книги / Методология проектирования строительства подземных сооружений

Исследования В.С. Верхотурова и Г.Г. Сенникова [16] по­ священы разработке математической модели проходческого цикла при проведении горизонтальных горных выработок. Проектирование организации работ в забое базируется на анализе горнотехнических условий (прочность пород сече­ ния выработки, конструкции крепи, плотности установки крепи, механизации основных процессов) и организацион­ ной схеме проведения выработок.

Условия целесообразности выбора определенного набора оборудования наибольшее значение разности сметной и ожидаемой стоимости проведения выработки при макси­ мальной скорости проведения:

где:

Э| экономический эффект применения i-ro набора оборудования, руб/м;

Ссм и С0 - соответственно, сметная и ожидаемая стои­

мость проведения выработки руб/м.

Ожидаемая себестоимость проведения выработки:

где:

3 ожидаемые прямые нормируемые расходы с учетом премиальных доплат, руб/м;

Ко,Кн коэффициенты, учитывающие, соответственно,

общешахтные и накладные расходы.

Сметная стоимость проведения выработки практически не учитывает скорости проведения, и ее уровень соответствует фактически достигнутым средним показателям (нормативной скорости).

В состав сметной стоимости горнопроходческих работ входят затраты, связанные с эксплуатацией машин, меха­ низмов и оборудования, в том числе и амортизационные суммы на восстановление их стоимости, капитальный ре­ монт и модернизацию. При определении фактической себе­ стоимости эта часть будет зависеть от величины капиталь-

где:

А - затраты, не зависящие от скорости проведения выра­

ботки, руб*; К- единовременные капитальные вложения, руб.;

V - скорость проведения выработки, м/мес.

Скорость проведения выработки является показателем эксплуатационной производительности технологического на­

бора проходческого оборуд ования, а в целом выражение ~

- соотношением суммарных капитальных вложений и произ­ водительности машин.

А.Г. Гузеевым разработана система автоматизированного проектирования проведения горных выработок, которая со­ стоит из программы, обеспечивающей (26):

•расчет, анализ и прогнозирование технико-экономи­ ческих показателей проведения горизонтальных и на­ клонных горных выработок;

•выбор оптимального для конкретных м рнн сам п* ческих условий комплекта еборуйрттиящ,

•выдачу рекомендаций по составу проходческой бригадо, способной наиболее эффективно моэдлуэдироиахь данную проходческую технику;;

% расчет трафиков организацииработ, Математический «пиарит САПР Ш 1 вострое» та ош оае

метода группового учета аргументов, априорного модаяиропампя, теории принят» ремвемиой, эковоаон|раш^вгя1о етта-

жнванхга, гдолююгрт, «лаетериюяго «галита, метода ниаюаификацта и предрючтенга в условиях противореча» мвеянй ELECTRE и др. Программа та ЭВ8М1 таййиршгзг ошгамвмнннй доя данных условий "Ъомилевэг обордодаанта - крокодавсиак бригада"', рвеечипывает октавные тмягаишанзшгшЕ^^ гюкатателхк и график <гр№иими)да р^йаяг.

В работах В.В. Мошкевича и А.А. Плавского [75] с целью интенсификации исследований по совершенствованию тех­ нологии проведения подготовительных горных выработок угольных шахт, для формирования и оценки технологиче­ ских вариантов создан прототип системы автоматизирован­ ного проектирования технологии проведения подготовитель­ ных горных выработок комбайновым способом.

