горное дело. У казан и я по поэтапному проектированию шахт
 Скачать 1.92 Mb.
|
с тати ст и чески е jхарактеристики шахт : * а рядов распределений * 1 • П ч Т * 5 . .? i e f : tf* 1945- I 56 16,0 4,0 25,0 1950 г г . Q 48 12,0 3,0 25,0 1950- 1955 г г . I 23 11,0 2,2 П 10,0 3,0 30,0 1955- 1960 г гаг г . I ? 13,0 - - 1965- 1970 г г . п И 10,0 - — Вся BwrtnptHi I 109 14,0 3,3 п 3,2 28,0 ш 8 1 i t О о \ i 1 3,1 35,0 20 тельное первых этапов влет в основном наблюдается ва вахтах, введенных в эксплуатацию до 1955 года, длительность вторых этапов на этих хе пахтах составляет около 15 лет. С увеличением проектной мока ост шахт длительность этапа возрастает, наиболее интенсивно ва вахтах о - 900,0 тыо,т. (,% ® 19-20 лет). Получены корреляционные зависимости, позволяющие определить длительность I этана в зависимости от первоначальной проектной мощности шахты (угла падения и мощности пласта 12,0 + 0,006Ацр (?) ы. * 20° m < G t9 и + 0,0056 Ар (Ш > 0,9 м + Ар > 25° № < 0,9 ш. Длительность этапа возрастает на шахтах с худшими горно- геологическими условиями,т.е. с И т < 0 , 9 м. то анализ подверждает то положение, что уровень технического прогресса в угольной промышленности не везде одинаков. По всем указанным выборкам оценка длительности этапов распределяется по нормальному закону. в) Обоснование глубины прогнозирования. Длительность этапа проектирования Одним из основных моментов, характеризующих деятельность этапа проектирования, является обоснование глубины прогнозирования проектной информации и технического прогресса в отрасли -Существующие методы прогнозирования позволяют подучать вполне достоверные закономерности развития основных элементов техника , технологии и показателей работы в отрасли на глубины 10-15 лет. С другой стороны удается производить прогнозирование уровня основных параметров шахты в пределах 20-30 лет. однако при увеличении глубины прогнозирования более 25 лет степень достоверности любых представлений о будущем снижаете Проектирование шахты связано с оптимизацией и экономической оценкой альтернативных решений на базе разработанных стоимостных парметров нагорные и строительные раооты, наведение производственных процессов на обеспечение их энергией материалами оборудованием. Практика показывает что достаточная точность и надежность разрабатываемых стоимостных параметров сохраняется на отрезке времени не более 10-15 лет после чего они должны быть скорректированы или разработаны вновь. С учетом сказанного следует принять глубину прогноза от разработки проекта до "завершения периода эффективной эксплуатации в пределах 15-20 лет* С учетом обоснованной величины глубины прогнозирования Тд фактического "долгекития" основных (базовых) элементов технология шахты ТдОЙ*» межреконструктивных циклов с учетом периода времени надежного применения стационарных значений стоимостных параметров при оптимизации проектных решений длительность этапа проектирования- ТЭ#1Ь принимается ^ т8.п. - f <тп.г.; т°сн‘ * W ; т0ПТ>) € 20 ле1- (к) Обоснование пространственной размерности этапа Под этапом проектирования понимается период времени Х5-20лет, в течение которого отрабатывается достаточно большая часть шахтного поля группы пластов, пласт, блок, крыло, панель, этах), имеющая естественные или условные границы и характеризующаяся определенными запасами и горногеологичеокими условиями залегания уголь - них пластов. Особенности разработки плана горных работ при поэтапном проектировании шахт,. План развития горных работ играет доминирующую роль в определении пространственных технологических параметров этапа, топологии горных выработок, последовательности их проведения и т.д. Перспективный план развития горных рабвт регламеьтирует деятельность шахты на длительный период, в течение которого не могут произойти существенные, коренные изменения в методах ведения горних работ,схеме всрытия, подготовки, а следовательно, ив результативности производства. Для разработки перспективного плана развития горных работ, в результате которого выделяются запасы отрабатываемые за этап, необходимо знать (предположительно) основные параметры шахты мощность шахты, длину лавы, схемы вскрытия и подготовки и др. Эти сведения на стадии определения пространственных параметров этапа устанавливаются с помощью ряда математических методов,позволяющих предварительно определить прогрессивный и экономичный уровень указанных параметров. предварительно первый этап в развитии шахты представляется частью шахтного поля с объемом промышленных закасов: пр.эп. A^Pr ‘эп. СИ) где - прогрессивный уровень производственной мощнезти шахты, млн.