Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование параметров технологических систем шахт при формировании программ развития горного производства

ВАК РФ 25.00.21, Теоретические основы проектирования горно-технических систем

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров технологических систем шахт при формировании программ развития горного производства"

На правах рукописи

ГрОШСНКОВа Олеся Владимировна

УДК 622.271 (043)

Обоснование параметров технологических систем шахт при формировании программ развития горного производства

Специальность

25.00.21 - «Теоретические основы проектирования горнотехнических систем»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2003

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Кузнецов Юрий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ХарченкО Виктор Алексеевич, кандидат технических наук Тучков Евгений Николаевич Ведущее предприятие - ОАО ПО «Сибирьуголь».

Защита диссертации состоится < 2003 г.

в //час. на заседании диссертационного совета Д-212.128.03 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, ГСП, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « Ш». Ш.. 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доц. МЕЛЬНИК В.В.

1щз

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Возникшие чрезвычайно сложные проблемы становления рыночной экономики в России привели в 90-е годы прошлого столетия к значительному снижению объемов производства и ухудшению

десяти лет, привела к ряду серьезных сдвигов в выправлении сложившегося положения в отрасли. В целом по отрасли угледобыча вышла на положительный уровень рентабельности производства, хотя ряд компаний пока еще работают с убытками. Массовая ликвидация шахт в столь сжатые сроки и недостаточное внимание в предыдущий период к вопросам занятости населения существенно обострили региональные проблемы. Из-за существенного сокращения производственного потенциала отрасли на первый план в настоящее время выходит проблема создания условий для эффективного простого и расширенного воспроизводства в угледобыче. Ее успешное решение может быть реализовано как в сфере макроэкономики, так и на производственном уровне путем рационального использования технологического потенциала горных предприятий по добыче угля.

Задачи же корректного формирования сценария технологического развития угольных шахт в рыночных условиях имеют значительную размерность. Данное утверждение исходит из отсутствия работоспособных методов маркетинговых исследований, неопределенности ценовой политики в сфере сбыта конечной продукции предприятий и инвестиционной привлекательности их, а также из большого объема, противоречивости и значительного многообразия диагностической информации, характеризующей угольную шахту как сложную динамическую систему. Анализ опыта формирования производственных программ и сценариев технологического развития угледобывающих предприятий показывает, что традиционно применяемые в этих целях методы не позволяют с высокой степенью достоверности обнаружить объективные связи между «входом» и «выходом» технологической системы шахты, что на наш взгляд,

технико-экономических показателей качества функционирования угледобывающей промышленности.

Политика реструктуризации, проводимая на протяжении почти

современного поколения. В этой связи задача обоснования параметров технологических систем шахт при формировании программ развития горного производства может считаться достаточно актуальной.

Целью диссертации является установление влияния комплекса горногеологических, горнотехнических и организационных факторов на показатели производственной деятельности шахт для прогнозного обоснования направлений их технологических систем, обеспечивающих повышение эффективности и полноты освоения ресурсного потенциала угледобывающих предприятий.

Основная идея работы заключается в минимизации роли фактора неопределенности при формировании программ развития горного производства на угольных шахтах путем реализации информационных технологий на базе искусственных нейронных сетей.

Основные научные положения, разработанные соискателем, и их новизна:

формирование программ эффективного технологического развития угольных шахт в рыночных условиях являет собой реализацию многовариантного подхода к выработке обоснованных решений с учетом стохастичности влияния комплекса факторов, определяющих уровень показателей качества функционирования горного производства;

использование теории искусственных нейронных сетей при обосновании программ эффективного развития горного производства позволяет выявить внутренние связи в технологической системе предприятий и объективно оценить их «вклад» в формирование уровня показателей качества их функционирования;

оценку динамики влияния комплекса природных, горнотехнических и организационных факторов на показатели качества функционирования угледобывающего предприятия в перспективе, определенной программой технологического развития, целесообразно осуществлять при поинтервальном представлении факторов, позволяющем учесть специфику изменения условий и полноту реализации ресурсного, производственного и организационного потенциала;

алгоритм оптимизации параметров технологической системы шахты должен предусматривать обеспечение возможности выявления приоритетных направлений развития горного производства.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

масштабностью и представительностью объектов исследований, составляющих шахтный фонд ОАО УК «Кузбассуголь»; достаточным объемом геолого-маркшейдерской и статистической информации о работе семнадцати шахт в течение четырех лет; корректным использованием современных методов исследований.

Научное значение диссертации заключается в разработке методических принципов обоснования направлений технологических систем угольных шахт с учетом динамики влияния комплекса природных, горнотехнических и организационных факторов на показатели эффективности их функционирования в перспективе и разработке проектов реконструкции предприятий, которые могут быть использованы при формировании программ развития горного производства.

Практическое значение диссертации состоит в разработке рекомендаций по повышению уровня качества технологических систем угольных шахт и направлений их развития с учетом специфики условий функционирования горного производства.

Реализация выводов и рекомендаций.

Методика обоснования параметров технологических систем шахт с использованием искусственных нейронных сетей рекомендована к внедрению в практике формирования программ развития горного производства ОАО УК «Кузбассуголь», ОАО «Шахта им. Кирова».

Программа моделирования и оптимизации параметров технологической системы угольной шахты принята к использованию в учебном процессе Московского государственного горного университета при подготовке горных инженеров по специальности 090200 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» и к внедрению ОАО УК «Кузбассуголь».

