Разработка методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт с учетом рисков

Агафонов, Виталий Валерьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт с учетом рисков
ВАК РФ 25.00.21, Теоретические основы проектирования горно-технических систем

Автореферат диссертации по теме "Разработка методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт с учетом рисков"

На правах рукописи

АГАФОНОВ ВИТАЛИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ УГОЛЬНЫХ ШАХТ С УЧЕТОМ

РИСКОВ

Специальность 25.00.21 - «Теоретические основы проектирования горнотехнических систем»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических

наук

21 НОЯ 2013

Москва 2013

005539629

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный

университет»

Научный руководитель

Кузнецов Юрий Николаевич доктор технических наук, профессор Официальные оппоненты:

Савич Игорь Николаевич доктор технических наук, профессор,

профессор кафедры «Подземная разработка рудных месторождений» ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет» Заволокин Дмитрий Викторович кандидат технических наук, заместитель

начальника отдела технического консалтинга и исследований месторождений твердых полезных ископаемых и подземных вод ООО «Институт инновационных технологий и методов управления недропользованием» Ведущая организация ОАО «Национальный научный центр

горного производства» ИГДим. А.А.Скочинского (г. Люберцы, Московской области)

Защита диссертации состоится « 03» декабря 2013г. в 15.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.128.03 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, В-49, Ленинский проспект, б

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан « 01» ноября 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических иаук Агафонов Валерий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Обоснование рациональных вариантов и параметров технологических систем угольных шахт в практике проектирования горнотехнических систем, как правило происходит в условиях ограниченной разноплановой исходной информации. Прежде всего данные различных стадий геологических разведок, в том числе и детальной, в большинстве своем не являются исчерпывающими и полностью адекватными реальным условиям природной среды. В связи с этим, задача синтеза технологической системы угольной шахты значительной размерностью и имеет множество решений, каждое из которых может характеризоваться существенным различием производственно-технических и экономических показателей функционирования предприятия. Это обусловливает возникновение технологических и экономических рисков освоения георесурсов месторождения, связанных с неоднозначностью результатов проектных разработок, положенных в основу процесса проектирования.

Разработанные в настоящее время методы принятия количественных проектных решений (максимизация ожидаемой полезности, минимаксная теория, методы максимального правдоподобия, теория игр и др.) способствуют выбору рациональных решений лишь в условиях одного конкретного вида неопределенности или в условиях полной неопределенности, что снижает уровень практической ценности результатов исследований и нередко приводит к существенно искаженным результатам.

В связи с вышеизложенным задача обосновании проектных вариантов и основных параметров технологических систем угольных шахт в условиях неопределенности информации и рисков может квалифицироваться как достаточно актуальная.

Целью диссертации является установление функциональных связей структурных элементов технологических систем угольных шахт для разработки концептуального научно-методического обеспечения синтеза их рациональных вариантов при обосновании проектных решений с учетом неопределенности исходной информации и рисков, безопасного и эффективного освоения ресурсного потенциала месторождений угля.

Основная идея работы состоит в комплексном использовании байесовского подхода, теории нечетких множеств и метода реальных опционов при синтезе технологических систем угольных шахт, позволяющих обосновывать проектные решения в условиях неопределенности информации в направлении минимизации рисков их практической реализации.

Методы исследований: в работе использован комплекс методов, включающий: научное обобщение, анализ передового опыта и результатов ранее выполненных практических и теоретических исследований в данной области, методы статистического, структурного и логического анализа, теории принятия решений, байесовский подход, теории нечетких множеств,

теории игр, методы вариативного моделирования, метод реальных опционов и аналитические исследования.

Основные научные положения, разработанные лично соискателем:

1. Выбор и обоснование рациональных проектных решений и параметров, в отличие от традиционной повариантной оценки назначенных альтернатив их, следует осуществлять с обязательным учетом неопределенности исходной информации и рисков по предлагаемому алгоритму синтеза технологических систем угольных шахт.

2. Должный уровень обоснованности решений при проектировании отработки запасов шахтных полей обеспечивается при формировании критерия оптимальности с учетом иерархии технологических и экономических рисков вовлечения запасов в отработку и реализации алгоритма декомпозиции и последующего синтеза технологической системы шахты с учетом совместимости и адаптивности ее структурных элементов внутренней и внешней средам функционирования на основе нечетких множеств второго порядка и алгоритма Карника-Менделя.

3. Интеграция байесовского подхода, теории нечетких множеств и метода реальных опционов ведет к минимизации роли фактора неопределенности и рисков, должный уровень достигается вводом лингвистических факторов риска и является базовым условием объективизации проектных решений.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана иерархическая структура технологической системы угольной шахты (нечеткая когнитивная модель), реализуемая при любых совместимых сочетаниях схем вскрытия, подготовки, систем разработки и технологических схем отработки запасов угля на базе объективного учета стадийности освоения месторождения;

- разработаны методические принципы комплексного использования баейсовского подхода, теории нечетких множеств и метода реальных опционов при обосновании рациональных вариантов и параметров проектируемых технологических систем угольных шахт в условиях стохастической неопределенности и рисков;

разработаны рекомендации по повышению уровня обоснованности проектных решений, позволяющие оценить риски и целесообразность вовлечения в отработку запасов угольных месторождений с учетом конъюнктуры рынка конечной продукции шахт.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

достаточным объемом геолого-маркшейдерской, производственно-технической и экономической информации, характеризующей условия функционирования угольных шахт (10 шахт, 30 лав);

корректным использованием современных методов исследований (байесовский подход, теории нечетких множеств и нечеткой логики, метода анализа иерархии, технологического, вариативного и компьютерного моделирования, теории игр, метода реальных опционов);

доказательностью адекватности результатов исследований реальным проектным решениям.

Научное значение диссертации заключается в разработке научно-методических принципов синтеза технологических систем угольных шахт с учетом влияния фактора неопределенности исходной информации и рисков на базе интеграции байесовского подхода, теории нечетких множеств и метода реальных опционов в направлении повышения уровня обоснованности проектных решений.

Практическое значение диссертации состоит в разработке рекомендаций по реализации методики синтеза технологических систем угольных шахт на базе прогрессивной, надежной, экономичной и сбалансированной структуры пространственно-планировочных и технологических решений с учетом специфики современных рыночных условий функционирования горнодобывающих предприятий.

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанная методика синтеза технологических систем угольных шахт в условиях неопределенности информации и принятия решений при риске рекомендована к использованию в практике формирования программ развития горного производства на шахтах ОАО "СУЭК-Кузбасс".