т/год. 23 С большей условностью чем для первого этапа,подобным образом определяются запасы для второго и третьего этапов. Отнесение и тому или иному этапу конкретных угольных пластов дает возможность наметить основные проектные решсийя, определяющие технологическую схему шахты. Любой зтап эксплуатации шахты можно определенно характерней - вать как ранвитие горных раоот лишь вместе с другими необходимыми технологическими процессами г подземный транспорт, вентиляция, подв ей, технологические процессы на поверхности шахты, водоотлив, очистные работы и др. Лишь во взаимодействии этих и других технологических процессов реализуется тот или иной план развития горных ра бот* Выделение в качестве этапа проектирования какого-либо отрезка времени вместе с соответствующим пространственным эквивалентом шахтного поля позволяет в общем случае выполнить условие максимальной независимости между этапами в отношении горных работ и, следовательно, упростить оптимизацию показателей как на этапе, таки завесь срок службы шахты. Однако то условие может быть выполнено только в результате техншко-экономичвскшс расчетов и сравнений при оптимизации проектных решений за период,больший одного этапа два, три). Нельзя допускать экономически неоправданной автономности этапов. В задачу поэтапного проектирования развития горных работ входит обеспечение яаидучшпс технико-экономических показателей как в планируемый период (в пределах рассматриваемой части шахтного поля, этапа, таки до конца отработки всех запасов поля, т,е.резуль таты работы в рассматриваемой чаем шахтного поля этапе) не должны оказывать отрицательного влияния на результаты работы в последующие периоды. Перспективный план развития горных работ следует рассматривать как динамическую модель шахты, позволяющую учитывать результаты работы предприятия как на ближайшем этапе, таки за все оставшееся время деятельности шахты. ОСОБЕННОСТИ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПОЭТАПНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ Использование при роэтапном проектировании статистической информации по-иному ставит проблему оптимизации проектных решений и параметров шахты на каждом этапе развития. В частности,несравнимо возрастает размерность \>ва счет данных, изменяющихся во времени) и особенно объем экономико-математической модели на каждом этапе. Количество просчетов модели возрастает пропорционально диапазону изменения каждого из количественных параметров, представляемых в модели статистически. и шагу изменения. Возникает потребность понижения размерности и объема модели особенно при проектирований шахт в условиях сложных своеобразных месторож дений. В этих случаях число принимаемых в сравнение технологических схем, обуславливаемое возможными вариантами вскрытия, подготовки, систем разработки, схем транспорта и вентиляции и т.д., а также стремлением надежно выбрать параметры шахты на длительный период времени, особенно велико. а) Сущность метода последовательной оптимизации Задача оптимизации модели поэтапного проектирования в целом становится решаемой при расчленении ее на две связанные последовательные части. Первая часть эадичи связана с преимущественным применением логических методов обоснования, с инженерным анализом большого числа конкурирующих комбинаций параметров, требует большого участия человека в подготовке исходных данных ив самих расчетах • Вторая часть задачи характеризуется преимущественным исполь - эованием численных методов и треоует использования достаточно мощной вычислительной машины, причем участие человека в расчетах нез начительно* Методика выбора рациональных схем и способов вскрытия и подготовки, принимаемых к оптимизации, предусматривает последовательный системно-структурный анализ всех качественно отличных вариан - тов* Учитывая, что субъективные факторы интуитивное мышление,опыт, индивидуальные способности исследователей) оказывают значительное влияние на выбор отдельных решений на стадии логического анализа и систематизации сохраняется возможно . большее число вариантов для дальнейших исследований, а сокращаются только заведомо нецелесообразные варианты, по определенным критериям. На следующей стадии на основе сгруппироватлых вариантов и принципиальной структуры модели разрабатываются экономиконаатема - тическпе модели шахты для выбора качественных параметров шахты при постоянных количественных нараметрах - статические модели, позволяющие с позиций принятого экономического критерия оптимизации оценить и сравнить как технологические