Апробация работы.

Основное содержание диссертации и ее отдельные положения докладывались и получили одобрение на научных симпозиумах в рамках «Недели горняка», проводимых в Московском государственном горном университете (Москва, 2001-2003), и научных семинарах кафедры Подземной разработки пластовых месторождений МГГУ (Москва 2000-2003).

Публикации.

По результатам исследований опубликованы три научные работы.

Объем и структура диссертации.

Работа состоит из: введения, четырех разделов и заключения, содержит 6 таблиц, 29 рисунков и список литературы из 65 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность проф. д.т.н. Красюку H.H. за оказанную помощь при выборе объекта исследований и сборе геолого-маркшейдерской и статистической информации о работе шахт ОАО УК «Кузбассуголь».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Исходя из выполненного анализа состояния вопроса обоснования направлений технологического развития горного производства на угольных шахтах в современных экономических условиях можно объективно говорить о наличии нереализуемых возможностей в деле повышения эффективности использования ресурсного и технологического потенциала действующего шахтного фонда угледобывающей отрасли России.

Подобного рода задачи решались в 70-90-х годах прошлого столетия, правда по большей части на уровне постановки, учеными ИГД им. Скочинского, ИПКОН РАН, ДонУГИ, Mi ГУ, ДТП, ДЛИ и других научно-исследовательских и учебных институтов. В частности, серьезный вклад в совершенствование методологии обоснования параметров угольных шахт нового типа внесли A.C. Бурчаков, В.Н. Вылегжанин, В.М. Еремеев, Л.А. Кафорин, С. С. Квон, В.А.Харченко, Ю.Н Кузнецов, A.C. Кузьмич, A.C. Малкин, Ю.Н. Малышев, А.М. Рыжов, К.Ф. Сапицкий, М.И. Устинов, В.Д. Ялевский, что в существенной мере облегчает процесс исследования технологических систем шахт и объективизирует результаты поиска направлений их совершенствования.

Тем не менее, существующее положение в угольной отрасли и, в частности, в ОАО «Кузбассуголь», как объекта настоящих исследований предопределяет необходимость совершенствования методологической базы оптимизации горного производства и методов реализации принимаемых решений по повышению его технического уровня и поиску направлений сбалансированного технологического развития шахт.

Процессы становления рыночной экономики в России в 90-е годы прошлого столетия негативно сказались на работе угольной промышленности, что выразилось прежде всего в значительном снижении объемов добычи угля в отрасли.

Макроэкономическая ситуация в течение последних лет позволила обеспечить ежегодный рост угледобычи. В целом отрасль вышла на положительный уровень рентабельности производства, хотя ряд компаний и самостоятельных предприятий пока еще работают убыточно. Однако наряду с позитивными сдвигами в отрасли наблюдаются и весьма нежелательные тенденции. В частности, существенно снизились производственные мощности действующих шахт.

Ситуация в ОАО УК «Кузбассуголь» также свидетельствует о том, что шахтный фонд не используется в полной мере. Таким образом, можно констатировать, что как в отрасли в целом, так и в отношении отдельных угледобывающих предприятий можно иметь положительные результаты лишь путем повышения обоснованности принимаемых решений по совершенствованию горного производства с учетом многообразия влияющих факторов. В силу того, что угольные шахты являют собой сложные динамические системы при формировании перспективных программ их технологического развития необходимо привлечение современных информационных технологий, позволяющих свести к минимуму отрицательную роль фактора неопределенности при обосновании принимаемых на этой стадии решений. Это как раз и предопределило цель настоящей работы. Для достижения поставленной цели в работе сформирован следующий круг задач исследований.

1. Исследование специфики функционирования технологических систем угледобывающих предприятий в современных экономических условиях и направлений повышения эффективности использования существующего шахтного фонда.

2. Оценка уровня изученности вопроса исследований.

3. Разработка основных положений формирования методики оптимизации технологического развития горного производства с учетом значительного объема значимых характеристик условий и параметров технологии подземной добычи угля.

4. Сбор и обработка геолого-маркшейдерской и статистической информации, характеризующей производственную деятельность шахт ОАО «Кузбассуголь».

5. Исследование влияния выделенного комплекса условий и параметров в технологии добычи угля на показатели производственной деятельности угольной шахты. _

6. Моделирование производственной деятельности угольной шахты и оптимизация направлений ее технологического развития.

7. Реализация методики оптимизации направлений технологического развития угольной шахты применительно к объекту исследований.

8. Разработка рекомендаций по технологическому развитию шахты и оценка их экономической эффективности, по использованию результатов исследований в практике разработки программ технологического развития угольных шахт.

Как было выше сказано, поставленная задача характеризуется большой размерностью и значительной неопределенностью исходных данных, в связи с этим нами принято решение об использовании теории искусственных нейронных сетей для моделирования и оптимизации производственной деятельности шахты. Сущность используемого метода на базе теории ИНС заключается в следующем.

Нейронные сети представляют собой вычислительные структуры, которые моделируют простые биологические процессы, обычно ассоциируемые с процессами головного мозга. Они представляют собой распределенные и параллельные системы, способные к адаптивному обучению путем анализа положительных и отрицательных воздействий. Элементарным преобразователем в данных сетях является искусственный нейрон или просто нейрон, названный так по аналогии с биологическим прототипом.

