сложной системы определя­

ется характером технологических связей, горно-геологичес­ кими условиями и надежностью применяемого оборудова­ ния. В качестве критерия оптимальности технологической схемы проходки выработки при буровзрывном способе оп­ ределена скорость подвигания забоя.

Рис. 1.4. Схема взаимодействия системы "Проходческий забой" с внешними факторами [77]