Апробации работы. Основное содержание диссертации и ее отдельные положения докладывались и получили одобрение на международных научных симпозиумах в рамках «Недели горняка», проводимых в Московском государственном горном университете (Москва, 2007-2013гг.), Межрегиональной научно-практической конференции «Системный подход к освоению эффективного угледобывающего предприятия с использованием наукоёмких технологий» (г.Киселевск, 2008г.) и научных семинарах кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» МГГУ (Москва 2008-2013 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 14 научных статей (в том числе 10 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 3 - в международных изданиях).

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованной литературы из 115 наименований, включает 29 таблиц и 74 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В теоретических и практических исследованиях, научных работах и многочисленных публикациях за последнее десятилетие особое внимание уделяется вопросам синтеза (конструирования) технологических схем (систем) угольной шахты, обоснованию проектных решений и их параметров.

Связано это, в основном, с быстрым изменением макроэкономических условий, реформированием угольной отрасли в плане изменения структуры

шахтного фонда, внедрением новых технологических структур (шахта-лава, шахта-пласт), переоснащением очистных и подготовительных работ импортной высокопроизводительной горнодобывающей техникой, требований к промышленно-экологической безопасности ведения подземных горных работ и социально-экономических требований к труду.

Следует отметить весомый вклад в решение данной проблемы ученых и специалистов различных научных и проектных организаций, а также высших учебных заведений горного профиля, таких как ИГД им. A.A. Скочинского, ИПКОН РАН, Гипрошахт, ДонУГИ, МГГУ, ШахтНИУИ, ЦНИЭуголь, ИГД УрО РАН, СГИУ, С-ПбГИ, КузГТУ, ДонГТУ, института угля и углехимии СО РАН, причем значительный объем результатов исследований в той или иной мере был реализован в практике проектирования и функционирования технологических систем угольных шахт.

Реализация существующих методов проектирования и внедрения технологических схем (систем) угольных шахт достаточно широко освещены в работах Бурчакова A.C., Воробьева Б.М., Еремеева В.М., Жежелевского Ю.А., Кафорина Л.А., Малкина A.C., Кузнецова К.К., Кузнецова Ю.Н., Егорова П.В., Супруненко А.Н., Набокова А.И., Рыжова A.M., Сребного М.А., Харченко В.А. и др., а в последнее время определенный интерес представляют работы Агафонова В.В., Оганесян A.C., Ясюченя C.B., Заволокина Д.В., Лемешкина A.B., Бегеза Н.С., Грошенковой О.В., Крюковой В.В., Езерского М.Ю., Стадника Д.А., Шулятьевой Л.И. и др.

Сформированный и накопленный научный потенциал в области проектирования угольных шахт и обоснования перспектив их инновационного развития во многом предопределяет адаптацию современных тенденций и закономерностей проектирования угольных шахт для видоизменения и пополнения теоретических основ методологии синтеза технологических систем угольных шахт и обоснования проектных решений.

В связи с вышеизложенным задачи, решаемые для достижения поставленной цели в работе Формулируются следующим образом:

- обобщение и анализ опыта проектирования технологических систем горных предприятий в условиях неопределенности информации;

- анализ изученности проблемы повышения достоверности информации, используемой при обосновании проектных решений и параметров технологических систем угольных шахт и методов принятия инновационных решений при рисках;

- системное представление и моделирование иерархической структуры технологической системы угольной шахты и осуществление ее корректной декомпозиции с учетом байесовского подхода;

- разработка методических принципов использования теории нечетких множеств при обосновании проектных вариантов и параметров технологических систем в условиях стохастической неопределенности исходной информации и рисков;

формирование критериальной базы оценки результатов синтеза технологических систем угольных шахт, разработка модели и алгоритма ее реализации применительно к объектам исследований;

разработка рекомендаций по повышению уровня обоснованности проектных решений с использованием метода реальных опционов; - разработка рекомендаций по практическому использованию результатов исследований при обосновании вариантов проектных решений и параметров технологических систем угольных шахт с учетом рыночной специфики, неопределенности и рисков.

В настоящее время основным препятствием для детерминированных моделей является отсутствие достоверной информации о детальном геологическом строении пласта и большие погрешности в промысловых данных. Кроме того, не учитываются флуктуация и фрактальная составляющая процессов.

Исходя из этого, ни один из существующих в настоящее время подходов к моделированию процессов угледобычи не претендует на исчерпывающее описание реальных процессов и явлений и для целей проектирования необходим новый взгляд на их использование и практическое применение.

В моделях должно допускаться использование "знаний" экспертов, накопленного опыта, для того, чтобы исключить "странные" решения задач. Это делается с помощью введения дополнительных ограничений в модели, ограничений на вектора оценки, конусов гарантированности и т.д.

Все это говорит о том, что к обоснованию проектных решений и параметров технологических систем угледобычи необходимо подходить с позиции интеллектуальных интегрированных методологий. Синтез технологических систем угольных шахт и выбор основных проектных решений при этом объективно рассматривается как многокритериальная задача выбора рациональной технологической системы из исходного множества их.

Анализ работ, посвященных исследованшо достоверности информации, используемой при разработке проектов угольных шахт, показывает, что экономическая оценка перспективных технологий угледобычи осуществляется с использованием исходных данных, имеющих существенную вариабельность значений. Это обусловливает вариабельность получаемых результатов и риск коммерческой неэффективности проекта.

Особенность строительства новых шахт и реализации проектных решений в угольной отрасли заключается в том, что неопределенность получаемых результатов и инвестиционный риск в значительной мере обусловлены параметрами «внутренней среды» проекта, описывающими горно-геологические условия месторождения, принятые технико-технологические решения и уровень организации производства.

На основе анализа наиболее представительных работ в области количественной оценки достоверности исходной информации для проектирования угольных шахт в диссертации отмечен ряд негативных моментов.

В работе отмечена существенность средней величины расхождений между проектными и плановыми данными и относительно малое различие в средних тенденциях между плановыми и фактическими данными. Это свидетельствует о том, что показатели текущего планирования, рассчитываемые по данным действующих шахт, более близки к фактическим, чем проектные, основанные на менее достоверной и во многом неопределенной информации. При этом во всех случаях наблюдается ухудшение фактических данных по сравнению с проектными и даже плановыми.

Анализ основных методов учета рисков при принятии проектных решений показал, что в настоящее время в той или иной мере используются следующие: качественный анализ (экспертные оценки, метод аналогий), количественный анализ (дисперсия, стандартное отклонение, коэффициент вариации и др.), анализ чувствительности (определение чувствительности критерия при «последовательно-единичном» изменении каждой переменной), сценарный анализ (определение суммы вероятностей отрицательных значений NPV проекта), имитационное моделирование (метод Монте-Карло) (определение распределения доходности проекта), теория нечеткой логики (Fuzzy Logic) (учет и ввод лингвистических факторов риска).

