Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени Институт горного дела им. А. А. Скочннского

Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт угольной промышленности

(ЦЕНТРОГИПРОШАХТ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИИ В ПРОЕКТАХ ШАХТ С УЧЕТОМ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Москва

1985

Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени Институт горного дела им. А. А. Скочинского

Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт угольной промышленности

(ЦЕНТРОГИПРОШАХТ)

Утверждены главным инженером ВО „Союэшахтопроект"

Н. В. Захаровым 29 ноября 1984 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИИ В ПРОЕКТАХ ШАХТ С УЧЕТОМ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Москва

1985

Формирование выборки значений каждого фактора в пределах шахтопласта (блок I) заключается в составлении таблиц этих значений по гэологоразведочнш данным. Выборка обрабатывается с целью определения вида и параметров закона распределения значений фактора (блоки 2 и 6) по стандартным программам.

При определении местоположения разведочных скважин (блок 4) принимают, что начато системы координат расположено в левом нижкем углу гипсометрического плана, а направление осей совпадает с преобладающими направлениями линий падения и простирания. В том случае, если закон распределения фактора в пределах шахтопласта подобрать не удается, шахтопласт делят на участки, а выборки значений фактора - на соответствующие этим участкам группы. Эта операция (блок 5} выполняется так, чтобы границы участков проходили по линиям падения (посередине между разведочными линиями).

Присоединение соседнего участка (блок 10) заключается в объединении выборок значений фактора по предыдущему и последующему участкам-

Формирование однородной зоны (блок 12) состоит в выделении одного или объединении соседних участков, в которых совокупность значений фактора может быть описана одним теоретическим законом распределения. Таких зон в пределах шахтопласта может быть несколько.

Выделение закономерной составляющей (блоки 13 и 14) производится по стандартным программам регрессионного анализа. При наличии такой составляющей в значениях фактора в качестве меры его изменчивости принимается остаточная дисперсия, т.е. дисперсия разностей между измеренными значэмями и значениями закономерной составляющей.

2.10. Вид и параметры закона распределения погрешностей измеренных и средних значений каждого изменчивого горно-геологического фактора определяются по следующему алгоритму.

2. ЮЛ. Формирование выборок разведанных значений горно-геологического фактора по каждому геологическому разрезу - составление таблиц, содержащих значения фактора, соответствующие порядку номеров разведочных скважин. Если число элементов в выборке (скважин в разрезе) меньше 15, ее следует присоединить к ооседней выборке. Это присоединение допустимо лшпъ в том случае, если объединенная выборка будет статистически однородной. Проверка однородности выборки производится известными методами

математической статистики. Присоединение конца одного разреза к началу другого производится совмещением последней скважины первого и первой скважины второго разрезов. При этом значение фактора по первой скважине присоединяемого разреза я, исключается из рассмотрения, а значения по остальным скважинам этого разреза корректируются на величину разности %_п- Z₁ , где z_n -значение фактора в последней скважине первого разреза. Значения фактора по соединенным разрезам составляют объединенную выборку.

2.10.2. Выделение закономерной составляющей значений фактора - линейного тренда. Выборку делят на группы так, чтобы в каждой было по шесть рядом расположенных элементов и последний элемент предыдущей группы был первым в следующей. Затем вычис

группы, } = I, 2,..., |-yj ; /г - число скважин в разрезе; t -расстояние между скважинами. Если в двух или более последовательно рассматриваемых группах абсолютная величина значения фактора и знак соотношений одинаковы, то группы объединяются. Считается, что значения фактора в этих группах содержат закономерную составляющую, которая может быть описана как общий линейный тренд с помощью регрессионной зависимости между значениями фактора (элементами выборок) и расстоянием между скважинами. Подбор конкретного вида зависимости производится с помощью известных методов. Затем вычисляется максимальное отрицательное отклонение значений фактора от линии тренда и устанавливается новое уравнение тренда путем вычитания величины отклонения из первого уравнения. В результате оказывается выделенной линейная закономерная составляющая значений фактора.

Элементы выборок с линейным трендом корректируются путем вычитания из них закономерной составляющей фактора.