схемы между собой, таки возможные для них расчетные варианты при некоторых постоянных количественных параметрах шахта и элементах схемы* окономико-математпческая модель технологической схемы шахты позволяющая экономически оценить расчетные варианты при переменных количественных параметрах шахты и элементах схемы, называется динамической моделью. При этом каждое сочетание количественно различающихся элементов технологической схемы или параметров шахты называется машинным вариантом. На стадии экономических сравнений технологических схем с помощью статической модели (обсчета и сравнения) одновременно производится оптимизация проектных решений на отдельных элементах схем, те, оптимизация расчетных вариантов (полевая или пластовая подготовка система разработки сплошная или столбовая, порядок отработки выемочных полей прямой или обратный и т.д.). Таким образом, статическая модель является орудием экономически обоснованного сокращения расчетных вариантов и отбора технологических схем для дальнейшей детальной оптимизации с помощью динамической модели и обсчета всех машинных вариантов. После обсчета технологических схем и определения для каждой из них целевой функции (приведенные затраты, разница между ценой и затратами и др) выделяется группа неэффективных технологических схем (со всеми им присущими расчетными вариантами, которые дальнейшей количественной (с помощью динамической модели) оптимизации уже не подвергаются. Группа оставшихся схем, близких по эффективности к оптимальной, подлежит детальному техническому анализу, Из этой группы технологических схем выделяются наиболее эффективные и типичные, являющиеся базовыми в предстоящих исследованиях. Анализ результатов исследований на ЭВМ позволяет установить оптимальные качественные параметры шахт (технологическая схема) с оптимальными ее количественными параметрами. При отом представляется возможность сравнить разные техноло - 27 гическии схемы шахты во всем диапазоне изменения переменных параметров мощность шахты, нагрузка на очистной забой, длина лавы, подвигание очистного забоя, размеры панелей и пр. Порядок последовательной оптимизации проектных решений шахты представляется в следующем виде В условиях конкретного месторождения устанавливаются варианты технологических схем шахты (вскрытие- подготовка- система- разработки - схема вентиляции- схема и вид транспорта -подъема и т. д *) ♦ 2. Наследующей стадии на базе ТЭТ и исходных технологических данных эскизно разрабатываются схемы и способы вскрытия,под - готовки, транспорта и вентиляць.*. Для каждой технологической схемы шахты $ отдельности составляются блок-схема возможных и отвечающих технико-экономическим требованиям проектных решений. Производится сравнение целесообразности, прогрессивности и экономичности вариантов по отдельным элементам технологических схема также по отдельным производственным процессам (вскрытие , подготовка шахтного поля, способ подготовки, система разработки, механизация очистных работ, вид транспорта, вид подъема и т.д.). 4. Наследующей стадии производится не только сокращение общего количества расчетных вариантов у каждой технологической схемы шахты, но и числа конкурирующих технологических схем. Эта стадия анализа осуществляется на базе ограничения количества вариантов технологических схем аналитическим методом выбора наиболее предпочтительных вариантов - методом теории принятия решений и затем статических моделей конкурирующих технологических схем 5. Для каждой и отобранных технологических схем составляется "динамическая экономико-математическая модель критерия оптимизации в функции от постоянных и переменных качественных и количественных параметров и аргументов Составляется алгоритм оптимизации модели и программа реал из алии этого алгоритма на электронно-вычислительной машине. Производится анализ оптимальных вариантов для отдельных технологических схем после чего отобранные оптимальнее варианты конкурирующих технологических схем сравниваются между собой. Оптимизация завершается выбором одного или двух вариантов технол гических схем при оптимальных параметрах для дальнейшей проектной разработки и комплексной оценки готовых проектов. Последовательная оптимизация проектных решений остается комплексной оптимизацией на стадии ст тистических обсчетов моделей технологических схем и на стадии обсчетов с варьированием численных значений параметров схем. Поэтому надежность выбора проектных решений в результате последовательной оптимизации яе только не снижается, а повышается. Эти решения оказываются организационно и