Традиционно при проектирован™ технологических систем угольных шахт используются методы теории вероятностей, математической статистики, эконометрики, линейного, динамического и имитационного моделирования, теории принятия сложных решений, теории игр и др. Однако в реальных, быстроменяющихся горно-геологических, горнотехнических, экономических и финансовых условиях применение этих методов затруднено, а зачастую и невозможно в силу сложности построения многокритериальных моделей, а также невозможностью установления распределений известных параметров проектных решений.

Исходя из этого, при обосновании проектных решений применительно к технологическим системам угольных шахт в последнее время важное место отводится технологиям нечеткого вывода, формирования и построения экспертных систем, минимизирующих неопределенность исходной информации, когда не имеется достаточного объема информации, характеризующей проект в целом, а вероятностные распределения, описывающие параметры проекта, неизвестны.

В конечном итоге анализ проектных решений на основе теории нечетких множеств позволяет не только определить превалирующее отношение к имеющимся потенциально реализуемым проектным решениям, но и осуществлять их корректировку, формировать в конкретной исходной проектной обстановке их эффективные комбинации (рис.1).

Метод нечетких множеств получил приоритет перспективности 'как дающего точные результаты среди ряда крупнейших международных компаний (Motorola, General Electric, Otis Elevator, Pacific Gas & Electric, Ford).

На данный момент времени существует огромное число публикаций, посвященных методологии теории нечетких множеств, однако до сих пор практически не разработаны отдельные аспекты эффективного инструментария, позволяющих реализовывать его при решении конкретных проектных задач угледобывающих предприятий, и лишь единичные публикации посвящены использованию аппарата теории нечетких множеств и лингвистических переменных при обосновании проектных параметров технологических систем угольных шахт.

/ \ / ч х / \

20 30 40 50 60 70 80 90

100 __

: ;. .... ,..д,- ■ . ■ .■.'.'■..т.'.' ......^ ':■!

Базовая переменная

Рис. 1 . Интерпретация базовых аспектов теории нечетких множеств при обосновании проектных решений

Для создания методической базы придания структурной модели технологической системы прогностических функций необходимо в первую очередь, определиться с набором стандартных элементов применительно к конкретным горно-геологическим условиям эксплуатации, то есть произвести ее декомпозицию.

Иерархическая структура процесса декомпозиции предполагает выделение определенного числа уровней. На высшей ступени иерархии находятся знаковые подсистемы, характеризующие всю систему и стадии освоения месторождения полезного ископаемого. Следующий уровень представляют основные звенья подсистем. В каждой из составляющих подсистем шахты, например, во вскрывающих, подготавливающих или очистных выработках реализуются различные производственные комплексы (комплексы рабочих процессов): очистные и проходческие работы, внутришахтный транспорт, подъем, водоотлив, вентиляция и т. д.

В результате декомпозиции сложная система разделяется на группу более мелких подсистем с такой взаимосвязью, чтобы глобальная задача синтеза преобразовалась в группу локальных задач синтеза отдельных подсистем, т.е. отдельные решения будут приниматься по ограниченной информации, без использования всего объема сведений. Переход к иерархической структуре синтеза сужает в общем случае множество

допустимых стратегий, но одновременно снижает и уровень неопределенности, делая возможным получение более качественного решения.

Для решения задачи сокращения энтропии системы автором работы предлагается использовать современные информационные технологии: теорию нечетких множеств, нечеткую логику и экспертные системы, - таким образом, появляется возможность совместного применения двух моделей (вероятностно-статистической и детерминированной), что укладывается в рамки байесовского подхода к обоснованию проектных решений и однозначно позволит учесть связи между соответствующими элементами технологической системы, а использование метода оценки реальных опционов повысить достоверность исходных данных о принятии проектных решений, более объективно исследовать закономерности изменения параметров горного производства, а также снизить энтропию.

Одним из центральных вопросов в проблеме выбора и синтеза рациональной функциональной структуры технологических систем угольных шахт является построение классификационной структурной схемы, в которой наиболее полно должны быть отражены как признаки, характеризующие наиболее существенные стороны технологической сущности производственного процесса отработки запасов угольных пластов, так и признаки второстепенного рода, дополняющие и уточняющие главные с целью обеспечения наибольшей сопоставимости и совместимости структурных элементов при формировании функции цели.

С учетом вышеизложенного, в диссертации разработано системное представление структуры предлагаемой методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт (рис.2) и классификационная структура (нечеткая когнитивная модель угольной шахты).

В данной работе для создания методической и информационно-технологической базы обоснования проектных вариантов и параметров технологической системы шахты предлагаются возможности регуляризирующего байесовского подхода (РБП) и технологий на его основе.

Схема принятия решений на основе методической базы РБП является обобщением нечетких схем принятия решений и правил логического вывода, а также технологий, построенных на их основе, давая возможность получения обоснованных оптимальных проектных решений при недостоверных, неполных, неточных априорных или поступающих в процессе измерений данных.

На основании всех приведенных рассуждений основное уравнение байесовских интеллектуальных технологий с использованием модифицированной формулы Байеса для процесса обоснования проектных вариантов и параметров технологических систем угольных шахт в условиях априорной неопределенности, можно представить в виде:

в! = 8!™ ЧсЗ!"1 *8,ва ;

Исходные данные для обоснования проектных вариантов и параметров технологических систем угольных шахт

Недостоверные и неопределенные характеристики и параметры (неопределенность и риск)

Достоверные и определенные характеристики и параметры

Вероятностная модель

Детерминированная модель

Ввод методологии байесовского подхода к обоснованию проектных решений технологических систем угольных шахт в условиях стохастической неопределенности и риска

Формирование классификационной иерархической структуры технологических систем угольных шахт и стандартных элементов проектных решений (нечеткая когнитивная модель)

Определение ограничивающих условий и диапазонов вариабельности состояния проектных

решений

Определение ограничивающих условий и диапазонов вариабельности состояния проектных

решений

Формирование информационного массиваИкгюльзуемого прИ обосновании проектных

вариантов и параметров

Ввод методологии теории нечетких множеств при обосновании проектных вариантов

Формирование основных критериев совместимости и оценки корректного синтеза проектных вариантов технологической системы

Многокритериальная оценка и сравнение вариантов исходного множества проектных

решений

Сравнение альтернатив при обосновании проектных решений

Выбор оптимального варианта проектных решений (алгоритм Карника-Менделя)

Оценка результатов верификации методов учета неопределенности и рисков принятия проектных решений

Ввод методологии оценки реальных опционов (ROW) при обосновании проектных решений

Рекомендации по повышению уровня обоснованности проектных технологических решений производственных систем угледобычи

Рис.2. Системное представление структуры методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт в условиях риска на стадии проектирования

где символы их, uf, ud означают этапы сбора исходных данных, формирования методологической основы и принятия проектных решений соответственно.