2.10.3. Вычисление по каждому разрезу значений остаточной дисперсии фактора - показателя его волновой изменчивости - при различных расстояниях между скважинами т (₀ ( В₀ - минимальное расстояние между геологоразведочными скважинами):

где Л_ВЧ>_Т - дисперсия фактора, обусловленная его волновой изменчивостью при /n-ом значении расстояния между скважинами; п - число

II

скважин в разрезе (элементов в выборке), т - целое число, т -= I, 2,..., /г - I; 2 - значение фактора за вычетом закономерной составляющей; L - порядковый номер скважины-элемента выборки, L = I, 2.....п .

2.10.4.    Вычисление по каждому разрезу дисперсии фактора, обусловленной техническими ошибками измерительных приборов;

ВГ<Р ~    -ОСЛ_{$(р    тах}    у

где ос - коэффициент изменения дисперсии, значения которого зависят от числа скважин в разрезе; при п = 2, 3, 4, 5_# 6 соответствующие значения сс - 0,93;    0,34;    0,19;    0,11; 0,09;D_eg>, -

дисперсия фактора, обусловленная его волновой изменчивостью, при исходном расстоянии между скважинами Е= Е₀ (см. п.2.10.3); В_8(ртак - максимальное значение дисперсии фактора из числа вычисленных по формуле п.2.10.3.

2.10.5.    Вычисление погрешности среднего значения фактора по каждому разрезу:

^ т<р ” 34-Л_Гф у

С ^П/б 2

*_АЧ, =o,oii _rt_₇ JZ(tj-Lj₊₁);

где д_т<р, д_в<р , д_А9> - погрешности среднего значения фактора, обусловленные соответственно ошибками измерительных приборов, волновой и линейной изменчивостью фактора; к - коэффициент, зависящий от отношения расстояния между скважинами к длине разреза: к = 0,01-1,98 при E/l = 0,01-1; I^ - тангенс угла наклона линейного тренда в j-ой группе;    общая погрешность среднего

значения фактора по разрезу.

2.10.6. Определение знака погрешности по разрезу. Находят уравнение прямой линии, проходящей через измеренные значения фактора в первой и последней скважинах разреза, и вычисляют значения фактора в остальных скважинах, лежащих на этой линии. Затем вычисляется сумма разностей между измеренными значениями

фактора по скважинам и соответствующими им значениями, лежащими на прямой линии. Знак этой суммы приписывается общей погрешности по разрезу д_р<р.

2.10.7. Определение вида и параметров закона распределения погрешностей горно-геологического фактора. Математическое ожидание М (д_ф) и стандарт 6(а^) погрешности использования среднего значения горно-геологического фактора в оптимизационных расчетах определяются известными методами математической    статистики.

Расчеты производятся для каждой однородной зоны. Исходной информацией для расчетов является совокупность значений погрешностей по всем разрезам д_р^(см. пп. 2.10.5 и 2.10.6).

Погрешности определения средних размеров шахтного поля по простиранию и падению устанавливаются по этому же алгоритму. При этом исходным материалом являются измеренные значения соответственно длины изогипс и линий падения в пределах границ каждого шахтопласта.

2.11.    Таким образом, каждый изменчивый горно-геологический фактор представляется с помощью параметров закона распределения его разведанных значений (см. п.2.9) с учетом допущенных погрешностей (см. п.2.10), вычисленных либо для всего шахтопласта, либо для каждой однородной зоны этого шахтопласта.

Например, математическое ожидание мощности пласта (в пределах однородной зоны)

М(т)= М(т_и)+М(Ат)\

среднее квадратическое отклонение мощности пласта

б(т)=б(т_и) + б (Ат),

где М(т_и)₉    - математическое ожидание и остаточное, после

выделения закономерной составляющей, среднее квадратическое отклонение измеренной геологами мощности пласта, м\М (Ат),б(дт)~ математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение погрешности измерения и вычисления среднего по однородной зоне мощности пласта, м.

2.12.    Определение общего числа разрывных нарушений производится по следующему алгоритму, исходной информацией в котором являются данные геологоразведочных работ о числе, длине и амплитуде выявленных разрывных нарушений в каждой однородной зоне (n_it E_l и a_L).

