Введение к работе
Актуальность работы. В стратегии развития угольной промышленности намечается изменить существующий подход к освоению угольных ресурсов созданием при разработке новых месторождений угледобывающих комплексов, содержащих производство по переработке углей, в основном, обогащение. Важной особенностью работы разреза совместно с обогатительной фабрикой является то, что подготовка углей к обогащению полностью возлагается на добычные работы. В связи с этим усложняется и переходит на новый информационный уровень геолого-технологическое картирование, в задачу которого должна входить оценка запасов углей не только по свойствам спекаемости, что является традиционным при эксплуатации угольных месторождений, но и по свойствам обогатимости. '
Характерной особенностью месторождений коксующихся углей является слабая зависимость между показателями свойств обогатимости и спекаемости, в связи'с чем максимизация выхода концентрата углей не всегда означает повышение его технологической ценности. Поэтому оптимизация качества добываемых углей на разрезах должна основываться на методах разработки календарных планов, реализующих многоцелевой подход к управлению качеством и позволяющих дать оценку эффективности ведения добычных работ по технологической ценности и выходу конечной товарной продукции.
До ввода в эксплуатацию Южно-Якутского угледобывающего комплекса, в силу существующей разобщенности добывающих и перерабатывающих производств, задачи оптимизации использования угольных ресурсов решались автономно без увязки качества угля в балансовых запасах с выходом и ценностью товарной продукцией. В связи с изложенным разработка метода оптимизации качества добываемых коксующихся углей при работе разреза в комплексе с обогатительной фабрикой является актуальной научной задачей.
Цель работы: разработка метода оптимизации управления качеством, добываемых коксующихся углей при работе разреза з комплексе с обогатительной фабрикой, направленного на повышение эффективности использования запасов месторождения.
Идея работы: принятие решений по управлению качеством добываемых углей производить на основе анализа результатов обогащения и полученной ценности товарных углей, определяемых математическим моделированием технологий добычных работ и обогащения как единой интегрированной динамической системы.
Методы исследований. В работе использованы методы математической статистики и геостатистики, линейного и целочисленного программирования, метод случайного поиска, математическое моделирование, технико-экономический анализ.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Оптимизация качества добываемых углей при работе угольного разреза в комплексе с обогатительной фабрикой достигается разработкой на^стадиях проектирования и планирования вариантов календарных планов добычных работ, различающихся целями управления отработкой запасов, с оценкой их по выходу и технологической ценности товарного угля.
-
Управление качеством добываемых углей достигается разделением балансовых запасов на однородные по свойствам спекаемости и свойствам обогатимости зоны с использованием для оценки последнего свойства величины выхода концентрата, получаемого для заданных уровней зольности товарной продукции.
3. Разработка вариантов календарных планов ведения добычных
работ с оптимизацией качества добываемых углей достигается
математическим моделированием функционирования технологической цепи
"добычные работы - обогащение" как интегрированной динамической
системы, с учетом текущего состояния оборудования и подготовленных к
отработке запасов углей.
4. Поддержание устойчивой работы технологической цепи "добычные
работы - обогащение" достигается применением компьютерного
оперативного планирования добычных работ, основанного на принципе
идентификации работы разреза и обогатительной фабрики как системы с
обратной связью, возникающей в результате расхождений между
фактическими и плановыми значениями объемов подачи углей на
обогащение, выхода и качества концентрата.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается установленными особенностями формирования качества добываемых углей на основе изучения и обработки большого объема геологической информации: использованием математических моделей с ^достаточно полным учетом закономерностей и условий функционирования технологических систем добычных работ, анализом результатов многократного моделирования вариантов с использованием моделей, реализующих для сравнения традиционные способы управления горными работами при последовательном усложнении критериев оптимальности (целей управления) и применением метода пошаговой оптимизации,
широкой апробацией результатов расчетов календарных планов на стадии проектирования, текущего и оперативного планирования. Научная новизна исследований:
- предложен метод разделения балансовых запасов углей на
однородные зоны и потоки, использующий в качестве разделительного
признака показатель оценки запасов месторождения по выходу
концентрата, получаемого для заданных уровней зольности товарной
продукции;
разработан метод моделирования технологической цепи "добычные работы - обогащение", как интегрированной динамической системы с действием прямых и обратных связей между состояниями системы;
разработано программное обеспечение для расчета календарных планов добычных работ с использованием нескольких целей управления -максимизация выхода концентрата заданной зольности, стабилизация плотности разделения, стабилизация зольности концентрата;
разработана компьютерная технология оперативного планирования добычи углей при работе разреза в комплексе с обогатительной фабрикой с функциями оценки качества углей в запасах, текущего состояния горных работ и динамического корректирования посуточных планов в зависимости от фактических объемов добычи и результатов обогащения.