Первый этап реализации алгоритма требует отбора наиболее значимых факторов (горно-геологических и горнотехнических), влияющих на выбор основных проектных технологических решений технологической системы угольной шахты. Данный аспект методического подхода реализовался методики производился на основе структурного и логического анализа результатов теоретических и практических исследований в данной области. На этой же основе осуществлялось определение областей эффективного применения элементов структурной схемы.

Данные о горно-геологических и горнотехнических параметрах и характеристиках поступают в виде лингвистических переменных на вход каждой подсистемы принятия и обоснования проектных решений. Далее по каждому параметру (характеристике) формируется базовое терм-множество (присвоение нечетких переменных - значений лингвистических переменных), причем каждый из термов идентифицируется своей функцией принадлежности.

На выходе каждой подсистемы присваиваются их основные характеристики, разделенные по соответствующим классификационным признакам, которые также носят лингвистический характер. Применительно к объектам исследований база знаний системы нечеткого вывода включает правила нечетких продукций, основанных на нормативных документах технологического проектирования и правил промышленно-экологической безопасности, а также опыта проектирования и основных достижениях научно-технического прогресса (наиболее прогрессивные, надежные и экономичные распространенные схемы вскрытия и подготовки запасов шахтных полей, системы разработки пластов в соответствии с принятыми отечественной и зарубежной классификациями).

После выделения основных параметров входных и выходных лингвистических переменных проектных решений применительно к технологическим схемам шахт необходимо выбрать метод (решающее правило) вынесения логических заключений.

В данной работе, в отличии от ранее выполненных исследований, используются нечеткие множества второго порядка, позволяющие моделировать различные неопределенности, которые не могут быть адекватно представлены с помощью нечетких множеств первого порядка. Первоначально нечеткие множества второго порядка были представлены Заде в 1975 году и по существу были «нечеткими нечеткими» множествами, в которых степень принадлежности - это нечеткое множество первого типа. Новые понятия были введены уже Менделем и Лингом (Mendel и Liang), которые заключались в описании нечеткого множества второго типа посредствам нижней и верхней функций принадлежности. Каждая из этих функций может быть представлена в виде нечеткого множества первого типа. Интервал между этими двумя функциями представляет собой отпечаток

неопределенности (footprint of uncertainly, FOU), который и является главной характеристикой нечеткого множества второго порядка.

Применение такого отображения нечетких переменных позволяет в определенной мере «размыть» левую и правую границы функции принадлежности. Таким образом, при задании экспертом степеней принадлежности уменьшается риск накопления ошибок из-за невключения точек, расположенных около границ функции и находящихся под сомнением.

Базовый перечень основных понятий нечетких множеств второго порядка представлен в таблице 1.

Интервальное дискретное нечеткое множество второго типа (ИДНМТ2) А, определенное на универсуме V может быть представлено в виде:

А = /¿(щ)1 Щ+ /¿(и2)/и2+... + fj(u„)l и„, (1)

где = - «нижняя» и «верхняя

функции принадлежности ИДНМТ2, являющиеся функциями принадлежности ДНМТ1, характеризующие «отпечаток неопределенности» (footprint of uncertainty) FOU:

/3 (u) : (/ -> [0,1], (и, )(r = 1, n) - степень принадлежности элемента ur

по «нижней» и верхней функциям принадлежности ИДНМТ2.

НМ-2 выражаются с помощью степени истинности неопределенности, которая отображает расплывчатость и неточность принадлежности элемента

к данному множеству. НМ-2 обозначаются А и характеризуются функцией

принадлежности второго порядка ц~(х,и), где хеХ и У" с[0.1] и

0 < и=(х,и) < 1 и выражается в уравнении: А

2 = {(х.м~(х)) хвХ] (2)

А = {(х.и.м~(х,и)рх е X.Vm <5 Jux <r [0.1]}

Графически функцию принадлежности второго типа и отпечаток неопределенности можно представить следующим образом:

Функция принадлежности второго порядка Отпечаток неопределенности для функции

второго порядка

S 0.5

■Ьц

JL> Щ

0.5, и 0 0 О

0.2 1,

it0.8

1 Ю.б

{ i а 0.5)

1- .,0.4

[<0.2

Рис. 3. Функция принадлежности второго порядка и отпечаток неопределенности

Табл. 1. - Основные понятия НМ-2

Термин Термин в англ. написании Описание

Первичная переменная Primary variable - х 6 X Главная переменная, задающая значения критерия

Значение первичной ФП Primary membership - Jx Каждому значению первичной переменной соответсвует интервал значений ФП

Вторичная переменная Secondary variable - U eJx Элемент первичной ФП

Вторичная степень принадлежности Secondary grade - fx(u) Вес, назначенный вторичной переменной

Второй тип НМ Type-2 FS - A Трехэлементная ФП, описывающаяся первичной и вторичной переменными, а также их значпнием принадлежности

Вторичная ФП по х Secondary MF at x НМ-1, характеризующее вертикальный срех но х

Отпечаток (след) неопределенное™ Footprint of Uncertainty of A - FOU{A) Объединение всех вложенных ФП, область между ЬМР(А) и иМИ {А)

Нижняя ФП НМ А Lower MF of A - LMF{A) ОГ //£(*) Нижняя граница отпечатка неопреденности

Верхняя ФП НМ А Upper MF of A - LMF{A) or ¡Ujix) Верхняя граница отпечатка неопреденности

Интервал НМ-2 Interval T2 FS Вторичная ФП, имеющая значение 1 в рамках всего отпечатка неопределенности

Вложенная ФП-1 Embedded T1 FS - Ae(x) Любая ФП-1, заключенная в А

Вложенная ФП-2 Embedded T2 FS - Ae(x) Вложенная ФП-1, имеющая значение 1 в рамках всего отпечатка неопределенности

Первичная ФП Primary MF Учитывается ФП-1, по крайней мере, с одним параметром, который имеет диапозон значений

Система нечеткого логического вывода второго порядка представлена на рис.4.

