Введение к работе
Актуальность проблемы. В новых условиях экономического хозяйствования стратегической задачей горного производства является существенное повышение эффективности угледобычи. На зто и направлено насыщение шахт весьма дорогостоящи и производительной техникой нового поколения, которая позволяя интенсифицировать рабочие процессы, выдвигает новые требования к методам планирования развития горных работ на угледобывающих предприятиях. Их совершенствование связано, в первую очередь, с повышением комплексности и научной обоснованности подготовки очистной линии. Применение современных методов моделирования, совместно с автоматизацией процессов проектирования шахт, позволяет существенно повысить качество проектов, что особенно важно при разработке календарных планов в годовой программе предприятия, являющейся основой своевременного воспроизводства очистного фронта.
Вынужденное расчленение единой угольной отрасли создало ряд специфических трудностей, связанных с неоднородным размещением предприятий горного .машиностроения, транспортировкой угля между потребителями добычи и ведущими бассейнами бывшего СССР, ныне СНГ. В этой связи проблемы воспроизводства очистного фронта выглядят по-разному для стран содружества И наиболее актуальный вопрос - перераспределение поставок очистных мехкомплексов из Украины на другие страны СНГ и дальнее зарубежье.
На эффективность работы шахт решающее влияние оказывает фактор своевременного воспроизводства очистной линии. Как несвоевременная так и преждевременная подготовка приводят к значительным экономическим издержкам, что в основном связано с недостатками в планировании развития горных работ. Так, по шахтам Ш "Караганда-уголь" фактические издержки в 1990 г. превысили 17 млн. руб. Тенденции к их снижению не наблюдается.
Главным критерием качественной подготовки очистных забоев является соответствие времени проведения выработок, монтажа мех-комплекса и участкового транспортного оборудования, а также сопутствующих воспроизводству работ - времени отработки выемочных полей. Этот критерий должен быть заложен в моделях развития горных работ, где учитывались бы специфика конкретных горно-технических условий, параметры технологии горного производства, неравномерность протекания во времени производственных процессов, а
также реальные технические, технологические и организационные ограничения имеющие место на шахтах.
Основной первопричиной несвоевременной подготовки очистных забоев является отсутствие научно-обоснованной комплексной программы эффективного воспроизводства очистного фронта, где разрабатываемые календарные планы, как в проектах, так и в условиях действующих шахт, были бы связаны воедино и была обеспечена преемственность их выполнения при реализации на практике.
Комплексная программа должна быть направлена на сокращение инерционности и многостадийности воспроизводства, проработку эффективных календарных планов по очередности ввода забоев с привязкой к ним во времени и пространстве подготовительных, монтажных и дегазационных работ и обеспечить высокую надежность. подготовки очистного фронта при минимальном экономическом ущербе из-за несвоевременного его восстановления. Программа представляет синтез календарных планов развития горных работ, используемых в проектах новых горизонтов и годовой программе шахт, с последующим оперативным управлением процесса воспроизводства.
В работе нашли отражение результаты исследований, проведенных автором при выполнении планов НИР Минуглепрома СССР, Минхимп-рома СССР, ПО "Карагандауголь, КарПГИ и института "Карагандагип-рошахт". Таким образом, создание комплексной программы эффективного воспроизводства очистного фронта является важной и актуальной проблемой, которой и посвящена диссертационная работа.
Цель исследовании - создание комплексной программы эффективного развития очистных, подготовительных и сопутствующих воспроизводству работ на основе взаимосвязанных календарных планов, разрабатываемых на компьютерной основе в проектах новых горизонтов и годовой программе шахт.
Идея работы заключается в оптимальном синтезе технологических стратегий проектов отработки горизонтов и сопряженных с ними годовых программ развития шахты, на основе преемственности их перспективных и текущих календарных планов, где своевременность подготовки очистного фронта обеспечивается достоверным прогнозом развития горных работ, с учетом динамики процессов и надежности подсистем обеспечения горного производства
Задачи исследования:
- дать технологическую оценку состояния воспроизводства очистного фронта на шахтах ПО "Карагандауголь*' ' с последующим расчетом издержек при несвоевременной подготовке забоев;
разработать методологию имитационного моделирования процессов воспроизводства с критерием опенки их эффективности, позволяющую включать в математические модели неравномерность протекания их во времени и надежность составляющих элементов подсистем;
разработать имитационные модели очистных, подготовительных, монтажно-демонтажных и дегазационных работ, позволяющие развить и усовершенствовать методы прогноза временных и прост-ранственых параметров подготовки и отработки забоев в годовой программе развития шахты-,
разработать моделирующий алгоритм, с автоматизированным раскроем шахтопластов на выемочные столбы, календарного планирования развития горных работ как в проектах новых горизонтов, так и для действующих шахт на компьютерной основе;
построить имитационную модель определения продолжительности отработки выемочных полей в годовой программе развития шахты;
построить экономико-математическую модель, оптимизирующую параметры очистных работ принятой последовательности ввода в эксплуатацию забоев в годовой программе шахты;
синтезировать модели календарных планов и имитационные модели процессов воспроизводства, позволяющие прогнозировать и корректировать развитие годовой программы шахты для качественной подготовки очистных забоев;
обосновать структуру и компьютерное обеспечение комплексной программы воспроизводства очистного фронта на угольных шахтах;
разработать для действующих шахт комплексную методику тех-нолого-экономической оценки создания программы воспроизводства, учитывающей издержки от несвоевременной подготовки и необеспечения потребности поставки угля.