13

2.12.1.    Вычисляются логарифмы минимальной и максимальней длины выявленных нарушений £g£„i_n и 6д£_тах .

2.12.2.    Диапазон логарифмов fy£_max+fy£_min разбивается на ин-

тервалн через 0,25, В каждом интервале устанавливается среднее значение £д£^ , где J. - номер интервала, и соответствующее ему значение длины нарушения.    _

2 Л2.3. Определяются логарифмы амплитуд , соответству-

щие £g£j , и затем средние амплитуды и их горизонтальные проекции aj, в у -ом интервале:

Щ

4^aj ⁼~о^Г ' °'^вг’ ^a'j ⁼ aJ ^С050С’

где ос - угол падения пласта.

2.12.4. Вычисляется вероятность подсечения разведочными скважинами нарушений с параметрами aj, а ■₁    :

Pj = it xj , если rjts 0,5;

Р    а%ссо$-—~-    +    2    1

</ J J    2%j    «/

если 0,5^?^ 0,707;

p=±-z%- 2)/z%^z;-i -(i-Jz'ij-i') i

J    J    a    a    J

если 0,707<^ x ^ I.

Здесь а- - коэффициент, вычисляемый по формуле

ttj - число нарушений, выявленных сетью разведочных скважин длиной в пределах ^-го интервала; А - расстояние между скважинами в разведочной линии, и; В - расстояние между разведочными линиями, м.

2.12.5. Определяется число невыявленных разведочными скважинами и общее число нарушений с параметрами а ■, £ :

a d

^Nrⁿi ^{+ k}r

2.12.6.    Вычисляются коэффициенты с и ё уравнения связи £gN = = с-Stg£ методом наименьших квадратов.

2.12.7.    Последовательно уменьшается логарифм минимальной

длины нарушения    выявленной    разведочной сетью, на 0,25

до тех пор, пока    -1,5, и определяется среднее значение

логарифма длины нарушения в каждом вновь полученном интервале fy fj (fy£_mi_n - -1,5 соответствует нарушению с параметрами 30 м и а^0,3 м).

2.12*8. Определяется число невыявленных мелкоамплитудных нарушений из уравнения связи (см. п.2.12.6) путем подстановки в него полученных значений (см. п.2.12.7).

3. НОМЕНКЛАТУРА И ОБЛАСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ОПТИМИЗИРУЕШХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

3.1.    Технологические решения, принимаемые в проекте строительства или реконструкции шахты, а также вскрытия и подготовки нового горизонта, являются качественными и количественными характеристиками шахты.

3.2.    Качественными называются технологические решения, которые определяют существенные особенности предприятия и могут быть выражены только с помощью словесных описаний, логических символов, схем или чертежей.К качественным характеристикам относятся:

тип шахты (индивидуальная или объединенная); способ реконструкции шахты;

способы вскрытия шахтного поля и его частей, вид и расположение вскрывающих выработок и промышленных площадок; способы подготовки шахтного поля и его частей; системы разработки пластов;

15

средства механизации очистных и подготовительных работ, транспорта, а также других производственных процессов; способы проветривания шахтного поля и его частей; типы крепи и формы сечения выработок; способы охраны выработок;

способ разбиения свиты на группы одновременно разрабатываемых пластов;

способы и средства водоотлива, дегазации, кондиционирования; тип подъемных установок;

способы и средства размещения и транспортирования породы на поверхность;

способы и средства закладочных работ и т.п.

3.3.    Количественными параметрами шахты называются технологические решения, которые могут быть выражены с помощью чисел. К количественным характеристикам относятся:

число горизонтов и блоков в шахтном поле; число панелей, зтажей и подэтажей на шахтопласте; число ярусов в панели;

число выемочных полей в этаже, разделенном на подэтажи; размеры шахтного и выемочного полей, а также блоков по простиранию;

расстояние между горизонтами;

число действующих лав в панели или выемочном поле;

число действующих панелей;

число действующих блоков;

мощность шахты;

сечения выработок и т.п.