■■ ил Фвззифнкдтор ]

Входящее НМ-2

Нечеткий

НМ-1 ¡(пониженный Тип)

ВЫХОД | результирующее НМ-2

Рис. 4. Система нечеткого логического вывода второго порядка

Общая схема понижения типа и дефаззицикации с использованием алгоритма Карника-Менделя представлена на рис. 5.

Реализация всей совокупности шагов нечеткого вывода в программном алгоритме осуществляется в три основных этапа как для первого, так и для второго порядка. Первый этап соответствует заданию параметров задачи, (определение критериев, их соотношений в виде правил и оцененных альтернатив). Именно на этапе оценки и вводятся нечеткие множества второго порядка. При этом для каждой альтернативы необходимо задать интервал, соответствующий вертикальному срезу функции неопределенности второго порядка (рис. 6).

Результирующие уровни правил

Понижение типа

Дефаээификация

Вход

Г Верхний [ уровень 7ч*) 1-І

і і

[ Нижний [ уровень

Вычисление центроидов результирующих НМ-2

ИИНЦЦЩ»

с -л

«■стадом

' Уі ~мнг 1 гпМІДОАЛ

Объединение с результирующими - правилами

и=1....М)

Рис. 5. Расширенная схема обработки нечеткого вывода второго порядка

0.6 0.5

Рис. 6. Интервал вертикального среза функции неопределенности второго порядка

Таким образом, альтернатива будет характеризоваться двумя значениями по каждому критерию, что соответствует верхней и нижней ФП.

Второй этап заключается в реализации процедуры обработки правил и их объединении. Все операции выполняются между верхними и нижними ФП обрабатываемых множеств соответственно. После выполнения этого этапа синтезируется нечеткое множество второго порядка, что не может быть конечным результатом, поскольку сложно интерпретируемо. Для этого вводится третий этап, проводящий операции понижения порядка и дефаззицикации алгоритмом Карника-Менделя. Разработанный алгоритм представлен на рис. 7.

Для сравнения и оценки альтернатив необходимо вычислить точечные значения.

>7= min i У & lie, (3)

У в, slLMF(B\y,),UMF(.B\y,)] /=1 /=]

yr= max iy.Ojie-, (4)

V0, z[LMF(B\yi ),UMF(B\y,)] ,=1 ;=1

В пределе, при дискретизации и и у стремящимися к нулю L^y„R-*yr.

Окончательная точечная оценка в соответствии с алгоритмом центра тяжести (центроида), происходит по следующей формуле:

Таким образом, методы НМ-2 эффективно и адекватно отражают неопределенность, позволяя смоделировать лингвистические переменные и сводя к минимуму риск принятия неэффективных проектных решений. В окончательном виде рациональный вариант технологической системы угольной шахты определяется с учетом рекомендаций отраслевых инструкций по оценке инвестиционных проектов в угольной отрасли, которые в качестве окончательного критерия оптимальности регламентируют использование чистого дисконтированного дохода.

В основу программного обеспечения алгоритма были положены отдельные фрагменты системы MATLAB, разработанной и постоянно обновляемой компанией MathWorLs Inc (США) с использованием пакета расширения Fuzzy Logic Toolbox.

Определение критериев

Формулировка

правил в лингвистической форме

Формализация правил через критерии

Определение и оценка альтернатив через НМ-2

Вычисление ФП для посылок

Импликация

Пересечение всех результирующих ФП после импликации

Алгоритм Карника-Менделя

Вычисление Ь (минимальным методом)

Вычисление Я (максимальным методом)

Расчет точечной оценки результатов

(АУО)

Выбор альтернативы с наилучшей оценкой

Конец задачи принятия решения

» Первое входящее правило • Второе входящее правило [Ь\у)~ь\у)] [Ь\у),Ъ\у)}

Композиционный вывод для ФП-2

РОи(В)

ГП \

/НЛІІ У

РОи(В)

Рис. 7. Алгоритм нечеткого вывода для НМ-2

Программа füzzyTECH разработанная и постоянно обновляемая компанией INFORM GmbH (Inform Software Corporation, Германия), предназначена для решения различных задач нечеткого моделирования. В отличие от системы MATL AB, программа fuzzy TECH является специализированным средством, которое позволяет разрабатывать и исследовать нечеткие модели в графическом режиме.

Логика программы построена на использовании моделей, которые равносильны готовым шаблонам. Причем любая модель составляется из двух компонентов, реализованных в отдельных файлах: совокупностей критериев и правил. Ее общая структура в виде программного каркаса представлена на рис. 8.

Рис. 8. Общая структура программы на базовой платформе Fuzzy TECH Для апробации разработанных методических принципов и достижения сформулированной в диссертации цели была проведена проверка работоспособности предложенной методики обоснования проектных вариантов технологических систем угольных шахт и их параметров применительно к реальному объекту исследований - Чертандинскому каменноугольному месторождению.

В результате реализации программного обеспечения и выполнения всех операций, являющихся составной частью алгоритма нечеткого вывода на выходе подсистем имеем следующие выходные характеристики (лингвистические переменные):

по подсистеме «Способ отработки запасов месторождения» - два варианта: подземный и совместный (комбинированный) открыто-подземный; по подсистеме «Технологическая структура отработки запасов» - один вариант: шахта-лава;

по подсистеме "Вскрытие запасов шахтных полей":

• расположение основных вскрывающих выработок - два варианта: центральное или центрально-отнесенное;

• число подъемных (транспортных) горизонтов - один вариант: одногоризонтное вскрытие;

• тип главных вскрывающих выработок — два варианта: наклонные стволы: один наклонный и вертикальные стволы;

• тип дополнительных вскрывающих выработок - один вариант: без дополнительных вскрывающих выработок;

по подсистеме "Подготовка и отработка запасов шахтных и выемочных полей":

• схема подготовки запасов - один вариант: панельная;

• тип системы подготовительных выработок на транспортном горизонте в зависимости от числа разрабатываемых пластов - один вариант: индивидуальная подготовка;

• расположение подготовительных выработок относительно пласта -один вариант: пластовая подготовка.

• очередность проведения подготовительных выработок и ведения очистных работ: - один вариант: столбовая система разработки;

• длина очистного забоя — один вариант: длиннозабойная система разработки;

• направление движения очистного забоя - один вариант: по простиранию.