Научные положення защищаемые в диссертации:
согласованность ввода-выбытия очистных забоев с учетом дополнительных издержек на поддержание подготавливающих столб выработок и арендную плату мехкомплекса при преждевременной подготовке лав, а при несвоевременной - рост условно-постоянных расходов и недополученная прибыль являются достаточной основой для техно-дого-зкономической оценки развития горных работ при воспроизводстве очистного фронта;
динамический прогноз развития взаимосвязанной инфраструктуры шахты, определяющий своевременную подготовку очистного фронта, заключается в учете неравномерности протекания w> времени
процессов воспроизводства и надежности составляющих элементе! подсистем;
- адекватность имитационных моделей процессов воспроиз
водства реалиям действующих шахт обеспечивается включением в мо
делирующий алгоритм разработанной процедуры статистического моде
лирования с привлечением специальных оценок параметров и техноло
гических, ограничений их вариации во времени;
математические модели календарного планирования развитие горных работ в проектах новых горизонтов и шахт основываются не формализации задач и автоматизации процессов проектирования;
- корректность календарных планов в годовой программе шахть
постулирована синтезом имитационных моделей процессов воспроиз
водства, обеспечивающих достоверный прогноз развития подсистем и
математических моделей в проектах новых горизонтов, с построением
их на компьютере;
- временные параметры отработки выемочных столбов., определяют качество подготовки очистного фронта к распределены случайно, а их оценка обосновывается вероятностными методами,, механизм которых включен в разработаннукГмодель; ,„
.;-: -для принятой 'последовательности ввода.~_в эксплуатацию
очистных забоев в годовой^программе развития шахты параметры
очистных работ существенно определяет.конечные показатели произ
водственно-хозяйственной деятельности шахты и обуславливают стра
тегию их, оптимизации; . '
структура комплексной программы эффективного воспроизводства очистного фронта базируется на взаимоувязанных пакетах программ по построению календарных планов в проектах и годовой программе шахты о последующим оперативным управлением ее развития при реализации на действующем предприятии;
надежность и эффективность воспроизводства очистного фронта зависят от согласованности временных параметров ввода и выбытия комплексно-механизированных забоев, технико-экономических показателей очистной выемки, качества угля и возможности обеспечения потребности его поставки.
Методы исследований. В разработку научных основ воспроизводства очистного фронта "на угольных шахтах был заложен комплекс методов исследований: системного технико-экономического и структурного анализа; математической статистики, теорий вероятностей и надежности; математического, имитационного и экономию-математического моделирования, а также проектные проработки и обобщение опыта передовых предприятий отрасли.
Информационной базой работы служат данные статистической отчетности за 3 977-ISSOit. и плановая информация на перспективный период, проекты строительства новых горизонтов угольных шахт, фондовые материалы научно-исследовательских и проектных организаций, а также отечественные и зарубежные публикации.
При разработке процедуры, трансформирующей математическую модель в имитационную, были использованы методы теории вероятностей, надежности и математической статистики. Для построения моделей очистных, подготовительных и сопутствующих воспроизводству работ применялись методы имитационного моделирования производственных процессов, теории надежности и восстановления.
При автоматизированном построении календарных планов в проектах шахт использовались методы математического моделирования, инженерного и структурного анализа, а также графического изображения планов горных работ и их развития на графопостроителе.
При оптимизации параметров очистных работ в принятой последовательности ввода забоев в эксплуатацию годовой программы шахты применялись методы целочисленного линейного программирования по заданному вектору конечных показателей производственно-хозяйственной деятельности предприятия.
При технолого-экономической оценке. качества подготовки очистного фронта использованы методы технико-экономического анализа, структурной пропорциональности распределения затрат в себестоимости продукции при определении ущерба у потребителя от недопоставок угля предприятием-поставщиком.