3.4.    Качественные и количественные характеристики шахты могут быть оптимизируемыми и неоптимизируемыми. Характеристики относят к числу оптимизируемых в том случае, если в конкретных условиях допустимы различные их значения и если эти значения могут быть количественно оценены по принятому критерию оптимальности, а результаты этой оценки невозможно предсказать заранее. Б противном случае характеристики следует относить к несштики-зируемш, а их численные или качественные значения использовать в оптимизационных расчетах в виде коЕстант. К неоптимизируешш следует относить также такие характеристики шахты, решения о значениях которых принимаются яри разработке генеральных схем развития бассейнов и отрасли.

3.5.    Оптимизируемые технологические решения являются переменными экономико-математической модели (ЭММ). Они задаются множеством допустимых альтернативных значений, из числа которых на основании оптимизационных расчетов выбираются оптимальные. Переменные ЭММ должны быть независимы друг от друга. Например, не следует одновременно относить к оптимизируемым решениям число блоков в шахтном поле, а также размер каждого блока и шахтного поля по простиранию, так как каждый из этих параметров является функцией двух других.

3.6.    Число независимых переменных ЭММ характеризует ее размерность. Рост размерности приводит к увеличению длительности, а необоснованное сокращение - к снижению точности оптимизационных расчетов.

Не следует включать в число переменных ЭММ шахты такие технологические решения, которые могут быть оптимизированы с помощью локальных моделей меньшей размерности. Локальная оптимизация технологического решения возможна, если ее результаты не зависят от значений других оптимизируемых решений. Такое решение рекомендуется оптимизировать при фиксированных значениях остальных, а затем выбирать оптимальные значения этих остальных при фиксированном оптимальном значении первого (метод Гаусса-Зей-деля). С помощью локальных моделей, как правило, могут быть выбраны такие технологические решения, как средства механизации производственных процессов, способ проветривания; тип копра и подъемной машины; способы и средства водоотлива, вентиляции, системы энергоснабжения, освещения; длина лавы г система разработки; наклонное расстояние между горизонтами.

3.7.    Для каждого оптимизируемого технологического решения назначаются область изменения и сравниваемые варианты (допустимые альтернативные значения) в пределах зтой области.

Областью изменения количественной характеристики шахты называется интервал между допустимыми минимальным и максимальным значениями, а областью изменения качественной характеристики -набор ее альтернативных вариантов. Она устанавливается с учетом конкретных горно-геологических условий, рекомендаций отраслевого прогноза технического прогресса и других действующих директивных и нормативных документов [2-15]. При составлении перечня сравниваемых альтернатив необходимо учитывать отечественный и зарубежный опыт разработки угольных пластов на шахтах с аналогичными горно-геологическими условиями.

3.8.    При назначении разнообразия сравниваемых вариантов количественных характеристик шахты необходимо проверять выполнение ограничений, связанных с минимальностью, максимальностью, цело-численностью и кратностью их значений, а также совместимость в одном проекте оптимизируемых элементов технологии.

3.9.    Разнообразие альтернатив такой переменной, как "проектная мощность шахты", зависит от разнообразия значений переменных: "число действующих лав", "число действующих панелей", "число действующих блоков" и "число одновременно разрабатываемых пластов". Поэтому сначала устанавливаются нагрузки на очистные забои по каждому пласту свиты. На следующем этапе назначаются возможные варианты числа действующих лав на каждом пласте с учетом ограничения на сроки отработки объединяемых в группу пластов. Установив разнообразие сравниваемых альтернатив переменных, формирующих мощность шахты,необходимо оценить интервал изменения мощности шахты и скорректировать его в соответствии с рекомендациями генеральной схемы развития бассейна, потребностью в данных марках угля и типовым рядом мощностей шахт.

При проектировании вскрытия и подготовки нового горизонта увеличение мощности шахты можно признать допустимым до значений,, исчерпывающих резервы существующих технологических звеньев шахты без капитальной реконструкции.