В результате синтеза на выходе второго уровня системы получается четыре альтернативы проектных решений технологической системы. На выходе подсистемы "Подготовка и отработка запасов шахтных и выемочных полей" реализуется лишь по одному варианту, то есть все характеристики аналогичны по всем четырем альтернативам проектных решений. Схема подготовки - панельная, способ подготовки - индивидуальный, пластовый, система разработки - столбовая, длинными забоями по простиранию. Различие в четырех вариантах определяется лишь схемой вскрытия:

• одногоризонтная схема вскрытия наклонными стволами с центральным их расположением без вспомогательных вскрывающих выработок - «1»;

• одногоризонтная схема вскрытия наклонными стволами с центрально-отнесенным их расположением без дополнительных вскрывающих выработок - «2»;

• одногоризонтная, комбинированная схема с центральным расположением стволов без дополнительных вскрывающих выработок - «3»;

• одногоризонтная, комбинированная схема с центрально-отнесенным расположением стволов без дополнительных вскрывающих выработок - «4».

После формирования четырех альтернативных синтезированных проектных вариантов технологической системы была выполнена их многокритериальная оценка с использованием алгоритма Карника-Менделя (таблица 2) и оценка экономической эффективности с использованием программного продукта оценки инвестиционных проектов «Альт-Инвест».

Табл.2. - Результаты вычислений центроидов

Альтернативы ■ .V/ Уг У COS

и4 0,47 0,59 0,5290

и3 0,44 0,61 0,5123

и2 0,41 0,49 0,4498

V, 0,34 0,45 0,3896

При реализации программного модуля «Альт-Инвест» в операционной среде Windows ХР получены укрупненные численные значения ЧДД, которые позволили проранжировать альтернативные варианты технологических систем по экономической эффективности (таблица 3).

Табл.3. - Оценка экономической эффективности вариантов технологических систем

Вариант проектных Чистый Ранг

решений технологической дисконтированный доход,

системы угольной шахты . млн.руб.

1 350 1

2 410 2

3 460 3

4 520 4

Из анализа расчетных данных, приведенных в таблицах, следует, что наивысшую суммарную оценку (0.53) получила альтернатива номер 4, ей же присущ и максимальный чистый дисконтированный доход, - что свидетельствует о том, что инвесторы должны остановить свой выбор на строительстве шахты с данными проектными решениями, так как этот вариант характеризуется минимальным риском реализации.

В диссертации на основе проведенных теоретических исследований выполнено численное сопоставление результатов использования метода реальных опционов ROW и метода дисконтирования денежных потоков DCF к оценке эффективности проектных решений для отработки запасов Чертандинского каменноугольного месторождения. Итоговые результаты исследований выявили наличие корреляционной связи между стоимостью опциона и чистым дисконтированным доходом от оставшихся этапов проекта (рис.9). В качестве окончательного вывода можно заключить, что метод дисконтирования денежных потоков явно недооценивает анализируемый проект по сравнению с методом реальных опционом, что особенно важно для высокорисковых (с большой волатильностыо) низкорентабельных проектов. Исходя из этого, есть основания утверждать, что использование метода реальных опционов можно привлекать для повышение уровня обоснованности проектных решений технологических систем угольных шахт.

млн.руо. 25000 -1-

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43

Рис.9. Результаты эффективности оценки отработки запасов Чертандипского камепноугольпого месторождения методами ЯОУ и ОСК

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой осуществлено решение задачи разработки методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт в условиях неопределенности и рисков, имеющей важное значение для теории и практики проектирования горнодобывающих предприятий на современном этапе развития научно-технического прогресса в отрасли.

Основные научные и практические результаты работы: 1 .Установлено, что низкая достоверность и высокая степень неопределенности исходной геологической и технологической информации являются одной из главных причин, осложняющих процессы обоснования проектных решений и перспектив развития инновационной деятельности угольных шахт, а также неспособствукяцих инвестиционной привлекательности их.

2.Результаты исследований свидетельствуют, что накопленный научный потенциал в области обоснования проектных решений, перспектив инновационного развития угольных шахт во многом предопределяет возможность адаптации его в целях решения задач видоизменения и пополнения научно-методической базы синтеза технологических систем угольных шахт и обоснования вариантов проектных решений и их параметров, причем результативность их реализации должна быть увязана с учетом неопределенности исходной информации и рисков.

3.В работе доказано, что теоретической основой научно-методического обеспечения процессов обоснования проектных решений и синтеза технологических систем угольных шахт в сложившихся экономических условиях должна составлять интеграция байесовского подхода, методов теории нечетких множеств и метода реальных опционов, предусматривающих наиболее полный учет характерных особенностей неопределенности и рисков, свойственных угольной отрасли на современном этапе ее функционирования.

4.Разработана структура алгоритма синтеза технологических систем шахт с учетом фактора неопределенности исходной информации и рисков с привлечением нечетких множеств второго порядка и алгоритма Карника-Менделя. Дополнительная неопределенность в степени принадлежности и ввод лингвистических факторов риска обеспечивает более качественное

ранжирование альтернатив, что позволяет эксперту сделать выбор альтернативы с большей степенью объективности. В итоге появляется возможность совместного применения двух моделей (вероятностно-статистической и детерминированной), что укладывается в рамки байесовского подхода к обоснованию проектных решений и однозначно позволяет учесть объективные связи между соответствующими структурными элементами технологической системы шахты, а использование метода оценки реальных опционов повысить достоверность исходных данных о принятии проектных решений, более объективно исследовать закономерности изменения параметров горного производства, а также снизить энтропию показателей его качества функционирования.

5.Анализ результатов моделирования технологической системы отработки запасов Чертандинского каменноугольного месторождения, выполненного в диссертации, с использованием теории нечетких множеств и результатов реального проектирования современными проектными организациями подтверждает высокую сходимость результирующих данных, а использование разработанных автором рекомендаций позволит проектным организациям и угледобывающим предприятиям минимизировать роль фактора неопределенности исходной горно-геологической, горнотехнической и маркетинговой информации с целью минимизации рисков и повышения обоснованности и адекватности основных проектных решений.

6.Разработанные методические принципы и результаты исследований использованы при оценке обоснованности принятия проектных решений на долгосрочную перспективу и краткосрочном планировании развития горных работ на шахтах ОАО «СУЭК - Кузбасс».

Основные положения и результаты диссертационпых исследований отражены в следующих опубликованных работах:

1. Агафонов В.В., Абрамов В.А., Шавров П.В. Технико-экономическая оценка вариантов подготовки шахтных и выемочных полей. Горный информационно-аналитический бюллетень. Mining information and analytical bulletin. № 11/2007.C.272-276.

2. Агафонов B.B., Шавров П.В. Выбор и обоснование принципиальных направлений развития шахтного фонда. Горный информационно-аналитический бюллетень. Mining information and analytical bulletin. №11/2007.C.260-265.