Практическое значение исследований состоит в следующем.
1. Разработана автономная компьютерная система расчетов
теоретического и практического выхода концентрата и его зольности,
позволяющая определить показатели обогащения для любой совокупности
результатов ситово-фракционного анализа углей, полученных при
обработке проб разведочных скважин;
2. Разработано программное обеспечение календарного планирования
добычных работ в режиме управления качеством, которое дает возможность
на стадиях проектирования и планирования добычных работ получить
результаты по выходу концентрата и его товарной - ценности при
многоцелевом подходе к управлению качеством добываемых углей и
определить эффективность использования балансовых запасов по выходу и
качеству конечной товарной продукции.
3. Разработана компьютерная система оперативного планирования
добычных работ в режиме управления качеством, обеспечивакЭщая
корректирование плана на скользящую декаду в посуточном цикле с
пересчетом его в связи с отклонениями фактических объемов добычи от
плановых и неподтверждением прогнозируемых результатов обогащения
углей.
Лігшші вхлзд автора состоит в разработке метода разделения запасов по свойствам обогатимости, интегрированной математической модели, описывающей функционирование добычных работ и обогащения как единую технологическую цепь, и компьютерной системы оперативного планирования работы разреза в увязке с обогатительной фабрикой, промышленном испытании и внедрении разработок ь АСУ угольных разрезов.
Реализация работы. Разработанное методическое и программное обеспечение положено в основу создания компьютерной системы текущего планирования и управления горными работами угольных разрезов "Нерюнгринский" (г. Москва, ВНИИУуголь, г. Нерюнгри, ПО "Якуг-уголь", 1985, 1987 гг.) и "Бородинский" ПО "Красноярскуголь". Техническая документация и программное обеспечение передано в промышленную эксплуатацию на карьере "Нерюнгринский" (г. Нерюнгри, ПО "Якут-уголь", 1986,1987,1988 гг.) и "Бородинский" КАТЭК и использованы институтом "Сибгипрошахт" в предпроектных предложениях по освоению Эльгинского месторождения коксующихся углей.
Апробация работы. Основные положения и результаты выполненных исследований докладывались и обсуждались на Всесоюзных конференциях "Молодые ученые научно-техническому прогрессу в угольной промышленности" (Донецк,1984 г.), "Актуальные проблемы организации и управления в горном производстве" (Москва, 1986 г.), "Разработка и применение систем автоматизированного проектирования и АСУ горного производства" (Алма-Ата, 1987 г.), на VII Всесоюзном семинаре по оптимизации горных работ (Новосибирск, 1985 г.), на научно-техническом семинаре "Математическое моделирование месторождений и открытых горных работ" (Усть-Каменогорск, 1985 г.), на Международном симпозиуме по открытым горным работам "Мирный 91" (Удачный,1991г.), на Международном симпозиуме АПКОМ XXIV (Канада, Монреаль, 1993 г.).
Диссертационная работа докладывалась и получила одобрение на научных семинарах Института торного дела СО РАН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 144 страницах машинописного текста, включает 33 рисунка, 31 таблицу, список литературы из 86 наименований и приложения.