Вход системы задается перечнем конкретных горногеологических и горно-технических факторов, набором обо­ рудования, целевой функцией и ограничениями. Система состоит из следующих ауитмпгйяяа1шнт модулей:

•модуль выбора рациптАтднт сечений выемочных вы­ работок. Расположен на входе системы, предназначен для определения оптимальной формы и конструкции, платности установки крепи, сечения выработки в про­ ходке и в свету;

•модуль задания перечня используемого оборудования;

•экспертная система формирования технологий, ис­ пользующая специальным образом формализованные знания по проектированию технологии (реализовано с помощью оболочки для построения экспертных систем ЭКО); модуль расчета

Вычисляет значения технико-экономических показате­ лей использования технологических вариантов, гене­ рированных с помощью экспертной системы, опреде­ ляет структуру затрат труда и времени на проведение, значения коэффициента технического уровня, стои­ мость проведения выработки; модуль сортировки полученных схем по выбранному критерию;

модуль имитационного моделирования процесса про­ ведения горной выработки. Оценивает выбранную технологию с точки зрения безотказности работы, ре­ монтопригодности оборудования, учитывает наличие ограничении на последовательность и степень совме­ щения отдельных работ, наличие или отсутствие ре­ зервирования надежности;

модули подготовки данных для согласованной работы отдельных частей системы между собой;

•модули представления выходных данных.

Выход системы включает характеристики рекомендуемой технологии, график организации работ в подготовительном забое, график функции надежности работы схемы, гисто­ грамму распределения значения продолжительности проход­ ческих циклов по времени. В системе предусмотрена воз­ можность оптимизации по любому из трех факторов (трудо­ емкость, скорость, стоимость с использованием двух остав­ шихся в качестве ограничений).

В работе под редакцией Э.Э. Нильвы [95] отмечается, что комплекс работ по проведению горных выработок может преследовать как вполне самостоятельную, так и соподчиненую по отношению к другой, более широкую цель.

В первом случае технология проведения горных вырабо­ ток рассматривается как самостоятельная система, вклю­ чающая в качестве подсистем отдельные ее элементы, обу­ словливающие выполнение отдельных видов работ. Во вто­ ром случае проведение выработок является подсистемой бо­ лее общей и широкой системы "шахта". К технологии этой подсистемы предъявляют ряд требований (ограничений) со стороны смежных технологических звеньев (подсистем). Так, например, подсистема "Вскрытие и подготовка" оказывает решающее влияние на объемы и условия проведения горных выработок в соответствии с горно-геологическими условия­ ми, объемами, направлением, протяженностью, площадью поперечного сечения и углами наклона подготовительных выработок.

В данной работе исследование технологического процесса проведения подготовительных горных выработок (модели­ рование операций проходческого цикла) производится мето­ дом имитационного моделирования.

Пооперационные модели трудоемкости представляют со­ бой детальные экономико-математические модели проходче­ ского цикла. При таком подходе трудоемкость каждой опе­ рации Т| расчленяется на составляющие ее виды работ с

механизированным ТМ| » и с ручным трудом ТР| »т.е.:

Общую трудоемкость операции Ti определяют суммиро­

ванием трудоемкостей отдельных видов работ, как с ручным, так и с механизированным трудом с учетом продолжитель­

где:

а- коэффициент перевода из единиц измерения трудо­

емкости в объемах работ по данной операции к общей еди­ нице измерения - 1 м3 выработки в свету;

К гг коэффициент, учитывающий горно-геологические условия работы оборудования;

Км коэффициент, учитывающий конструктивно­ технологические особенности работы оборудования;

N, - среднепрогрессивные значения трудоемкости ручно­

го труда проходчиков, необходимые для выполнения отдель­ ных видов работ в определенных организационных и горно­ геологических условиях;

RMi - техническая производительность оборудования;

дах работ.

Иерархическая структура системы моделей задается структурой соответствия их входов и выходов (рис. 1.5).

При движении по иерархическим уровням системы уве­ личивается степень агрегирования исходной информации, что позволяет дополнительно расширять на каждом уровне перечень учитываемых фактов. Разработанная система явля­ ется открытой в смысле наращивания дополнительных бло­ ков.

Tpi, Трб " затраты ручного труда, соответственно, по i-ой и базовой технологическим схемам;

гр re _ затраты времени на единицу продукции, соответ­ ственно, по i-ой и базовой технологическим схемам.