3.Агафонов В.В. Фундаментальные аспекты создания информационных систем непрерывного обновления шахтного фонда. Горный информационно-аналитический бюллетень. Mining information and analytical bulletin. №4/2004.с.186-188.

4. Агафонов B.B., Иванов A.H., Михеев B.O. Моделирование горных работ при оптимизации технологической схемы шахты. Горный информационно-аналитический бюллетень. Mining information and analytical bulletin. №11/201 l.c.5-8.

5. Агафонов B.B., Антонов M.A., Ютяев A.E. Основы методологии проектирования гибкой технологии угледобычи. Горный информационно-

го

аналитический бюллетень. Mining information and analytical bulletin. №11/201 l.c.31-35.

6. Агафонов B.B., Оганесян A.C. Основные проблемы внедрения информационных систем для решения экономических и технологических задач горнодобывающей отрасли промышленности. Горный информационно-аналитический бюллетень. Mining information and analytical bulletin. №12/2011. T.6.C.614-622.

7. Агафонов B.B., Оганесян A.C. Интегрированные системы и комплексы геоинформационных систем в горном деле. Горный информационно-аналитический бюллетень. Mining information and analytical bulletin. №12/2011. т.б.с.623-630.

8. Агафонов B.B. Нечеткая когнитивная модель угольной шахты. Горный информационно-аналитический бюллетень. Mining information and analytical bulletin. №7/2013.

9. Агафонов B.B. Новый подход к синтезу технологических систем угольных шахт на основе нечеткого когнитивного моделирования. Горный информационно-аналитический бюллетень. Mining information and analytical bulletin. №7/2013.

10. Агафонов В.В.Предпосылки создания методологии концептуального проектирования многофункциональных шахтосистем. Горный информационно-аналитический бюллетень. Mining information and analytical bulletin. №6/2013.

11. Агафонов B.B., Оганесян H.K., Оганесян A.C. Новые подходы к выявлению направлений повышения устойчивости и эффективности функционирования шахтного фонда угольных компаний. Журнал «Горняк и мeтaллypг»/»Miner@Metallurgist». -Ереван. - №2. - 2011. - С.52-56. ..

12. Агафонов В.В., Оганесян Н.К., Оганесян А.С. Современные тенденции проектироваши горных предприятий в условиях неопределенности исходной информации. Журнал «Горняк и металлург»/»Мтег@Ме1а11ш^з1». -Ереван. -№4. - 2011. - С.35-36.

13. Агафонов В .В., Оганесян H.K., Оганесян А.С. Особенности и специфика эвристико-эволюционного подхода к оптимизации технологических систем угольных шахт. Журнал «Горняк и металлург»/»Мшег@Ме1а11ш^15Ъ>. -Ереван. - №4. - 2011. - С.37-38.

14. Агафонов В.В. Разработка математической модели выбора вариантов технологических схем угольных шахт. «Научно-методическое обеспечение формирования проектных, технологических и организационных механизмов эффективного функционирования угольных шахт». Сборник научных трудов. -М.: МГГУ, 2012. -С.56-59.

Подписано в печать 23.10.2013. Формат 60x90/16. Бумага офсетная 1,0 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 2714

«мт-кивикш и 1 ис ^ДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Лицензия на издательскую деятельность ЛР№ 062809 Код издательства 5X7(03)

Отпечатано в типографии Издательства Московского государственного горного университета

Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД№ 53-305

119991 Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 6; Издательство МГГУ; тел. (499) 230-27-80; факс (495) 737-32-65

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Агафонов, Виталий Валерьевич, Москва

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

04201364678

На правах рукописи

АГАФОНОВ ВИТАЛИИ ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ УГОЛЬНЫХ ШАХТ С УЧЕТОМ

РИСКОВ

Специальность 25.00.21 - «Теоретические основы проектирования

горнотехнических систем»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель проф., докт.техн.наук КУЗНЕЦОВ Ю.Н.

Москва 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................4-7

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ практики проектирования горных предприятий в условиях неопределенности исходной информации..................................8-13

1.2. Оценка изученности проблемы повышения достоверности информации, используемой при обосновании проектных решений в горном деле.. 14-17

1.3. Анализ методов принятия инновационных решений в условиях неопределенности и рисков......................................................18-23.

1.4. Обоснование цели, задач и методов исследований........................24

ВЫВОДЫ.............................................................................25

ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ БАЗЫ МЕТОДИКИ ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ УГОЛЬНЫХ ШАХТ С УЧЕТОМ РИСКОВ

2.1. Системное представление структуры методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт....................................26-34

2.2. Основные виды неопределенности и рисков, принимаемых к учету при принятии проектных технологических решений..........................35-46

2.3. Подсистема обоснования проектных решений в условиях стохастической неопределенности исходной информации с использованием байесовского подхода..............................................................................47-53

2.4. Методические принципы использования теории нечетких множеств при обосновании проектных решений.............................................54-113

ВЫВОДЫ............................................................................114

ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПРОЦЕДУР МЕТОДИКИ ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ УГОЛЬНЫХ ШАХТ С УЧЕТОМ РИСКОВ

3.1. Разработка алгоритма реализации методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт.....................................115-119

3.2. Формирование информационного массива, используемого при реализации методики.............................................................119-123

3.3. Анализ результатов реализации методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт....................................123-132

3.4. Оценка результатов верификации методов учета неопределенности и рисков принятия проектных решений........................................133-134

3.5. Рекомендации по повышению уровня обоснованности проектных технологических решений производственных систем с использованием методов оценки реальных опционов.........................................135-139

ВЫВОДЫ...........................................................................140

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Горно-геологические и горнотехнические условия Чертандинского каменноугольного месторождения..........................................141-152

4.2. Использование результатов исследований при обосновании производственной мощности шахты «Чертандинская»................153-168

4.3. Обоснование пространственно-планировочных решений по вскрытию и подготовке запасов участков недр Чертандинского месторождения. 169-186

4.4. Экономическое обоснование проектных решений по освоению георесурсов Чертандинского каменноугольного месторождения... 187-190

ВЫВОДЫ............................................................................191

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................192-193

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА......................................194-202

Введение

Выбор и обоснование основных проектных решений и параметров технологических систем угольных шахт в современной практике проектирования горнотехнических систем практически всегда происходит в условиях ограниченной разноплановой исходной информации. Как правило, данные различного вида разведок, в том числе и детальной, никогда не являются исчерпывающими и полностью адекватными. В связи с этим, задача синтеза технологической системы угольной шахты имеет множество решений, каждое из которых может привести к различным прогнозам производственно-технических и экономических показателей. Это обуславливает возникновение технологического и экономического риска разработки угольных месторождений, связанного с неоднозначностью проектных разработок, положенных в основу процесса проектирования.