К важным свойствам нейронных сетей относится их способность автоматически настраиваться на объективно существующие связи между входными и выходными характеристиками системы, пусть даже не обнаруживаемые традиционными методами. Кроме того, они позволяют оценивать сравнительную важность различных видов входной информации, без ущерба для качества решения задачи уменьшать ее объем, распознавать признаки приближения критических ситуаций, находить решение на основе «зашумленных», искаженных и даже противоречивых данных. Другими словами, нейронные сети - это группа алгоритмов, обладающих ценным свойством обучаться на примерах, извлекая скрытые закономерности из всего потока данных.

В практических целях привлечение нейронных сетей является оправданным при отсутствии алгоритма или принципиальных подходов к решению задачи, но при наличии опыта (достаточного числа примеров) решения подобного рода

задач и даже при неполной или избыточной, а также частично противоречивой информации.

Обучение нейронных сетей может осуществляться как с «учителем», так и без него. В первом случае сети предъявляются значения как входных, так и ожидаемых (желательных) сигналов, а решение задачи она находит по некоторому внутреннему алгоритму. Во втором случае «выходы» нейронной сети формируются самостоятельно, а решение задачи находится по алгоритму, базирующемуся на учете только входных и производных от них сигналов (рис.1).

Общий вид нейрона приведен на рис.1. Каждый синапс характеризуется величиной синаптической связи или ее весом который по физическому смыслу эквивалентен электрической проводимости.

Взаимодействующие между собой посредством передачи через отростки возбуждений нейроны формируют нейрон ные сети.

Текущее состояние нейрона определяется как взвешенная сумма его входов:

где х} - входные сигналы; синатические веса; блок суммирования; п-число входов нейрона

Выход нейрона есть функция его состояния:

0)

у=№

(2)

Искусственный в гнрон

Входы Синапсы

Аксон Выход

--О V

У =

Рис.1

Суть алгоритма формирования программы развития горного производства заключается в следующем (рис. 2).

Алгоритм формирования программы технологического развития угольной шапы

Технология подготовительных работ

Технология монтажно-демонтажных работ

Функциональные элементы технологической системы шахты

1 г

Горно-геологические условия использования ресурсного потенциала

Содержание задач моделирования и оптимизации параметров технологической системы

Технология магистрального подземного транспорта

Технология угольного комплекса на поверхности

1. Установление значимых пределов изменения параметров функциональных элементов технологической системы шахты

2. Установление закономерностей влияния параметров функциональных элементов технологической системы шахты

3. Оптимизация параметров технологической системы шахты

Критерии качества функционирования технологической системы

Объем производства по добыче

Эксплуатационная производительность очистного забоя

Себестоимость добыта угля по шахте в целом

Рис.2

Критериями качества функционирования технологической системы являются: объем производства по добыче угля, эксплуатационная производительность очистного забоя и себестоимость добычи 1т угля (готовой продукции) по шахте в целом.

Функциональными структурными элементами технологической системы шахты являются: горно-геологические условия, технология очистных работ, технология подготовительных работ, технология монтажно-демонтажных работ, технология магистрального подземного транспорта, технология угольного комплекса на поверхности шахты.

п1

Для того чтобы при формировании программ развития производства выйти 4 на заданные уровни критериев качества функционирования технологической системы, нужно:

1.Установить значимые пределы изменения параметров функциональных элементов технологической системы шахты.

2.Выявить закономерности влияния параметров функциональных элементов технологической системы шахты на уровень принятых критериев.

3.Оптимизировать параметры технологической системы шахты.

Следует отметить, что автором решалась обратная задача, то есть для заданных показателей качества функционирования шахты находились функциональные элементы технологической системы.

На базе анализа геолого-маркшейдерской и статистической информации о работе шахт УК «Кузбассуголь» в теченье 4 лет были обоснованы структурные (функциональные) элементы технологической системы угольной шахты, а также показатели эффективности ее эксплуатации . Особенностью реализации методики оптимизации параметров технологических систем шахт является необходимость деления параметров и показателей на интервалы. Поинтервальное деление факторов предопределено прежде всего существующими в отрасли нормативными документами, а также анализом эффективности применения технологических схем очистных и подготовительных работ, схем транспорта, горно-шахтного оборудования и.т.п. Так, например, при увеличении угла падения в пределах исследуемого интервала от 0 до 35° результирующие показатели деятельности шахты в общем случае ухудшаются.

Изменение мощности разрабатываемых пластов в диапазоне от средней мощности до тонких, а также от средней мощности до мощных сопровождается ухудшением показателей производственной деятельности шахты.

Для оценки значимости выделенных функциональных элементов в формировании уровня эффективности работы шахты установлены поинтервальные парные зависимости показателей эффективности функционирования шахт от характеристик горно-геологических условий и параметров функциональных элементов технологической системы.

Задача оптимизации горного производства при перспективном планировании его развития формируется следующим образом:

на основе маркетинговых исследований формируется объем производства угольной продукции на календарный год (с учетом качества продукции).

формируется прогноз объемов добычи угля и качества угольной продукции на будущие 5 и 10 лет.