3.10.    Если горно-геологические факторы в пределах шахто-

пласта изменчивы, то номенклатура и области изменения оптимизируемых технологических характеристик проектируемой шахты (горизонта) устанавливаются так же, как указано в пп. 3.1-3.10, т.е. оптимизируемые характеристики задаются вариантами детерминированных значений. При этом вместо геометрических размеров тех или иных частей шахтного поля (блоков, панелей, ярусов и т.п.), которые являются распределенными величинами, рекомендуется оптимизировать число таких частей, которое всегда является детерминированным. Параметры распределения размеров частей шахтного поля в каждой из однородных зон рекомендуется определять в процессе оптимизационных расчетов как функции параметров распределения размеров шахтного поля и детерминированного числа этих частей.

18

4. ЭСКИЗНАЯ РАЗРАБОТКА СРАВНИВАЕМЫХ ТЕХНСШОШЧЕСКИХ ВАРИАНТОВ

4Л. Первый этап эскизной разработки заключается в вычерчивании технологических схем на основе принятого разнообразия значений таких оптимизируемых и неоптимизируемых характеристик проектируемой шахты, как вскрытие, подготовка, очистная выемка и т.п. При этом одновременно устанавливаются способы расположения и охраны выработок, проверяется возможность подработки или надработки пластов при принятом соотношении во времени и пространстве очистных работ на соседних пластах свиты, составляются укрупненные календарные планы разработки частей шахтного поля и др. Каждая схема должна содержать только необходимый для моделирования минимум информации. Проработка вспомогательных производственных процессов: вентиляции, транспорта, водоотлива, дегазации, закладочных работ и др. - производится для каждой схемы.

4.2.    На технологических схемах указываются размеры частей шахтного поля, направление движения воздуха и грузов, средства механизации производственных процессов и т.п.

4.3.    Технологические схемы составляются для каждого сочетания качественных характеристик проектируемой шахты.

4.4.    На схемах выделяются выработки, которые финансируются за счет капитальных вложений» осуществляемых в период строительства или реконструкции шахты и вскрытия нового горизонта.

4.5.    Эскизы технологических вариантов используются в качестве исходного материала при экономшсонаатематическом моделировании объемов работ и затрат.

4.6.    Если горно-геологические факторы в пределах шахтопласта изменчивы, то шахтное поле следует делить на части (блоки, горизонты и т.п.) так, чтобы они имели, по возможности, одинаковые характеристики изменчивости размеров, а границы частей шахтного поля совпадали бы с границами зон однородных значений горно-геологических факторов.

5. КРИТЕРИЙ опташБноста й ПЕРИОД оптимизации

5.1. Критерий оптимальности принимается в соответствии с рекомендациями "Отраслевой инструкции определения экономической эфи фективности капитальных вложений в угольной промышленности" [16]

19

УДК 622.33:51.001.57 (047.3)

Методические положения выбора оптимальных технологических решений в проектах шахт с учетом изменчивости горно-геологических факторов. - М., ИГД им. А.А.Скочинского, 1985.

В работе приведены методические положения выбора оптимальных технологических решений при проектировании шахт в обычных и сложных условиях. Приведены алгоритмы обработки исходной информации дня изменчивых горно-геологических факторов, определения вида и параметров разведанных значений этих факторов, а также погрешностей определения их средних значений. Данн рекомендации по математическому моделированию объема работ и затрат на их производство, а также способа выбора оптимального технологического решения.

В разработке методических положений принимали участие: Л.А.Ликальтер (научный руководитель), М. М. Смиренский (отв.исполнитель), М.З.Хургина, А.Й.Митейко.

КС: МЕТОДИЧЕСКИЙ, УКАЗАНИЕ, ИСХОДНЫЙ, ИНФОРМАЦИЯ, МАТЕМАТИЧЕСКИЙ, МОДЕШЮВАЕЖ, ОПТИМАЛЬНЫЙ, ПР0ЕКТИР0ВА1Ш, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ, РЕШЗИЕ, ИЗМЕНЧИВОСТЬ.

Институт горного дела им. А. А. Скочинского (ИГД нм. А. А. Скочинского), 1985

5.2.    Динамику капитальных затрат в период строительства шахты рекомендуется принимать в соответствии со строительными нормами и правилами, а также укрупненными сметными нормативами.

