Введение к работе
Актуальность проблемы. Решение проблем народного хозяйства тесно связано с развитием индустрии строительных материалов и в том числе ее асбестовой подотрасли.
Разработка асбестовых руд в СНГ ведется крупными карьерами с общей производительностью по горной массе около 280 млн. т в год при объеме добычи, превышающем 50 млн. т, из которой производится более 2 млн. т товарного асбеста. Производительность горнотехнологических комплексов этих карьеров жестко взаимосвязана с заказами на сортамент и объем товарных марок асбеста, формируемых на выходе обогатительных фабрик, что приводит к значительным потерям волокна высокого класса, так как заданный сортамент обеспечивается, как правило, за счет перерасхода высококачественной руды.
В этих условиях эффективное управление горным производством в карьере требует учета конечных результатов деятельности горно-обогатительного комбината. Всякое изменение параметров технологического процесса в карьере неизбежно приводит к изменениям количественных и качественных характеристик потока полезного ископаемого'и далее влияет на структуру товарной продукции на выходе обогатительной фабрики и на расход асбестового волокна, отнесенный к одной тонне товарной продукции.
В настоящее время эти взаимосвязи не учитываются. Различные службы рудоуправления и обогатительных фабрик планируют и контролируют параметры потока полезного ископаемого и товарной продукции только в своей предметной области, что приводит к рассогласованию управления и делает актуальной проблему установления взаимосвязи параметров, характеризующих состояние системы «асбестовый карьер», ее геологических запасов, топологии, техники и технологии с параметрами рудных потоков на выходе основных технологических процессов для обеспечения согласованного управления горным и обогатительным производствами.
Целью работы является теоретическое обоснование и разработка технологии и средств управления рудо'потоками си-
стемы «асбестовый карьер», обеспечивающих получение максимальной ценности товарной продукции из добываемого полезного ископаемого в условиях изменяющихся требований к количеству и качеству товарной продукции асбестового горнообогатительного комбината со стороны его потребителей.
Основная идея работы заключается в том, что параметры и показатели системы «асбестовый карьер» в процессе оперативного управления выбираются с учетом воздействия на выработку и сортамент товарной продукции горно-обогатительной системы,, моделируемого через, параметры рудопогоков и оцениваемого с применением системы постоянно корректируемых моделей их взаимосвязи.
..Научные положения, защищаемые в диссертации и разработанные лично.соискателем.
1.. Эффективное управление системой «асбестовый карьер» достигается согласованием параметров потока полезного ископаемого, прогнозируемых на ее выходе, с количеством и сортаментом товарной продукции горно-обогатительного комбината и последующим преобразованием , результатов этого согласования в управляющее воздействие на основные процессы горного производства, осуществляемое через параметры элементов данной системы- («запасы», «топология», «техника», «технология»), обладающие свойством аддитивности по отношению-,к формируемому потоку полезного . ископаемого.
-2. Главным объектом управления для асбестовых карьеров является рудопоток — непрерывно'Дискретный поток полезно-го/иокоцагмого, рассматриваемый в единстве количественных некачественных отношений и формируемый из залежей .и зон месторождений с различными типами асбестонооности, отличающихся технологическими свойствами волокна и изменяющий' свои параметры в сечениях под воздействием процессов добычи,- транспортирования и переработки руд. Для оперативного .управления рудопотоком достаточен набор параметров, инвариантный в его сечениях и включающий общее количество, руды -за единицу времени, общее содержание асбестового волокна и волокна отдельных классов, тип асбесто-носности, категорию обогатимости и плотность. '' 'Зі Прогнозирование результатов воздействия технологических процессов на параметры асбестовых рудопотоков в сечениях, количество и сортамент товарной продукции достигается моделированием .взаимосвязей входов и выходов информационных преобразователей, отражающих эти процессы, с адаптацией моделей к сезонно-временньш, технологическим и экономическим факторам.1 Параметрами, обеспечивающими экономическую оценку результатов этого воздействия, являются расход волокна на единицу товарной продукции, удельный выход'групп марок и -содержания .классов волокна в марках.
4. Достоверная оценка вариантов оперативных планов горных работ по количеству .и сортаменту ожидаемой выработки товарных марок асбеста обеспечивается путем отслеживания траектории и интенсивности развития добычных забоев в рабочей зо'не с моделированием во времени и в пространстве элементарных, уступных и общекарьерных рудопотоков и с прогнозированием технологических показателей переработки
руды.
<5. Сокращение суточных .колебаний общего содержания асбеста в руде в 2 раза обеспечивает прирост выработки товарной продукции, превышающей (в стоимостном выражении) в 1,3—1,6 раза затраты на это сокращение. Стабильность качества достигается перегрузкой руды из автосамосвалов в средства железнодорожного транспорта на виутрикарьерных ус-реднительных складах с о'бъемом формируемого штабеля не менее 1і2—20 тыс. м3 при условии поступления руды в штабель одновременно от 4—5 экскаваторов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается исходными предпосылками, основанными на предшествующих фундаментальных работах советских и зарубежных ученых в области открытых горных ра'бот, системного анализа и общей теории систем; достаточным объемом измерений, представленных данными активного и пассивного эксперимента, натурных наблюдений и также данных, характеризующих технико-економические показатели отрасли, отдельных предприятий и процессов, геологической информации; корректным применением методов планирования экспериментов и статистической обработки результатов наблюдений; обоснованностью принятых методов аналитических и экспериментальных исследований; соответствием результатов теоретических исследований и полученных данных при внедрении технологии автоматизированного управления потоками полезного ископаемого на предприятиях асбестовой отрасли; широкой апробацией рекомендаций на горных предприятиях и продолжительной эксплуатацией разработанных систем управления и программно-технических комплексов на асбестовых горно-обогатительных комбинатах страны.