Критерий оптимизации параметров функциональных элементов технологической системы шахты в работе представляется: П=(Цу -CW Qypea,. -* max, при Qypea, -Qyöo6-+ min, (3)

где -П -прибыль предприятия, Цу - цена 1т угля, Сдоб -себестоимость добычи угля, Qypeaß - объем реализации угля, Qyoo6 - объем добычи угля;

Цу =fi (к, 0, (4)

где к- качество угля, а / - время реализации угля;

Сдоб=/2 (Ту, Асуп) , (5)

где Ту- технический и технологический уровень горных работ; А^ -нагрузка на очистной забой (производительность очистного забоя);

Qyöo6=f3 (Ту, у,.), (6)

где У&- вектор горно-геологических условий ведения горных работ; Технический и технологический уровени можно описать по формуле: Ty=f(Top, Тпр, Тмдр, Т№ Тго).

Алгоритмом реализации методических положений по оптимизации параметров технологической системы шахты (рис. 3) предусматривается реализация следующих процедур:

осуществляется анализ показателей действующей шахты на рынке угольной продукции (устанавливаются объем реализации угля, нагрузка на очистной забой, цена угля).

определяются себестоимость добычи угля и объем добычи угля;

-J0-

Структура алгоритма реализации методических положений по оптимизации параметров технологической системы шахты

1. Задаем Аш., Аоч.ш, Ст.п.

I

2. Решаем задачу оптимизации

1 г

3. Получаем 48 элементов

-- 4. Разбиваем на 2 услови Г- ч

5. Реализуемые

5. Постоянные

„ ! 1

до 1 года доз лет до 5 лет свыше 5 лет

1 ' у г

6. Переменные

л_*

6. Фиксированные

Рис.3

для заданных (Асут) суточной нагрузки на очистной забой, (Оудоб)- объема добычи угля и (Сдоб) - себестоимости добычи, решаются задачи выбора значений функциональных элементов технологической схемы шахты;

после получения значений 48 элементов, исходя из результатов исследований, выполненных в разделе 2.1, элементы анализируются и разбиваются на группы по условиям:

В первую очередь выявляем принципиальную возможность реализации, то есть определяем, возможно или невозможно реализовать данные решения по данным элементам.

Устанавливается временной период реализации, включающий четыре группы:

до 1 года (например, к первой группе относятся те элементы, значения которых можно обеспечить в период до одного года); до 3 лет; до 5 лет; свыше 5 лет.

С учетом фактически принятого периода реализации предлагаемых решений избираются те элементы, значения которых можно обеспечить в принятый временной период.

Затем решается повторно задача оптимизации с зафиксированными оставшимися элементами, то есть некоторые параметры из 1-й группы принципиально нельзя обеспечить или из 2-й группы параметры, которые нельзя обеспечить за этот временной период, являются заданными.

При подтверждении значений отобранных элементов они принимаются для реализации на конкретной шахте.

Если в такой постановке задача не решается, то увеличивается временной период (например, с одного года до трех лет), также расширяется количество элементов, значения которых можно обеспечить за выбранный период.

Результаты апробации методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт на стадии формирования программ развития горного производства показали ее работоспособность в части адекватности реальным процессам объективных преобразований угольных шахт.

Для осуществления вычислительного процесса разработан специальный алгоритм, структура которого представлена на рис.4.

-и-

Структура алгоритма реализации вычислительного процесса применительно к задаче оптимизации параметров технологических

систем шахт

Блок 1 случайным образом задаёт значения всех свободных входных параметров.

Блок 2а вычисляет интересующие нас значения выходных параметров.

Блок 26 повторяет предыдущий шаг, если некоторые из этих значений не вычисляются (т.е. данный набор входных параметров невозможно отнести с заданным уровнем надёжности к какому-либо классу).

Блок За сравнивает вычисленные значения с требуемыми.

Блок 36, если вычисленные значения не совпадают, определяет по таблице минимальные изменения каждого из свободных входных параметров, которые могут дать требуемое изменение выходных параметров.

Блок 4 случайным образом выбирает некоторое число свободных входных параметров и вычисляет их новые значения в соответствии с предыдущим шагом.

Блок 5а вычисляет интересующие нас значения выходных параметров.

Блок 56 повторяет предыдущий шаг, если некоторые из этих значений не вычисляются.

Данный алгоритм реализован в виде макроса для Microsoft Excel 2000/ХР. При этом для условий шахты «Комсомолец» ОАО УК «Кузбассуголь» было выполнено решение задачи оптимизации параметров функциональных элементов технологической системы шахты. В результате осуществлена корректировка значений входных (свободных) параметров, для того, чтобы выйти на заданные зафиксированные выходные параметры (например, длина лавы увеличилась от 100-150 до 150-200 м). Если требуются дальнейшие преобразования технологической системы шахты, то необходимо продолжать расчеты с полученными данными.

В работе предложены рекомендации по разработке структуры системы формирования рационального варианта программы технологического развития горного производства на угольной шахте (их сущность графически представлена на рис.5), что позволяет свести к минимуму производственные и экономические риски в работе шахты на определенную перспективу. При этом автором обращается внимание пользователей программного обеспечения, что оно может быть корректно адаптировано к решению практически всего круга задач в рамках рекомендуемой системы. В частности, это относится и к задачам по обоснованию вариантов пространственно-планировочных и технических решений.

-iU-

Структура системы формирования рационального варианта программы технологического развития горного производства

Анализ исходной технологической системы действующей шахты

1 Г 1 г 1 Г

Определение степени совершенства технологической системы по совокупности критериев: нагрузка на шахту (Аш); трудоемкость работ (Тш); уровень технологии (Лт.ш.); уровень концентрации г.р.^кт.р) полная себест. тов. прод-ии (Ста) 1 Выявление сегментов 1 рынк^угля Выявление ограничений по производственной мощности

Формирование технологической системы шахты на определенном (очередном) этапе ее развития

I

Решение задачи по установлению оптимальных значений характеристик условий и параметров

1 1

Формулирование заключения об функционирования технологич уровне качества еской системы

Разработка прогрессивных технологических решений по подсистемам

я

^

л

П

I

®

О

с

2 3!