Динамика капитальных и эксплуатационных затрат в период работы шахты не поддается достаточно точному прогнозированию. Поэтому затраты рекомендуется определять как средние за период отработки отдельных частей шахтного поля (ярусов, панелей, блоков, шахтопластов и др.) с однородными горно-геологическими условиями.

5.3.    Как показала практика оптимизационных расчетов и анализ экономического и технологического содержания оптимизационных задач, критерии оптимальности, рекомендованные отраслевой инструкцией, иногда не позволяют отдать явное предпочтение одному из рассматриваемых сочетаний технологических решений. Для выбора оптимального технологического варианта в этих случаях следует использовать следующие вспомогательные критериальные показатели:

а)    при проектировании шахт-новостроек - удельные капиталовложения; рентабельность производства;

б)    при проектировании реконструкции действующих шахт - удельные капиталовложения на прирост мощности реконструируемой шахты; рентабельность производства; степень использования действующих основных фондов;

в)    при проектировании новых горизонтов на действующих шахтах - рентабельность производства.

Если в сравниваемых вариантах имеются технологические особенности, не поддающиеся стоимостной оценке, то они должны быть использованы в качестве вспомогательных показателей для выбора наилучшего варианта из числа равноценных по основному критерию.

5.4.    Если горно-геологические факторы изменчивы, то экономическое содержание критерия оптимальности и основные положения его расчета остаются неизменными. Изменяется только математическая форма критериального показателя, которая становится распределенной. В этом случае для каждого из сравниваемых вариантов необходимо определять математическое ожидание критерия оптимальности в зависимости от заданных в исходной информации видов и параметров законов распределения изменчивых горно-геологических факторов ж погрешностей определения их средних значений.

20

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические положения разработаны взамен "Временных методических положений по применению экономико-математического моделирования для выбора оптимальных технологических решений при проектировании угольных шахт" [I].

Часть положений, которая относится к проектированию шахт-новостроек в обычных условиях, использована при разработке принятой в эксплуатацию первой очереди САПРуголь. Методические положения, относящиеся к проектированию шахт в сложных горногеологических условиях, предназначены для использования при разработке методического обеспечения второй и последующих очередей подсистемы "ОППчпахта" САПРуголь.

Методические положения включают следующие вопросы: обоснование перечня и методов обработки исходных данных, характеризующих горно-геологические, технические и социальные условия работы предприятия, которые могут оказать влияние на результат решения;

выбор номенклатуры и разнообразия оптимизируемых технологических решений;

выбор критерия оптимальности, отражающего экономическое содержание задачи;

правила разработки целевой функции экономико-математической модели затрат, необходимых для реализации намеченных технологических решений;

установление ограничивающих условий;

выбор математического метода исследования экстремальных свойств целевой функции при соблюдении ограничивающих условий (численного метода решения оптимизационной задачи);

правила разработки алгоритма и типового пакета программ решения задачи на ЭВМ;

правила анализа результатов и выбора оптимального варианта проекта шахты.

3

I. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

1.1.    Проектирование угольных шахт заключается в принятии совокупности технологических решений и выполнении расчетов по определению различных характеристик предприятия. Под принятием решения понимается выбор нашгучшего из множества возможных решений на основе использования некоторого критерия оценки. Решение, наилучшее по принятому критерию оптимальности, называется оптимальным технологическим решением (ОТР).

1.2.    Принятие технологических решений требует учета как стоимостных, так и нестоимостных (технических, социальных и др.) критериев. Настоящие методические положения предназначены для решения тех задач выбора решений, в которых используются стоимостные критериальные показатели. Поэтому оптимальный проект новой или реконструируемой угольной шахты представляет такую совокупность решений, которая обеспечивает в конкретных горно-геологических условиях достижение заданного эффекта (количества добываемого угля в единицу времени) с минимальной затратой средств при соблюдении ограничений, накладываемых уровнем развития техники и социальными условиями работы будущего предприятия.

1.3.    Величину заданного эффекта следует определять в процессе оптимизации системы более высокого иерархического уровня (ПО, бассейн, отрасль). Поэтому необходимость осуществления и сроки начала строительства (реконструкции), границы шахтного поля и производственную мощность шахты устанавливают в процессе оптимизации планов развития отрасли или бассейна (генеральной схемы развития бассейна), а производительность производственных процессов - в результате оптимизации параметров предприятия.

1.4.    Проектирование простого воспроизводства мощностей на

новых горизонтах без существенной перестройки производственных элементов шахты    рассматривается как частный случай задачи

проектирования реконструкции шахты. В этом случае методические правила выбора оптимальных технологических решений описываются лишь тогда, когда отличаются чем-либо от общих правил. Это положение относится и к реконструкции действующих шахт с объединением их в одну техническую единицу.

1.5.    Особенности выбора ОТР в сложных условиях обусловлены изменчивостью горно-геологических факторов, под которой понимается наличие разницы в значениях этих факторов в различных

точках шахтопласта. Изменчивость факторов подлежит учету, если коэффициент вариации фактора превышает 15%. Изменчивость горно-геологических факторов является основным источником погрешностей определения их средних значений, которые используются в проектных и оптимизационных расчетах. Поэтому эти погрешности должны учитываться в тех же случаях, что и изменчивость факторов.

1.6.    Задача выбора оптимальных технологических решений в обычных условиях (при разработке угольных пластов с выдержанными элементами залегания) состоит в следующем: найти упорядоченное множество оптимальных решений Y *= | 3- }, которое является подмножеством допустимых в данных горно-геологических условиях решений и соответствует минимуму целевой функции

K=f(X_tY_tZ)—*~min {К - критерий оптимальности; X - множество

горно-геологических факторов; Y - множество допустимых оптимизируемых решений; Z - множество неоптимизируемых технических решений) при обеспечении заданной потребности в угле и соблюдении ограничений на различные аспекты деятельности предприятия в виде системы балансовых уравнений (неравенств):

Ху €X*0;Vij€Y&0\Zij€Z±0;V(V)<>K_x.

Здесь L , J- соответственно индексы фактора и его текущего значения; I = I, 2.....n; j,= I, 2

При учете изменчивости и погрешностей определения средних значений горно-геологических факторов задача формулируется так же. Но в этом случае минимизируется математическое ожидание критерия оптимальности М(К)₉ которое является функцией параметров распределения значений самих факторов и погрешностей вычисления их средних значений:

M(K)=f(M(*,Ax), 6(jc,ax), Y*,Z))-*~ min при тех же ограничениях.

Здесь М (х,дх)» (зс,ах) - соответственно математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение множества возможных значений горно-геологических факторов и погрешностей их определения,

1.7.    Б зависимости от вида капитальных работ (строительство, реконструкция шахты или вскрытие и подготовка нового горизонта) отдельные этапы решения задачи (номенклатура исходных условий и оптимизируемых характеристик, число и содержание ограничений,

5

критерий оптимальности, структура целевой функции и др.) имеют особенности, о которых говорится в соответствующих разделах настоящих методических положений.

2. ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ОПТИМИЗАЦИОННЫХ ЗАДАЧ

2.1.    Оптимальная совокупность технологических решений при проектировании шахты выбирается на основе сведений о горно-г©оологических условиях разработки угольных пластов, о современном состоянии технологии разработки пластов и планируемых на заданную перспективу достижениях в этой области, а также о социально-экономических условиях работы проектируемого предприятия, называемых исходной информацией. Большая часть этой информации (геологическая и социально-экономическая применяется в оптимизационных расчетах непосредственно в виде детерминированных или случайных величин. Другая ее часть (технологическая) используется для назначения разнообразия допустимых значений по каждому из оптимизируемых технологических решений.