технически более обоснованными, более конкретными. Од - новреыенно метод последовательной оптимизации экономико-матема - тичесчих моделей шахты позволяет избежать чрезвычайно большой подготовительной технической, вычислительной и логической работы, чрезвычайно громоздких алгоритмов и программ реализации моделей на машине. Если при условно опиимальных значениях параметров отдельных элементов технологической схемы она все же значительно уступает другим схемам при изменении параметров, вероятность получения некоторой комбинации значений этих параметров, улучшающей технологическую схему по сравнению с лучшими при статическом обсчете, очень мала. Особенно важным при последовательной оптимизации параметров шахты является то, что при этом переносится центр внимания нг численные оценки на наиболее важные и дорогостоящие элементы технологических схем шахты схемы вскрытия, схемы транспорта и вентиляции, схемы подготовки (горные выработки, технологический комплекс на поверхности (здания и сооружения и т.д.) Сопоставление вариантов технических решений для выбора оптимального сочетания основных параметров проектируемой шахты производится путем расчета сравнительной экономической эффективности капитальных вложений. В качестве основного критерия сравнительной экономической эффективности при оптимизации вариантов строительства шахты "Отраслевой методикой определения экономической эффективности капитальных вложений в угольную промышленность рекомендуется принимать затраты с приведением во времени как капитальных, таки эксплуатационных затрат. где С i - суммарные эксплуатационные затраты по себестоимости на единицу продукции (руб/т) или на годовой выпуск продукции по l -му варианту, руб - капитальные затраты на I т годовой добычи или суммарные по t-uy варианту шахты, губ.; Ен - нормативный отраслевой коэффициент Эффективности, при помощи которого капитальные вложения "приводятся" к сопоставимому виду с себестоимостью продукции * б) Критерий оптимальности проектных решений Сравнение вариантов, в которых капитальные вложения осуществляются в разные сроки, а текущие затраты изменяются во времени, производится с учетом фактора времени* Оценка сравнительной эффективности вариантов должна производится по сумме- затрат за достаточно длительный расчетный период, путем приведения капитальных и эксплуатационных затрат каждого года строительства и эксплуатации шахты к единому моменту времени. В качестве периода суммирования затрат, те. периода оптимизации, целесообразно принимать величину длительности этапа в развитии шахты, т.еЛд.«р.= 15-20 лета за момент приведения - начало строительства шахты (по варианту, имеющему самый рацний срок строитель ства). Формулы приведения имеют вид: Кпр = + ГТТ2НП + . . . ♦ ц ’ i’ V X к_п = г н (--- пр t*o ' 1 * в нп “р » Ст + I+B, f. л * . нп (I + Енп)* (й) (15) t>r спр С (- It Е, НП (16) где КПр и Спр - соответственно капитальные и эксплуатационные затраты, приведенные к началу строительства, тыс. РУб.; Kj, K2 ,...,Kt - соответственно капитальные и эксплуатационные Ст, С затраты в омом -ом порядковых годах, тыс.руб,; Енп - народнохозяйственный норматив для приведения разновременных затрат, Енп = Оптимальный вариант выбирается цо минимуму приведенных затрат (17) В случаях^огда рассматриваемые варианты различаются между собой но объему добычи и качеству угля,г а также при попутной добычи реализации угля з процессе строительства>в качестве критерия сравнительной оценки эффективности капитальных вложений (использования основных фондяв) рекомендуется показатель, основанный на прибыли. Критерий>базирующийся на прибыли (в специальном широком толковании, не противоречит основному критерию приведенных затрат и имеет следующий общий вид; П;.* IU - ), (18 где Ц - прибыль по варианту (или экономический эффект) в расчете на единицу продукции или на водовой объем продукции - результат производства - цена единицы продукции или сумма реализации годового объема товарной продукции- себестоимость единицы продукции или годового объема товарной продукции; К L - капиталовложения (или стоимость производственных фондов предприятия) по варианту в расчете на I т добычи или суммарный годовой объем добычи- норматив эффективности капвложений (норматив платы за производственные фонды+ E h K l) - полные производственные затраты на единицу или наго довой объем продукции. Естественно, что данный показатель может быть рассчитан за период оптимизации простым суммированием цены и затрат с приводе - рчем во времени. При наличии равноценных (по показателю приведенных