о X о о. £ (0 3

>.

о

ф

а л

<2 X

а>

=г

О

Оценка технологической системы шахты на очередном этапе ее функционирования

Рис.5 -й5-

Заключение

Диссертация является научно-квалификационной работой, содержащей решение задачи обоснования параметров технологических систем шахт при формировании программ развития горного производства, имеющее существенное значение для угольной промышленности страны.

Основные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем.

1.Анализ имеющегося опыта формирования программ перспективного развития горного производства на угольных шахтах и специфики функционирования отрасли в новых экономических условиях показывает рост «цены ошибок» и производственного риска из-за принятия недостаточно обоснованных решений.

2 .Для решения задач, связанных с обоснованием направлений развития горного производства на угольных шахтах, показана целесообразность привлечения современных информационных технологий, позволяющих снизить роль фактора неопределенности при принятии комплекса прогрессивных решений.

3.Разработаны методические принципы обоснования параметров технологических систем угольных шахт при формировании программ развития горного производства с учетом больших информационных массивов, характеризующих условия и параметры технологии подземной добычи угля.

4 .Для оценки влияния комплекса горно-геологических, производственно-технических и организационных факторов предложена поинтервальная дискретизация их в соответствии с логикой выявленной специфики условий и технологических особенностей ведения горных работ на примере шахт ОАО УК «Кузбассуголь».

«

5.Разработаны алгоритм и программа реализации методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт с использованием теории искусственных нейронных сетей. Программное обеспечение задачи оптимизации И параметров горного производства на нейросетевой основе может быть адаптировано к решению широкого круга задач, включая обоснование вариантов пространственно-планировочных и технологических решений.

-/б-

6.Реализация методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт применительно к условиям шахты «Комсомолец» ОАО УК «Кузбассуголь» показала ее работоспособность.

7.Разработаны рекомендации по формированию рационального варианта программы технологического развития угольных шахт, функционирующих в широком диапазоне горно-геологических, горнотехнических и социально-экономических условий.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1.Кузнецов Ю.Н., Грошенкова О.В. к К вопросу повышения качества разработки стратегий технологического развития угольных шахт^. Горная промышленность.-2003. - №4.

2. Грошенкова О.В. « Анализ специфики функционирования угольной промышленности в новых экономических условиях». М.: Рукоп.деп. Опубл. в ГИАБ. - 2002.- № 10.

3. Грошенкова О.В. «Опыт совершенствования горного производства на шахтах». М.: Рукоп.деп. Опубл. в ГИАБ. - 2002.- №10.

Подписано в печать 29.07.03. Формат 60X90-16

Объем 1 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 409

Типография Московского государственного горного университета.

I

Ленинский проспект, 6.

¡

I

i

I

4

î

I i.

»14475

I

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Грошенкова, Олеся Владимировна

Введение.

1.Состояние вопроса, цель, задачи и методы исследований.

1.1 Анализ специфики функционирования угольной промышленности в новых экономических условиях.

1.2 Анализ существующих методов обоснования параметров технологических систем угольных шахт при перспективном планировании развития горного производства.

1.3 Цель, задачи и методы исследований.

Выводы.

2. Структура общей методики исследований по обоснованию параметров технологических систем угольных шахт при формировании программ развития горного производства.

2.1 Обоснование комплекса параметров и показателей, характеризующих технологические системы угольных шахт.

2.2 Обоснование целесообразности использования теории искусственных нейронных сетей для обоснования параметров технологических систем угольных шахт.

2.3 Методические положения по обоснованию параметров технологических систем угольных шахт на стадии формирования программ развития горного производства.

Выводы.

3. Реализация методических принципов обоснования параметров технологических систем угольных шахт.

3.1 Характеристика объектов исследований.

3.2 Исследование влияния комплекса характеристик горно-геологических условий и параметров технологической системы шахты на показатели эффективности ее функционирования.

3.3 Оптимизация параметров функциональных элементов технологической системы угольной шахты.

3.4 Анализ результатов реализации методики оптимизации параметров функциональных элементов технологической системы угольной шахты.

Выводы

4. Рекомендации по практической реализации результатов исследований.

4.1 Рекомендации по выполнению работ, связанных с оценкой уровня качества технологической схемы шахт и направлений ее развития.

4.2 Рекомендации по практическому использованию программы моделирования и оптимизации параметров технологической системы шахты.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование параметров технологических систем шахт при формировании программ развития горного производства"

Возникшие чрезвычайно сложные проблемы становления рыночной экономики в России привели в 90-е годы прошлого столетия к значительному снижению объемов производства и ухудшению технико-экономических показателей качества функционирования угледобывающей промышленности.

Политика реструктуризации, проводимая на протяжении почти десяти лет, привела к ряду серьезных сдвигов в выправлении сложившегося положения в отрасли. В целом по отрасли угледобыча вышла на положительный уровень рентабельности производства, хотя ряд компаний пока еще работают с убытками. Массовая ликвидация шахт в столь сжатые сроки и недостаточное внимание в предыдущий период к вопросам занятости населения существенно обострили региональные проблемы. Из-за существенного сокращения производственного потенциала отрасли на первый план в настоящее время выходит проблема создания условий для эффективного простого и расширенного воспроизводства в угледобыче. Ее успешное решение может быть реализовано как в сфере макроэкономики, так и на производственном уровне путем рационального использования технологического потенциала горных предприятий по добыче угля.

Задачи же корректного формирования сценария технологического развития угольных шахт в рыночных условиях имеют значительную размерность. Данное утверждение исходит из отсутствия работоспособных методов маркетинговых исследований, неопределенности ценовой политики в сфере сбыта конечной продукции предприятий и инвестиционной привлекательности их, а также из большого объема, противоречивости и значительного многообразия диагностической информации, характеризующей угольную шахту как сложную динамическую систему. Анализ опыта формирования производственных программ и сценариев технологического развития угледобывающих предприятий показывает, что традиционно применяемые в этих целях методы не позволяют с высокой степенью достоверности обнаружить объективные связи между «входом» и выходом» технологической системы шахты, что на наш взгляд, предопределяет необходимость обращения к информационным технологиям современного поколения. В этой связи задача обоснования параметров технологических систем шахт при формировании программ развития горного производства может считаться достаточно актуальной.

Целью диссертации является установление влияния комплекса горногеологических, горнотехнических и организационных факторов на показатели производственной деятельности шахт для прогнозного обоснования направлений их технологических систем, обеспечивающих повышение эффективности и полноты освоения ресурсного потенциала угледобывающих предприятий.

Основная идея работы заключается в минимизации роли фактора неопределенности при формировании программ развития горного производства на угольных шахтах путем реализации информационных технологий на базе искусственных нейронных сетей.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

Формирование программ эффективного технологического развития угольных шахт в рыночных условиях являет собой реализацию многовариантного подхода к выработке обоснованных решений с учетом стохастичности влияния комплекса факторов, определяющих уровень показателей качества функционирования горного производства;

Использование теории искусственных нейронных сетей при обосновании направлений эффективного развития угольных шахт позволяет выявить внутренние связи в технологической системе предприятий и объективно оценить их «вклад» в формировании уровня показателей горного производства;

Оценку влияния качества функционирования комплекса природных, горнотехнических и организационных факторов на показатели качества функционирования угледобывающего предприятия в перспективе, предусмотренный программой технологического развития, целесообразно осуществлять при поинтервальном представлении факторов, позволяющим учесть специфику изменения условий и полноты реализации ресурсного, производственного и организационного потенциала;

Алгоритм оптимизации параметров технологической системы шахты должен предусматривать обеспечение возможности выявления приоритетных направлений перспективного развития горного производства.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: масштабностью и представительностью объектов исследований, характеризующих шахтный фонд ОАО УК «Кузбассуголь» достаточным объемом геолого-маркшейдерской и статистической информации о работе семнадцати шахт в течение четырех лет; корректным использованием современных методов исследований.

Научное значение диссертации заключается в разработке методических принципов обоснования направлений развития технологических систем угольных шахт с учетом динамики влияния комплекса природных, горнотехнических и организационных факторов на показатели эффективности их функционирования в перспективе, которые могут быть использованы при формировании программ развития горного производства и разработке проектов реконструкции предприятий.

Практическое значение диссертации состоит в разработке рекомендаций по повышению уровня качества технологических систем угольных шахт и направлений их развития с учетом специфики условий функционирования горного производства.

Реализация выводов и рекомендаций:

Методика обоснования параметров технологических систем шахт с использованием искусственных нейронных сетей рекомендована к внедрению в практике формирования программ развития горного производства Ленинского шахтоуправления.

Программа моделирования и - оптимизации параметров технологической системы угольной шахты принята к использованию в учебном процессе Московского государственного горного университета при подготовке горных инженеров по специальности 090200 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых». Апробация работы:

Основное содержание диссертации и ее отдельные положения докладывались и получили одобрение на научных симпозиумах в рамках «Недели горняка», проводимых в Московском Государственном Горном Университете (Москва, 2001-2003), и научных семинарах кафедры Подземной разработки пластовых месторождений Ml ГУ (Москва 20002003).

Публикации:

По результатам исследований опубликованы три научные работы. Объем и структура диссертации:

Работа состоит из: введения, четырех разделов и заключения, содержит 6 таблиц, 29 рисунков, и список литературы из 65 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Теоретические основы проектирования горно-технических систем", Грошенкова, Олеся Владимировна

ВЫВОДЫ

1.Разработаны методические рекомендации по формированию рационального варианта программы технологического развития угольных шахт, функционирующих в широком диапазоне горно-геологических, горнотехнических и социально-экономических условий. В основу разработанных рекомендаций положен методический подход к выполнению упорядоченных процедур оценки технологического уровня шахты, выявления «узких» мест в цепи угледобычи, установления необходимости технического перевооружения производства, определения потребностей в новом или серийно выпускаемом высокопроизводительном оборудовании на стадии, предшествующей формированию программы развития горного производства.

2.Даны рекомендации по обоснованию параметров технологической системы угольной шахты как совокупности технологических решений по каждому из ее функциональных элементов (подсистем) с выходом на оптимальные уровни показателей качества работы предприятия на перспективу, определенную программой развития горного производства.

3.Разработаны рекомендации по использованию методики и программного обеспечения моделирования и оптимизации параметров технологической системы шахты в практике формирования программ развития горного производства на угольных шахтах.