ния трудоемкости работ, уменьшения доли ручною труда и увеличения скорости проведения горных выработок.

В.Л. Попов [82], описывая различные сложные системы (транспорный тоннель, гидротехнические подземные соору­ жения и др.), модель объекта моделирования представляет в виде множества величин, описывающих функционирование реальной системы и образующих в общем случае следующие подмножества:

•совокупность входных воздействий на объект:

Перечисленные подмножества содержат управляемые пе­ ременные, т.е. переменные которые можно изменять (раз­ меры, формы, масса, прочность, энергия, расход и др.), и не­ управляемые (свойства горных пород, обводненность, техни­ ческие характеристики машин, механизмов, оборудования и т.п.).

При моделировании системы (объекта или процесса), из­ меняющейся во времени t, входные воздействия, воздейст­

вия внешней среды и внутренние параметры являются неза­ висимыми переменными и в векторной форме имеют соот­ ветственно вид:

*(‘)=(^(‘WO.-^BXW);

h(t)=(h,(t),h2(t),...,hnH(t)).

Выходные характеристики системы являются зависимыми переменными и в векторной форме имеют вид:

(1.57)

Процесс функционирования системы во времени описы­ вается оператором Fs, который в общем случае преобразует

независимые переменные в зависимые в соответствии с со­ отношениями вида:

(1.58)

Зависимость уt = Fs, определяемая оператором Fs, назы­

вается законом функционирования системы, который может быть выражен в виде функции, функционала, логических условий в алгоритмической и табличной форме или в виде словесного правила соответствия (в качественных моделях).

Кроме подразделения сложных систем на иерархические уровни, автор выделяет ряд аспектов. К ним относятся функциональный, конструкторский и технологический ас­ пекты. '

Функциональный аспект связан с отображением основ­ ных принципов функционирования объекта, т.е. физических (энергетических, транспортных и др.) и информационных процессов, протекающих в объекте. Этот аспект находит выражение в принципиальных, структурных, кинематиче­ ских и т.п. функциональных схемах. Функционирование

менты которой подсистемы находятся в тесном взаимо­ действии между собой и с окружающей средой. Основными элементами тоннельного сооружения подсистемами - явля­ ются протяженные подземные выработки, закрепленные об­ делкой, притоннельные конструкции (порталы, рампы, лест­ ничные сходы, шахтные стволы), вспомогательные подзем­ ные или наземные сооружения (вентиляционные и дренаж­ ные камеры), а также эксплуатационные устройства и обо­ рудование.

Системный подход означает не только целостную разра­ ботку объемно-планировочных, конструктивных, технологи­ ческих, санитарно-технических и энергетических частей проекта, но и поиск организационно-технических решений, средств и методов проектирования и управления строитель­ ством. При этом обеспечивается выбор оптимальных конст­ руктивно-технологических решений, в наибольшей степени отвечающих требованиям надежности и долговечности со­ оружения, индустриализации и комплексной механизации строительства, сроков и стоимости производства работ, обеспечения сохранности окружающей среды.

Системные принципы гибкого проектирования положены в основу автоматизированного проектирования тоннелей, элементы которого разрабатывают в нашей стране и за ру­ бежом.

Система автоматизированного проектирования (САПР) базируется на методах математического моделирования и оптимизации проектных решений с применением ЭВМ и представляет собой комплекс средств автоматизации проек­ тирования, взаимосвязанных с подразделениями проектной организации на всех стадиях проектно-изыскательных работ.

При этом предусматриваются: автоматизация сбора, реги­ страция и представление исходной для проектирования изы­ скательной информации, автоматизация процесса проекти­ рования трассы, конструирования и расчетов, организации и технологии строительства, а также подготовки проектно­ сметной документации.

Важную роль играют системы банка данных о построен­ ных ранее тоннелях с основными сведениями, характери­ зующими инженерно-геологические условия, параметры