2.2.    Исходная информация должна содержать следующие сведения':

о месторождении шш шахтном поле (размеры по простиранию и падению, промышленные запасы угля в шахтном поле, число разрабатываемых и нерабочих угольных пластов, глубина верхней границы шахтного поля, приток воды в шахту, йаличие и конфигурация охранных целиков);

об угольных пластах (мощность, угол падения, марка угля, расстояние до соседних пластов, природная газоносность, водоносность, выбросоопасность, пожароопасность, опасность по пыли, тектоническая нарушенность, зольность, выход летучих, запасы угля, объемный вес угля, сопротивляемость угля резанию);

о физико-механических свойствах и выбросоопасности пород непосредственной и основной кровли и почвы угольных пластов;

о горных выработках (типовые сечения, сечения разрезных печей, периметры выработок, сечения лав, свободные для прохода воздуха, типы крепи, формы сечения, способы проведения, скорости проведения, способы охраны и поддержания и их параметры, коэффициенты аэродинамического сопротивления, расположение существу-

6

кяцих выработок, нормы утечек воздуха, назначение и применяемое оборудование, относительная метанообильность, предельная обще-шахтная депрессия, пропускные способности технологических звеньев);

о средствах механизации производственных процессов и их технических характеристиках;

о социально-экономических условиях работы шахты (годовой и суточный режимы работ, стоимостные показатели на объекты и производственные процессы разработки шахтного поля, остаточная стоимость основных производственных фондов реконструируемой шахты);

о различных действующих нормативах.

2.3.    Источник данных о горно-геологических условиях участка месторождения - результаты выполнения геологоразведочных работ, приведенные в геологическом отчете, геологическом очерке или заключении, утвержденном вышестоящими геологическими организациями.

Источником данных о будущих достижениях в области технологии являются прогнозы технического прогресса, основные направления развития отрасли, действующие нормативные источники типа "Прогрессивных технологических схем разработки угольных пластов", "Норм технологического проектирования" и т.п., а также специальные рекомендации научно-исследовательских институтов.

Сведения о техническом состоянии реконструируемого предприятия содержатся в отчете, составляемом совместно проектной организацией и шахтой.

Источники сведений о социально-экономических условиях работы проектируемого предприятия - директивные и нормативные документы как отраслевого, так и общегосударственного значения.

2.4.    Математическая форма представления исходных данных зависит от их изменчивости. Изменчивость факторов оценивается средним квадратическим отклонением (стандартом) б(х) и коэффициентом вариации V.

Эти показатели определяются по следующим формулам:

V = 6(х)/М(х),

7

где x_L - измеренное значение горно-геологического фактора; L -текущий индекс значения фактора, I = 1,2,..., п.; М(х) = £x_L/n~ математическое ожидание значения горно-геологического фактора.

2.5.    Используемне в оптимизационных расчетах горно-геологические факторы по величине и характеру изменчивости в пределах шахтопласта и, следовательно, по математической форме представления и методам обработки исходной информации о них можно разделить на три группы:

неизменчивые, имеющие в пределах шахтопласта практически постоянное значение, когда коэффициент вариации не превышает 15%;

условно-неизменчивые, коэффициент вариации которых превышает 155?, но имеет постоянное значение как для всего шахто-пласта, так и для каждой выделенной его части (яруса, панели и т.п.); значения этих факторов имеют радиус автокорреляции, меньший расстояния между точками замера;

изменчивые, коэффициент вариации которых в пределах шахтопласта превышает 15%, непостоянен и зависит от расстояния между соседними точками наблюдений.

2.6.    Погрешности определения значений горно-геологических факторов можно разделить на два типа: технические ошибки измерения в точке замера (скважине) и ошибки аналогии или распространения на пространство между скважинами значений, установленных по разведочным скважинам. Ошибки первого типа присущи всем значениям, а второго - только используемым в проектных расчетах средним значениям изменчивых факторов.

2.7.    Неизменчивые факторы представляются в виде детерминированных величин - средних арифметических значений факторов по шах-топласту. Изменчивые и условно-неизменчивые факторы представляются как случайные величины, т.е. видом и параметрами законов их распределения, например, математическим ожиданием и стандартом при нормальном законе распределения.

2i8. Вид и параметры законов распределения условно-неизменчивых факторов могут быть определены известными методами математической статистики по представительной выборке данных, полученных в любой, даже самой малой, части шахтопласта.

2.9. Вид и параметры закона распределения изменчивых факторов, если они не приведены в геологическом отчете, определяются с помощью известных методов математической статистики по алгоритму, приведенному на рисунке.

8