Заключение

Диссертация является научно-квалификационной работой, содержащей решение задачи обоснования параметров технологических систем шахт при формировании программ развития горного производства, имеющее существенной значение для угольной промышленности страны.

Основные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем:

1.Анализ имеющегося в отрасли опыта формирования программ перспективного развития горного производства на угольных шахтах и специфики функционирования отрасли в новых экономических условиях показывает рост «цены ошибок» и производственного риска из-за принятия недостаточно обоснованных решений.

2.Для решения задач, связанных с обоснованием направлений технологического развития угольных шахт, показана целесообразность привлечения нетрадиционных методов исследований, к каковым относится метод искусственных нейронных сетей.

3.Разработаны методические принципы оптимизации технологического развития горного производства с учетом больших информационных массивов, характеризующих условия и параметры технологии подземной добычи угля.

4.Для оценки влияния комплекса горно-геологических, производственно-технических и организационных факторов предложена поинтервальная дискретизация их в соответствии с логикой выявленной специфики ведения горных работ на примере шахт ОАО УК «Кузбассуголь».

5.Разработан алгоритм и программа реализации методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт с использованием теории искусственных нейронных сетей.

6.Реализация методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт применительно к условиям шахты «Комсомолец» ОАО УК «Кузбассуголь» показала "ее работоспособность.

7.Разработаны рекомендации по формированию рационального варианта программы технологического развития угольных шахт, функционирующих в широком диапазоне горно-геологических, горнотехнических и социально-экономических условий.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Грошенкова, Олеся Владимировна, Москва

1.В.П. Мазикин, С.Е. Решетов, Н.Н. Красюк : «Оптимизация хозяйственной деятельности системы предприятий угледобывающего региона». М.:изд. МГГУ 19952.0сновные показатели работы угольной компании «Росуголь» (промышленность) — М. Росинформуголь. 1996г.

2. З.Современное состояние техники угольных шахт за рубежом ( по материалам межд. Выс. Горн.оборуд. «Бергбау-81») М. Цниэиуголь. 1992 -89с.4.3айденварг В.Е. и др. Угольная промышленность за рубежом М.: Горная промышленность 1993.

3. Современный маркетинг. В.Е.Хруцкий, И.В. Корнеева и др. под редакцией В.Е. Хруцкого. М.: Финансы и статистика. 1991.

4. Бочаров В.В. Финансово-кредитные методы регулирования рынка инвестиций. М.:Финансы и статистика. 1993 —44 с.

5. Евтошенко А.Е. Алгоритм и программа оптимизации технологической системы производственно территориального комплекса в условиях перехода к рыночной экономики. М.: изд. МГГУ -1995 64 с.

6. Кузьмич А.С., Горбачев Д.Т. Совершенствование горного хозяйства- основа технического перевооружения отрасли. Уголь 1986 №5, с.11-15.

7. Кузьмич А.С., Бетанели К.П., Бутыльков М.Н. и др. Создание шахт нового экономического уровня .М.: Недра 1976.

8. Технологические схемы очистных и подготовительных работ . Отчет и НИР МГИ ДП-209. М.1990. 79 с.

9. П.Голдовский Б.И., Вайнерман В.И. Комплексный метод поиска решений технических проблем. М.1990.14Гурьянов В.В. Основные направления научно-технического прогресса в топливных отраслях промышленности. Теплоэнергетика 1994 №11 с.11-16.

10. Мазикин В.П. Решетов С.Е. Развитие вспомогательных производств в условиях реструктуризации угольной промышленности на предприятиях АООТ «Ленинскуголь». М.:ГИАБ. Вып. 4 МГГУ, 1995 с.62-66.

11. Лебедев В.В. Математическое моделирование переходных процессов в экономике. Докт.дисс. М.: ГАУ, 1993 254 с.

12. Братченко Б.Ф., Устинов М.И., Гапанович А.Н. Способы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтных полей.под ред. Братченко Б.Ф. М.: Недра 1985 494с.

13. Технологические схемы заблаговременной подготовки шахтных полей и добычи метана. Методические разработки. М.: 1987 —49с.

14. Рыночная экономика под ред. Рубина Ю.Б. М.: СОМИТЭК, 1992 154с.

15. Мазикин В.П., Решетов С.Е. Основные направления создания системы социальной защищенности работников и их семей в условиях рыночных отношений. М.: ЦНИЭИуголь 1993 60с.

16. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука 1968.

17. Рейнслау Э.Я., Кальюве Э.Г., Фрайман Я.Б. ЭММ прогнозирования добычи горных сланцев. М.: Наука 1983.

18. К.Б. Арене Горное дело объект науки. М.:изд. ВНИМИ 1990.

19. БурчаковА.С., Малкин А.С., Устинов М.И. Проектирование шахт. Учебник для ВУЗов М.: Недра 1985.

20. Махраков И.В. Обоснование направлений повышения интенсивности горного производства на шахтах высокого технического уровня. Канд.дисс.МГГУ : 1999.

21. Решетов С.Е., Красюк Н.Н. Устойчивое и эффективное функционирование угольной компании в период реструктуризации шахтного фонда. МГГУ 2002г.

22. Шундулини И.А. Разработка интегрированных технологических систем двухстадийной отработки запасов мощных угольных пластов. МГГУ 2002 г.

23. Рыжов A.M. Повышение интенсивности горного производства на базе гибких технологических систем угольных шахт. Докт дисс. МГГУ 1999.