Научная новизна работы состоит в следующем: в диссертации обоснована целесообразность декомпозиции системы «карьер» на элементы: «запасы», «топология», «техника», «технология», обладающие свойством аддитивности по отношению к формируемому потоку полезного ископаемого, и предложен новый методический подход к планированию и управлению горными работами на асбестовых карьерах, обеспечивающий формирование рудопотока с заданными параметрами на всех этапах технологического процесса;
выявлен набор параметров рудопотока, ' инвариантный в его сечениях и достаточный для управления качеством руды, отгружаемой из карьера и сортаментом товарной продукции на выходе обогатительного передела;
установлены зависимости между параметрами рудопотока в различных сечениях и параметрами запасов, топологии, техники и технологии для системы «асбестовый карьер»;
формализованы задачи управления рудопотоком, что позволило перейти от концептуальных представлений к программным комплексам и автоматизированным системам;
создана новая технология формирования баз данных ^для .планирования горных работ сгиспользоваиием разработанных технических средств;
разработаны методики моделирования работы усредни-тельных складов, определения объемов асбестовых руд, требующих усреднения, а также количества одновременно работающих добычных экскаваторов, обеспечивающих формирование заданных параметров рудопотока.
Значение работы заключается в создании:
систем управления рудопотоком на асбестовых горно-обогатительных комбинатах в условиях автоматизации, производи ства; - -
технологии формирования баз данных систем «асбестовый карьер» с использованием современных средств вычислительной техники;
параметрической модели асбестового карьера с декомпозицией задач управления рудопотоком по элементам карьерной системы и преобразователям рудопотока, регламентирующей процесс проектирования и разработки систем управления;
новых технических средств и программных комплексов, обеспечивающих получение максимальной ценности товарного асбеста из добытой руды.
Реализация выводов и рекомендаций работы осуществлена в процессе проектирования, разработки, внедрения и эксплуатации автоматизированных систем, крупных программно-технических и программных комплексов, обеспечивающих в настоящее время различные стадии процесса управления рудо-потоками карьерою асбестовой отрасли, в том числе:
1. На комбинате «Кустанайасбест» разработаны и нахо
дятся в эксплуатации комплексы «Шихта» (1975 г.), «МОП»
,(1976 г.), «Гора» (1983 г.), «Вскрыша» (1984 г.), «Авто»
(1990 г.); выполнен рабочий проект по автоматизированному
(комплексу управления железнодорожным транспортом.
2. На комбинатах «Ураласбест» и «Оренбургасбест» внед
рены и эксплуатируются комплексы для планирования горных
работ соответственно «Урал» (1989 г.) и «Гора» (19&8 г.).
3. С 1979 по 1990 г. работы по созданию технологии автоматизированного управления рудопотоками асбестовых карьеров велись в рамках отраслевой комплексной программы.
В 1980 г. на комбинате «Кустанайасбест» внедрена технология формирования грузопотоков руды, предусматривающая применение комбинированного автомобильно-железнодорож-. ного транспорта и внутри-карьерных усреднительных складов, обеспечивающая существенное снижение расхода- асбестового волокна и уменьшение объема горнокашгтальных и горно-подготовительных работ.
Общий экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы только на комбинате «Кустанайасбест» составил более 800 тыс. руб. (в ценах до 1991 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты проведенных исследований докладывались автором и получили одобрение на научно-практической конференции по совершенствованию горных работ на комбинате «Кустанайасбест» (Джетыгара, 1972), Всесоюзных .конференциях по САПР горного производства (Свердловск, 1978, 1984, Москва (МГИ), 1981, Ташкент, 1984, Москва (ИПКОН), 1985), Всесоюзной конференции «Совершенствование методов проектирования и планирования горных работ в карьере» (Апатиты, 1979), Всесоюзном научно-техническом совещании «Разработка и применение систем автоматизированного проектирования и АСУ горного производства» (Алма-Ата, 1987), на Всесоюзных координационных совещаниях по автоматизации асбестовой отрасли (Ленинград/ Свердловск, Алма-Ата, 1979—1968), на технических советах горно-обогатительных комбинатов «Кустанайасбест» .и «Ураласбест» (ежегодно), на научных чтениях памяти академика А. С. Попова (Алма-Ата, 1991).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 54 печатные работы, включая 4 депонированные монографии и 4 авторских свидетельства на изобретения.
(Материалы диссертационной работы используются при чтении лекций по курсу «Транспортные машины и комплексы открытых горных работ» и «Математические модели и методы в расчетах на ЭВМ» для студентов специальностей 0905 и 2105, а также в дипломном проектировании и при индивидуальной подготовке кадрового сопровождения внедряемых лабораторией АСУ ГП на горных предприятиях технологий управления потоками полезного ископаемого с применением вычислительной техники.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, содержит 402 страницы, включая 71 рисунок, 23 таблицы, список литературы из 217 наименований и приложения.
Экспериментальная часть исследований выполнена в Казахском политехническом институте им. В. И. Ленина, а также на комбинатах «Кустанайасбест» и «Уралас'бест». Полученные выводы базируются на результатах большого объема наблюдений, выполненных в производственных условиях в течение 20 лет.
Автор глубоко признателен академику В. В. Ржевскому за научные консультации в процессе выполнения работы.
Автор также считает своим долгом поблагодарить коллег, и ученых, высказавших замечания по работе, инженерно-тех-нических работников комбинатов «Кустанайасбест» и «Урал-асбест», научных сотрудников института ВНИИпроектасбест и лаборатории автоматизированных систем управления горного производства КазПТИ им. В. И. Ленина за помощь в проведении исследований.