затрат)ва* риантов, оценка их осуществляется по комплексу дополнительных критериев, в качестве которых могут быть приняты производительность труда, объем капиталовложений, размер прибыли, уровень рентабельности производства, сроки ввода объекта в эксплуатацию, качество угля и другие в зависимости от постановки решаемой задачи. Поэтапный подход в проектировании требует сопоставления конкурирующих управлений не только сточки зрения какого-либо момента работы шахты, но и сточки зрения одного-двух этапов. Это, естественно, относится лишь к выбору основных длительно действующих решений. Стоимостную оценку таких решений, те. проектных решений , определяющих в конечном счете длительную прогрессивность и эффвк - тивность проектов шахт, необходимо производить с позиций изменяй щихся во времени стоимостных параметров. в) Целевая функция экономико-математической модели при поэтапном проекагровгчйи.. Принципиально, экономико-математическая модель поэтапного проектирования развития шахты и планирования при этом горных работ представляется следующим образец. Весь срок службы шахты разбивается на Ы этапов длительностью 15-20 лет, каждому из которых соответствуют некоторые ,гчастки ш х т ног о поля с некоторым количеством запасов Состояние шахты, сточки зрения целевой функции, на первом этапе развития характеризуется производственными фондами и эксплуатационными расходами, связанными сведением разработки и использованием фондов. Переходное состояние (конец первого и начало второго этапа) шахты характеризуется созданными на шахте фондами к концу первого этапа и затратами на их эксплуатацию, а также вновь вкладываемыми капитальными средствами вместе с расходами на их использование в форме создаваемых фондов при работе шахты на втором этапе. Целевая функция экономико-математической модели оптимизации качественных и количественных параметров шахты представляет собой сумму приведенных затратна отработку всех запасов, разбитых на W этапов и имеет следующий вид. К t На первом и втором этапах: На всех этапах: 'Н 34 « f f л?.(Ьп) Ч Енп < $ . o , f ) ( » f - И ) . 0» (')(кС')), где - эксплуатационные расходы на шахте на V -ом этапе развития, связанные сом вариантом по j -ому элементу технологии шахты в t -ом году, руб/т; - капитальные затраты/^-го этапа, связанные см вариантом по, -ому элементу технологии шахты B t -ом году, руб/т; фК(М-1эп) _ производственные фонды шахты в конце ft/-I)-ro этапа- производственные фонды шахты в конце первого этапа в развитии шахты, руб/т; - соответственно нормативный коэффициент эффективности капвложений (фондов) и нормативный коэффициент приведения затрат во времени - число альтернативных вариантов проектных решений по некоторому элементу технологии и - число элементов технологии которые нашли свое отражение в модели; соответственно длительность периода оптимизаций 1-го, % ....-го этапа развития шахты (15-20лет)* Данная запись целевой функции и вытекающий из нее порядок оптимизации параметров развития шахты реализует технологическую и экономическую связь каждого последующего этапа с предыдущими в результате связь последнего этапа со всеми предыдущими, устраняя одновременно трудности приведения затрат во времени, прогнозирования проектных данных навесь срок службы шахты и др. Использование метода поэтапного проектирования создает предпосылки и обеспечивает возможность закономерного и плацомерного развития шахты на базе поэтапного обновления параметров и технических средств, с одной стороны, и экономически обоснованных сроков использования созданных производственных фондов - с другой. Следует обратить особое внимание на то, что при реализации э онимико-матеыатической модели поэтапного развития шахты необходимо применять прямой порядок оптимизации этапов. Прямой порядок оптимизации этапов связан с приведением затратили прибыли лишь к началу каждого этапа. Прямой порядок позволяет производить оптгчизацию не более чем на дву'г этапах. При этом отдаленные j o времени решения на отдельных этапах можно будет принимать в будущем, т, более определенно, точно и надежно. Прямой порядок оптимизации поэтапного проектирования позволяет с помощью экономико-математических моделей находить на каждое этапе разработки месторождения более достоверные решения, показатели, прогноаируя при этом пути развития и параметры технологии как внутри текущего, таки последующего этапа. Однако прямой по ядок оптимизации в условиях конкретной специфической задачи поэтапного проектирование не является задачей с условиям достаточно полной автономии этапов между собой. |