24. Козлова И.Д. Обоснование комплекса технологических решений по совершенствованию производства в угольной компании на основе анализа перспективности шахтного фонда. Канд. Дисс. МГГУ 2001.

25. Ильюшенко В.Г., Лев Е.И., Манжула С.А. Повышение стабильности работы угольных шахт (объединений) Донбасса в условиях рыночных отношений. М, 1992.

26. ОАО УК «Кузбассуголь», статистические журналы за 1999-2002 гг.

27. Абрамов ВМ, Западинский Л.Р., и др. О повышении уровня извлечения запасов угля в Кузбассе. Уголь, 1986 -№7, с. 12-15.

28. Гитис Л.Х Холдинг -новая форма управления. Горный инф.-аналит. Бюллетень. Сб.МГИ-М, 1992,№3 с.29

29. Грейсон ДЖ.К.мл., Оделл. Американский менеджмент на пороге 21 века. Пер. с англ.-М:Экономика 1991.

30. Давыдов Б.А. Новые условия хозяйствования и повышения эффективности работы угольных предприятий Тула ТПИ-1970.

31. Данилевский Ю.А. Проблемы государственного контроля и аудита в условиях перехода к рыночной экономике. Автореферат докт. дисс.-М, ЭФЭИ, 1993 -37с.

32. Бромберг Т.Л., Бузова Н.И., Крейер Т.Б. Перспективное планирование производства в объединении. М: Экономика, 1978-135с.

33. Гурен М.М. Хозрасчетные отношения горнодобывающей промышленности. М: Недра, 1988,143с.

34. Голубков Е.П. Использование системного анализа в принятии плановых решений.М:Экономика, 1982

35. Инструкция по планированю, учету и калькулированию себестоимости добычи угля и продуктов обогащения в угольной промышленности. М.гМинуглепром СССР, 1978 -185с.

36. Грачев М.В., Кузин Д.В, Соболевская А.А. Капиталистическое управление: уроки 80-х. Сб.н.тр. ИМЭМО АН СССР-М., 1988- 91с.

37. Журнал «Уголь», август 2001, с. 22-24.

38. Парамонов В.И. Подземная добыча длинными лавами в Австралии. Уголь №11, 1995, с.64-65.

39. Е. Монахова, "Нейрохирурги" с Ордынки, PC Week/RE, №9, 1995.

40. Ф.Уоссермен, Нейрокомпьютерная техника, М.,Мир, 1992.

41. Итоги науки и техники: физические и математические модели нейронных сетей, том 1,М., изд. ВИНИТИ, 1990.

42. Artificial Neural Networks: Concepts and Theory, IEEE Computer Society Press, 1992. Richard P. Lippmann, An Introduction to Computing withNeural Nets, IEEE Acoustics, Speech, and Signal ProcessingMagazine, April 1987.

43. А.И. Галушкин. Нейрокомпьютеры. Учебное пособие для ВУЗОВ. М: ИПРЖР, 2000. — 528 с.

44. Парамонов В.И. Подземная добыча длинными лавами в Австралии.- Уголь, №11, 1995, с.64-65.

45. Парамонов В.И. Эксплуатация длинных лав в США в 1994 г. Уголь №5,1996, с.66-67.

46. Подземный транспорт шахт и рудников. Справочник. М., «Недра», 1985.

47. Тулеев A.M., Шатиров С.В. Уголь в России в 21 в.: Проблемы и решения:.М:2002.-304с.

48. Методология проектирования горных предприятий: Справочник. Ред.кол.: И.К. Станченко и др. — М.:недра. 429с.

49. Козловский Е.А. Минерально-сырьевые проблемы России накануне 21 века. М.: Русский биографический институт при уч. Изд. МГГУ, 1999 -401с.

50. В.М. Еремеев, Г.Л. Краснянский .Эталоны ТЭО строительства предприятий по добыче и обогащению угля. Изд. Акад.наук 1998, т.1 -439с.

51. Бурчако А.С., Харченко В.А., Кафорин J1.A. Выбор технологических схем угольных шахт. М.»Недра», 1975.

52. Рогов Е.И. Теория и методы математического моделирования производственных процессов в горном деле. Алма-Ата, «Наука», 1973.

53. Стариков А.В. Научные основы оптимизации развития горных работ на угольных шахтах. Автореферат дис.М., 1978.

54. Салли В.И., Малов В.И., Бычков В.И. Поддержание мощности угольных шахт при ограниченных объемах строительства. -М.: «Недра», 1994.

55. Лаврик В.Г., Ногих С.Р, Домрачев А.Н. Моделирование развития сложной производственной системы. «Угольная компания «Кузнецкуголь». -Новокузнецк :СибГИУ,2000.-49с.

56. Лаврик В.Г., Ногих с.Р., Домрачев А.Н. Разработка модели развития системы угольных предприятий на примере АО УК «Кузнецкуголь».- Уголь, 2000, №5. с.33-34.

57. Домрачев А.Н. Разработка гибких геотехнологических систем эффективного освоения угленосных складчатых структур. Дисс. д.т.н.-: Новокузнецк СибГИУ,2002.-37с.

58. Вылегжанин В.Н. новые представления о проектном обеспечении шахт на весь период их развития и санации. Вестник ГМС РАЕН.-М. 1996, с. 159-165.

59. Гальчев И. Канд. Дисс. М.: 1999.