Достоверность научных положений подтверждается:
- статистическим анализом параметров развития горных работ
по 7?у подготавливаемым очистным забоям шахт ПО "Карагандауголь" с
широкой вариацией входных переменных для разработанных моделей:
- хорошей сходимостью результатов имитационного моделиро
вания развития подсистем и реальных процессов воспроизводства
фактическими данными 1S действующих шахт ПО "Карагандауголь";
.экспериментально-аналитической проверкой научной обоснованности календарных планов в проекте нового горизонта шахты "Карагандинская" Vfi "Карагандауголь" и созданием комплексной программы воспроизводства очистного фронта для угольных шахт;
апробацией разработанных моделей и пакетоь программ в производственных условиях, их практическим применением и утверждением в виде методик, инструкций и руководящих материалов подготовленных по материалам исследований.
- 8 -Научная новизна работы заключается в.-установлении, что технологические факторы нестабильности воспроизводства очистного фронта не локализуются в пределах подсистемы "Очистные работы", а всецело оказывают влияние на конечные технико-экономические показатели шахты;
разработке нового комплексного критерия эффективности воспроизводства очистного фронта, базирующегося на представлении о взаимосвязи процессов развития горных работ с параметрами инфраструктуры шахты по величине минимума отклонения отработки выемочных столбов от подготовки замещающих при минимуме себестоимости работ по каждой из подсистем;
определении и имитации временных параметров моделей процессов очистных работ с оценкой их эффективности для одинарных, с одно- и двухкомбайновой выемкой, спаренных, спаренно-слоевых и совместно-работающих лав;
разработке имитационной модели, отображающей процессы горно-проходческих работ, позволяющей определять временные параметры проведения подготавливающих столб выработок и их технико-экономические показатели, необходимые для своевременной подготовки забоя;
построении имитационных моделей монтажных работ І-Ш групп очистных механизированных.комплексов с встроенным порогом учета вариации неравномерности протекания производственных процессов во времени, позволяющие установить их временные параметры, как одной из подсистем воспроизводства;
разработке имитационной модели, отображающей процессы буровых и монтажных работ предварительной дегазации подготавливаемого выемочного столба, где одновременно формализованы нормативные расчеты длительности непосредственного каптажа метана из пласта. Мэдель позволяет уточнить длительность дегазационных работ, как одной из подсистем воспроизводства, в выемочных столбах, требующих предварительного каптажа метана;
разработке методов и моделей автоматизированного построения календарных планов, позволяющих установить порядок отработки пластов и их раскрой на выемочные столбы на компьютерной основе с учетом пожаро- и выбросоопасности, ..с- последующим определением очередности ввода их в эксплуатацию;/
построении и реализации /.имитационной модели определения продолжительности отработки, выемочных полей в годовой программе шахты с учетом неравномерности, и надежности процессов очистных работ;
разработке экономике-математической модели, оптимизирующей параметры очистных работ для различных вариантов очередностей ввода выемочных столбов в эксплуатацию;
построении модели оперативного управления развитием горных работ в структуре годовой программы путем приведения фактического развития подсистем к планируемому состоянию на базе достоверного прогноза временных параметров воспроизводства очистного фронта;
разработке методики экономической сценки качества подготовки очистных аабоев, где учитываются дополнительные затраты на поддержание подготавливающих выработок и аренду мехкомплексов при преждевременной подготовке и ростом условно-постоянных расходов и недополученной прибыли при несвоевременной;
разработке комплексной методики технолога-экономической оценки создания и внедрения программы воспроизводства очистного фронта, включающей пакеты программ по построению календарных планов в проектах новых горизонтов и годовой программе шахты. При этом производилась оценка потенциальных зкономичеких издержек от недопоставок угля у потребителя.
Личный вклад автора заключается в:
аналитическом обосновании глобального влияния технологических факторов нестабильности воспроизводства очистного фронта на конечные технико-экономические показатели шахты;
обосновании комплексного критерия качества подготовки очистного фронта, где влияние природных, технологических, .и технических факторов оценивается минимумом суммарных отклонений времени отработки и подготовки, а экономических - минимумом себестоимости работ по каддой из подсистем воспроизводства;
аналитическом построении процедуры трансформации математической модели в имитационную, учитывающей случайный характер протекания во времени производственных процессов и надежность составляющих элементов подсистем воспроизводства;
научно-обоснованном прогнозировании временных параметров развития подсистем воспроизводства на разработанных имитационных моделях очистных,, горно-проходческих, моктажно-демонтажных и работ по предварительной дегазации подготавливаемого выемочного столба;
установлении зависимостей развития подсистем воспроизводства во времени и пространстве в зависимости от природных, технических, технологических и организационных параметров и факторов, определяющих технологичекую схему и организацию работ:
разработке методов автоматизированного построения календарных планов развития горных работ как в проектах, так и в ..годовой, программе шахты;
доказательстве правомерности использования вероятностных методов для построения имитационной модели определения среднего времени отработки столба;
оптимизации параметров очистных работ для различных вариантов последовательностей ввода в эксплуатацию комплексно-механизированных забоев в годовой программе шахты;
построении модели оперативного управления развитием горных работ в процессе реализации годовой программы шахты;
технолого-экономической оценке качества подготовки очистного фронта, создания и внедрения комплексной программы воспроизводства на угольных шахтах.
Практическая ценность работы состоит в том, что результаты исследований позволяют:
учитывать неравномерность протекания производственных процессов и надежность составляющих элементов подсистем воспроизводства при моделировании их развития во времени и пространстве;
достоверно прогнозировать временные параметры развития подсистем воспроизводства для качественной подготовки очистного фронта;
разрабатывать перспективные планы развития горных работ в проектах новых горизонтов и шахт;
проектировать текущие календарные планы развития горных работ в годовой программе шахты;
оптимизировать параметры очистных работ в принятых к рассмотрению вариантах ввода в эксплуатацию подготавливаемых очистных забоях годовой программы шахты;
управлять качеством подготовки очистного фронта при реализации годовой программы в процессе ведения горных работ;
оценить качество подготовки очистного фронта по экономическим критериям в перспективных и текущих календарных планах развития горных работ.
Реализация работы Результаты исследований по разработке КГОВОФ на угольных шахтах отражены в 11 отраслевых и бассейновых нормативно-методических документах и инструкциях, утвержденных Минутлепромом СССР, Минхимпромом СССР, ПО "Карагандауголь" и институтом "Карагандагипрошахт". Рекомендованы к использованию при составлении плановой и проектной документации научно-исследовательских, пректно-конструкторских и действующих предприятий угольной промышленности.
- II -
Передача в использование горному отделу института Караганда-гипрошахт пакета программ по автоматизации построения КПРГР в проектах новых горизонтов и шахт сопровождалась' нарастающим годовым экономическим эффектом в ценах 1985 г. более 316 тыс. руб.
Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения на действующих шахтах комплексной программы воспроизводства очистного фронта более 800 тыс. рублей на одно предприятие.
Апробация работы Основные научно-методические положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 1-ой международной научно-практической конференции "Проблемы развития угольной промышленности Республики Казахстан" (Караганда, 1993), на VIII Всесоюзном семинаре "Оптимизация горных работ" (Новосибирск, 1989), региональной научно-практической конференции "Технико-экономические проблемы воссоздания очистного фронта на шахтах Кузбасса" (Кемерово, 1985), республиканской научно-технической конференции "Проблемы, опыт создания и использования средств контроля и АСУТП в техническом перевооружении производства" (Караганда, 1989), межведомственной научно-практической конференции "Совершенствование методов управления и хозяйствова,-ния" (Караганда, 1988), техническом Совете ТО "Карагандауголь" (Караганда, 1993), а также в проектном институте Карагандагипро-шахт (1993).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 40 работах, в том числе 1 монографии, 3 брошюрах, 11 нормативно-методических документах, 20 научных статьях и 5 тезисах докладов на конференциях и семинарах.
Структура и объем доссертацшнной работы Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения, изложенных на 293 страницах машинописного текста: содержит 21 таблицу, 33 рисунка, библиографию из 426 наименований и 70 приложений в отдельном томе с описаниями алгоритмов и их схемами, таблицами, рисунками и актами внедрения результатов исследований в практику.
Список условных сокращений принятых в основном содержании реферата ВОЛ - восстановление очистной линии; ВОФ - воспроизводство очистного фронта; ГГТУ - горно-геологические и горно-технические условия; ГТУ - горно-геологические условия;
ГПРГРШ - годовая программа развития горных работ на шахте: ГПРШ - годовая программа развития шахты; ШЗ - комплексно-механизированный забой; КПРГР - календарное планирование развития горных работ; КПлРГР - календарные планы развития горных работ; КПЭВОФ - комплексная программа эффективного воспроизводства очистного фронта;
ШР '- лицо принимающее решение;
rw la-vr ~ ОЧИСТНой механизированный комплекс:
ш шф - оперативное управление воспроизводством очистного фронта;
гпУп ш ~ 30на повышенного горного давления;
пик ~ пРоекты новых горизонтов и шахт;
1КХР - подготовка очистного фронта;
1Ш - пакет прикладных программ;
urn" - планирование развития горных работ;
ШУ, - производственно-хозяйственная деятельность;
iuu ~ технико"3кономические показатели;
омм - экономико-математическая модель;
цш - центральная предельная георема.
Похожие диссертации на Научные основы эффективного воспроизводства очистного фронта на угольных шахтах