Стоящие перед специалистами задачи по созданию проекта разработки, его технико-экономического обоснования, минимизации технологического и экономического риска предъявляют повышенные требования к моделям принятия решений. Главными из этих требований являются достаточная степень детальности проектных проработок и исходная многовариантность оптимизационных моделей.

Соответственно и вся информация о параметрах функционирования технологических систем, областях их технико-экономической эффективности, целевых функциях, предпочтительности одних параметров перед другими, о риске работы горнодобывающего предприятия в целом и его отдельных подсистем должна быть сведена к одной форме и представлена в виде функций принадлежности. Такой байесовский подход к интеграции разнородной информации позволяет свести воедино всю имеющуюся неоднородную информацию: детерминированную, статистическую, лингвистическую и интервальную.

Разработанные в настоящее время количественные методы принятия проектных решений (такие как максимизация ожидаемой полезности, минимаксная теория, методы максимального правдоподобия, теория игр и др.) помогают выбирать оптимальные из множества возможных решений лишь в условиях одного конкретного вида неопределенности или в условиях полной неопределенности. К тому же, большая часть существующих методов для облегчения количественных исследований в рамках конкретных задач

принятия проектных решений базируется на крайне упрощенных моделях действительности и довольно жестких ограничениях, что уменьшает практическую ценность исследований и часто приводит к искаженным результатам.

В связи с изложенным задача обосновании проектных решений и основных параметров технологических систем угольных шахт в условиях неопределенности информации и риска может квалифицироваться как достаточно актуальная.

Основные научные положения, разработанные лично соискателем:

Научная новизна работы состоит в следующем:

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

доказательностью адекватности результатов исследований реальным проектным решениям.

специфики современных рыночных условий функционирования горнодобывающих предприятий.

Апробация работы. Основное содержание диссертации и ее отдельные положения докладывались и получили одобрение на международных научных симпозиумах в рамках «Недели горняка», проводимых в Московском государственном горном университете (Москва, 2007-2013гг.), Межрегиональной научно-практической конференции «Системный подход к освоению эффективного угледобывающего предприятия с использованием наукоёмких технологий» (г.Киселевск, 2008г.) и научных семинарах кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» МГГУ (Москва 2008-2013 гг.).

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ практики проектирования горных предприятий в условиях неопределенности исходной информации

Связано это, в основном, с быстрым изменением макроэкономических условий, реформированием угольной отрасли в плане изменения структуры шахтного фонда, внедрением новых технологических структур (шахта-лава, шахта-пласт), переоснащением очистных и подготовительных работ импортной высокопроизводительной горнодобывающей техникой, требований к промышленно-экологической безопасности ведения подземных горных работ и социально-экономических требований к труду.

В контексте решения задач формирования оптимальных стратегий развития и обновления горного производства следует выделить работы Малкина A.C., Фрянова В.Н., Саламатина А.Г., Постникова В.Н., Ковальчука А.Б., Кузнецова Ю.Н., Вылегжанина В.М., Домрачева В.Н., Ильюшенко В.Г., Кузьмича A.C., Лаврика В.Г., Рогова Е. И., Салли В.И. и др.

Существующие методы проектирования и конструирования технологических схем (систем) угольных шахт достаточно широко представлены в работах Бурчакова A.C., Воробьева Б.М., Еремеева В.М., Жежелевского Ю.А., Кафорина Л.А., Малкина A.C., Кузнецова К.К.,

Кузнецова Ю.Н., Егорова П.В., Супруненко А.Н., Набокова А.И., Рыжова A.M., Сребного М.А., Харченко В.А. и др., а в последнее время определенный интерес представляют работы Лопушанской О.Я., Чмыхова Е.Е., Ясюченя C.B., Заволокина Д.В., Лемешкина A.B., Бегеза Н.С., Грошенковой О.В., Крюковой В.В., Езерского М.Ю., Стадника Д.А., Шулятьевой Л.И. и др. [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11].

Сформированный и накопленный научный потенциал в области проектирования угольных шахт и обоснования проектных решений, перспектив их инновационного развития во многом предопределяет адаптацию современных тенденций и закономерностей проектирования угольных шахт для видоизменения и пополнения теоретических основ для разработки методологии синтеза технологических систем угольных шахт и обоснования проектных решений и их параметров.

В настоящее время при математическом моделировании процессов разработки угольных месторождений широко используется дедуктивный подход, когда пытаются понять поведение системы в целом, описав в деталях частные механизмы и уравнения. Основная проблема при этом - отсутствие возможности аналитической обработки и принятия решений при наличии большой погрешности в исходной информации.

Получаемые таким образом детерминированные трехмерные модели имеют ограниченное применение. С одной стороны их довольно успешно используют как научный инструмент, заменяющий собой дорогостоящие натурные эксперименты, для поиска стратегий проектирования и совершенствования технологий разработки угольных пластов. С другой стороны их пытаются использовать для целей прогноза и мониторинга реальных объектов разработки, что естественно, в силу сложности самого моделируемого объекта может привести к печальным последствиям. Например, ошибочность выбора важнейших технологических параметров системы разработки (длина лавы, взаиморасположения Очистных и подготовительных выработок) потребует в дальнейшем значительных материальных затрат и усилий для их исправлений.

Основное препятствие для детерминированных моделей — отсутствие достоверной информации о детальном геологическом строении пласта и большие погрешности в промысловых данных.

Затруднения специалистов при проектировании вызывают также значительная неоднородность углевмещающей породной толщи и их границы, разрывы или разломы и естественные трещины, усложняющие структуру пласта. В двух- и трехмерных математических моделях приходится априори вводить предположения об изменении геологических параметров. Поэтому достоверность получаемых результатов в значительной степени определяется достоверностью принятых предположений. Кроме того, не учитываются случайные флуктуации и фрактальная составляющая процессов.

Все это говорит о том, что к обоснованию проектных решений технологических систем угледобычи необходимо подходить с позиции интеллектуальных интегрированных методологий.

В отдельных работах предлагается использовать концепцию системной оптимизации процессов разработки угольных месторождений, смысл которой заключается в совместном использовании двух дополняющих друг друга направлениях моделирования сложных объектов и процессов. Первое направление - это многомерные детерминированные постоянно действующие модели пласт

Информация о работе

Агафонов, Виталий Валерьевич
кандидата технических наук
Москва, 2013
ВАК 25.00.21

Диссертация

Разработка методики обоснования параметров технологических систем угольных шахт с учетом рисков - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы