ДонНТУ   Портал магистров

Иващенко Александр Павлович

Горно-геологический факультет

Кафедра маркшейдерского дела

Специальность «Маркшейдерское дело»

Управление проектом маркшейдерского обеспечения разведки и прогнозирования нарушенности угольного месторождения

Научный руководитель: д. т. н., проф. Назимко Виктор Викторович

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
• 3. Обзор исследований и разработок
• 3.1 Обзор международных источников
• 3.2 Обзор исследований по теме в Украине
• 3.3 Обзор исследований по теме в ДонНТУ
• 4. Объект исследования
• 5. Предмет исследования
• 6. Идея работы
• 7. Численные методы моделирования напряженно-деформированного массива вокруг МАН
• 8. Планируемый результат
• 9. Новизна
• Заключение
• Список источников

Введение

На сегодняшний день актуальным вопросом является проблема отработки запасов угля на шахтах Украины[7]. Добыча угля осложняется такими факторами как большая глубина разработки, высокий уровень горного давления, слоистость массива, трещиноватость, водообильность, высокая газоносность пластов. Наиболее проблемным фактором при отработке пластов, является малоамплитудная нарушенность. Сложность в том, что до ведения очистных работ, нарушения с маленькой амплитудой практически невозможно обнаружить. Расстояния между разведочными скважинами достигает сотен метров, следовательно уловить нарушение амплитудой 0,3–1,5 м практически невозможно. В связи с этим применяют ряд геофизических методов, которые производят непосредственную разведку малоамплитудных нарушений. Однако такие методы требуют значительных затрат для закупки специального оборудования. Трудоемкость обработки промежуточных данных при проведении работ значительна, кроме того восстановление параметров нарушений и их координат является задачей, которая не имеет однозначного решения. К тому же надежность результата доразведки как правило не более 80 %.

1.Актуальность темы

Несмотря на значительные достижения в развитии теоретических основ управления, более половины проектов заканчиваются со значительным опозданием, перерасходами бюджетов и урезанием целей. Такой отрицательный результат обусловлен прежде всего современным турбулентным окружением проектов, в котором параметры и структура проектов характеризуются сильной неопределенностью.

Чем она значительнее, тем чаще необходимы плана проекта и тем быстрее они должны приниматься. Однако стандартные итерационные, а следовательно длительные процедуры рассмотрения, анализа и принятия изменений входят в принципиальные противоречия требованиям оперативного управления проектом.

Без быстрой адаптации к турбулентного окружения, которое постоянно меняется, проекты обречены на провал. С другой стороны техника гибкого или моторного управления и, особенно, в режиме приемлемы только для достаточно узкого круга проектов в области информационных технологий, которое относится к разработке программных продуктов. Дело в том, что у общественности проектные ресурсы не имеют такой ликвидности, как идеи в голове программиста.

Таким образом назрела насущная необходимость обосновать модели и методы оперативного управления проектами на основе стандартов проектного управления с учетом лучших достижений гибкого управления и современных требований к быстрой адаптации управления к турбулентному нестационарному окружению. Именно это окружение является постоянным источником неопределенности, которую можно уменьшить только благодаря накоплению и мониторингу своевременной релевантной информации. Это обусловливает актуальность проблемы информационного обеспечения оперативного управления проектами в условиях параметрической и структурной неопределенности.

2.Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель работы: Повысить качество управления проектом разведки и перехода малоамплитудного нарушения длинными очистными забоями

3. Обзор исследований и разработок

3.1 Обзор международных источников

В настоящее время проблема прогноза маломапплитудной нарушенности решается с помошью ряда геофизических методов[4, 5]

3.2 Обзор исследований по теме в Украине

На территории Украины исследованиями прогноза малоамплитудных нарушений, происходящими в углепородном массиве, занимается научно-исследовательский институт УкрНИМИ НАН

3.3 Обзор исследований по теме в ДонНТУ

Кафедра Маркшейдерского дела в Донецком Национальном Техническом Университете является одной из ведущих научных организаций, одним из объектов исследования на кафедре является прогноз малоамплитудной нарушенности. Этой проблемой занимается д. т. н. проф. Назимко В. В.

4. Объект исследования

Объектом исследований является процесс оперативной разведки МАН

5. Предмет исследования

Параметры малоамплитудных нарушений (амплитуда нарушения, азимут, угол падения, расстояния между нарушениями по выроботке).

6. Идея работы

Идеей работы является составление уникального плана управления проектом выявления малоамплитудного нарушения с последующей отработкой лавы согласно принятого плана.

7. Численные методы моделирования напряженно-деформированного массива вокруг МАН

Для сравнения эффективности способов перехода малоаплитудного нарушения были испытаны следующие технологии:

1. Технология перехода малоамплитудных нарушения без предварительной подготовки и укрепления неустойчивой кровли в зоне влияния нарушения

2. Технология перехода с опережающим укреплением кровли согласно нормативного документа

3. Технология перехода через переходную камеру, которая сооружается заранее и независимо от очистных работ.

Оценка эффективности технологий перехода осуществлялась с помощью компьютерного моделирования на базе пакета FLAC3D. Использование этого программного пакета связано с преимуществами, которыми он обладает по сравнению с известными на сегодняшний день программными пакетами.

Во-первых, программа работает в заведомо динамическом режиме. Это означает, что все расчеты деформаций ведутся с учетом второго закона Ньютона, т.е. в динамике и наиболее сложным является расчет статического равновесного состояния. Для решения нашей задачи динамический режим очень важен, поскольку он позволяет учесть скорость подвигания лавы, которая как уже указывалось, существенно влияет на устойчивость вмещающих пород в зоне нарушения. При малой скорости подвигания лавы итерационный расчет каждого цикла ведется до тех пор, пока не будет достигнуто статическое равновесие вмещают пород. При высоких скоростях подвигания лавы вмещающие породы все время находятся в неравновесном состоянии, легко учесть сокращением числа итераций расчета цикла подвигания очистного забоя.

Во-вторых, пакет имеет 12 моделей прочности массива горных пород и почв. Благодаря правильному подбору модели прочности и ее параметров можно существенно повысить достоверность конечных результатов моделирования.

В-третьих, программа построена таким образом, что можно сохранять результаты предыдущего решения и состояние всех переменных модели на предыдущем решении, после чего продолжать решения новой задачи. При решении задачи испытаний технологии перехода нарушения лавой это преимущество имеет первостепенное значение. Дело в том, что для соблюдения начального состояния системы сначала надо решить задачу проходки переходной камеры и убедиться в ее устойчивости до подхода лавы. Затем следует решить отдельную задачу перехода камеры очистным забоем. При этом желательно переход решать в несколько циклов подвижки ряды, чтобы реально оценить динамику сдвигов вмещают пород.

В-четвертых, пакет имеет встроенный язык программирования, который позволяет писать собственные программы, которые используют модули пакета FLAC3D, что дает возможность создавать мощные программные продукты, возможности которых ограничены только возможностями программиста, а также запросами технолога и геомеханика.

В-пятых, для решения указанной задачи выбрана трехмерная модель, поскольку направления проходки и отработки лавы взаимоперпендикулярных, причем при проходке все три главные деформации массива горных пород вокруг подготовительного забоя ненулевые. Это означает, что условие плоской деформации выделить невозможно.

Большим преимуществом пакета перед процедурой метода конечных элементов является то, что узлы соседних зон могут не совпадать. Это существенно облегчает построение сложных расчетных схем. Моделирование напряженно-деформированного состояния массива горных пород производится следующим образом. Сначала строится цифровая модель моделируется. В данном случае мы создаем модель толщи горных пород, возмущенной малоамплитудной нарушением. На рис. 1 показана трехмерная модель, которая отражает нарушения третьей группы амплитудой 2 м при мощности пласта 1,8 м. Параметры нарушения взяты как типичные по данным статистического анализа нарушений в пределах поля шахты Красноармейская-Западная № 1

В процессе построения цифровой модели задавались исходные данные, соответствующие горно-геологическими условиями блока 2. Прежде чем выбрать окончательные параметры модели, были проведены предварительные расчеты, в которых оценивались основные проявления горного давления (опускания непосредственной кровли, характер разрушения пород вокруг возбуждения и вокруг движется ряды, характер распределения горного давления). Сначала была опробована модель прочности Кулона-Мора, которая наиболее приемлема для описания разрушения горных пород. Оказалось, что ряд важных параметров сдвижения толщи вокруг возбуждения моделировалось недостаточно точно. Путем последовательного отбора было испытано три модели прочности пород и подобраны параметры модели, которые адекватно отражали поведение массива в реальных натурных условиях.

Окончательно было принято решение использовать модифицированную модель Кулона-Мора, которая учитывала влияние ослабления пород вдоль плоскости напластования. С учетом этого деформационные и прочностные параметры вмещающих пород приведены в таблице 1. Вторая трудоемкая задача связана с разбивкой расчетной области на зоны или элементы, в которых вырабатывается решение дифференциального уравнения динамического равновесия твердого тела. При этом необходимо выполнить одно фундаментальное требование, которое обязательно для всех численных методов решения дифференциальных уравнений: размеры соседних зон и их сторон или граней должны быть сопоставимы. Это означает, что размеры граней тетраэдра, или другого элементарного объема, из которого строится вся модель не должны сильно отличаться. Практически это означает, что стороны треугольника например не должны отличаться более чем в три раза. Это означает, что не должно быть слишком тонких и вытянутых зон или элементов. Точно также не должны быть рядом в контакте зоны или элементы, размеры которых отличаются более чем в три раза. Для лучшей сходимости решения вообще желательно, чтобы различия в размерах не превышало 1,5. Для соблюдения указанного требования пакетом FLAC3D предусмотрен набор примитивов, из которых удобно создавать различные объемы и пространственные формы.

При моделировании слоистой среды, которой является массив осадочных горных пород, необходимо построить модель так, чтобы было удобно вводить послойно свойства вмещающих пород, а, с другой стороны, создавать полость камеры и выработанное пространство позади очистного забоя. Поскольку камера наклонена к слоистости под острым углом в 9°, совместить эти две задачи весьма трудно. При одновременном удовлетворении указанных требований неизбежно возникают узкие вытянутые зоны, которые при решении дифференциального уравнения являются источниками зацикливание решения.

Кроме того разработана отдельная программа для имитации процесса снижения сцепления и мобилизации внутреннего терния после разрушения породы. В стандартном пакете таких процедур нет, а в примерах они не демонстрируются. Однако без процедуры ослабления сцепления в массиве после разрушения породы результаты моделирования достаточно сильно расходятся с наблюдаемыми проявлениями горного давления. Только после разработки такой процедуры удалось существенно приблизить результаты моделирования к действительности.

Выполненая оценка разработанной модели дает основание на ее применение для анализа напряженно-деформированного состояния массива горных пород при переходе малоамплитудной нарушения длинным очистным забоем. Отработка пласта осуществлялась во всех случаях заходками или циклами, чтобы отразить основные особенности сдвижения пород вокруг действующей лавы. Всего применялось 6 циклов подвижки со средней длиной подвижки около 5 м. Один цикл подвижки реализовали в переходной печи, в течение четырех циклов скамью передвигали через переходную траншею или камеру и один цикл осуществляли на весу крыле нарушенного слоя. Результаты каждого цикла хранили в отдельном файле, который находится в электроном приложения и готов для дальнейшего анализа любой доступной информации.

8. Планируемый результат

1. С помощью приведенного метода разработать план изучение наличия МАН.
2. При наличии МАН, скорректировать план разработки участка угольного пласта, или вообще принять решение о разработке нового плана
3. Собрать специальную комиссию для надзора за выполнением плана
4. Получение фактических результатов, обобщение и анализ.

9. Новизна

Новизна научных положений в целом состоит из теоретико-методических основ и инструментов стохастического моделирования проекта как открытой термодинамической системы, пропускает через себя информационные потоки.

Заключение

Таким образом можно сделать следующие выводы:

Переход малоамплитудных нарушений без дополнительной разведки их параметров приводит к задержке угледобычи в пределах 5–12 месяцев, значительный экономический ущерб, определяемые сотнями миллионов гривен, а также повышает опасность подземных работ. Сегодня существует широкий спектр методов и технологий прогнозирования МАН и их дополнительной разведки геофизическими методами. Надежность методов и технологий в пределах от 60 до 85 %, а диапазон стоимости достаточно широк: от 10 тыс. грн. за простой прогноз до нескольких миллионов за трехмерную сейсморазведку.

Слабая заинтересованность в использовании технологий прогноза и разведки МАП у практиков объясняется целым спектром факторов, среди которых главными являются хронический дефицит объективной информации о потерях и негативные последствия перехода МАН вслепую, высокой долей вероятности не получить кредиты для отработки поврежденных малоамплитудной нарушениями запасов, неопределенность геологической среды и его нестационарная природа, причины, связанные со страхом потерять карьерный рост а также склонность предпочесть экономии на затратах на разведку сегодня чем получить неопределенные убытки в будущем, недостаточная надежность геофизических технологий разведки и высокая их стоимость и невозможность проверить прогноза МАН в случае принятия решения о его обход.

Принципиальное решение проблемы широкого применения технологий прогноза и разведки МАП при угледобычи может быть достигнуто только на основе применения проектно-ориентированного подхода. При этом проект прогноза и разведки МАН привязывается к проекту отработки выемочного столба а управление проектом осуществляется оперативно в условиях параметрической и структурной неопределенности геологического и организационной среды.

Разработан критерий оптимальности оперативного проекта прогноза и разведки МАП, учитывающий доходы угледобычи, себестоимость угля, стоимость прогноза и разведки, потери подготовленных запасов угля и убытки, которые несет шахта при переходе МАН.

Разработан план проекта, в основу которого заложены следующие принципы: комплексирования методов прогноза и разведки с преобладанием методам, которые используют всю информацию о достоверных МАП для экстраполяции на новые участки, которые еще не обсуждались, а также методы, позволяющие построить пространственные карты надежности прогноза; разделение рисков между участниками проекта, который объединяет несколько соседних шахт отрабатывают повреждены пласты в одинаковых геологических условиях, с привлечением фирм, минэнерго, и страховщиков.

Установлено, что наиболее негативными ветвями структуры проекта (дерева решений), которые могут возникать в ходе его выполнения является решение о переходе нарушение, предусмотрено меняется на обход. Такие ветки наиболее существенно снижают качество управления проектом прогноза и разведки МАН и увеличивают параметрическую и структурную неопределенность.

Доказано, что важнейшую роль для повышения качества управления проектом прогноза и разведки МАП играет информационное обеспечение. Основными его компонентами являются актив проекта в виде задокументированного опыта перехода МАН, базы знаний в виде правил принятия оперативных решений, модель для количественной оценки негативного влияния малоамплитудной нарушения на показатели работы очистного забоя.

Усовершенствованные методы уплотнения календарного плана проекта прогноза и разведки МАП, которые способствуют сокращению времени выполнения работ, находящихся на критическом пути, трансформируют оперативные риски в тактические, снижают потери подготовленных запасов, уменьшают дополнительное износа забойного оборудования и сохраняют безопасность подземных работ.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Дата завершения декабря 2014.

Список источников

1. Kendall G. I. Advance Multi-Project Management: Achieving Outstanding Speed and Results with Predictability Gerald I. Kendall and Kathleen M. Austin Willy, New York, 2012. ISBN: 978-1-60427-080-8.
2. Назимко В. В., Мерзлікін А. В. Досвід застосування нейронних мереж і генетичного алгоритму для прогнозу малоамплітудних порушень Наукові праці Донецького Державного Технічного Університету. Серія: гірничо-геологічна. – 2002. – № 54. – С. 177 – 183.
3. Назимко В. В., Захаров В. С., Мерзлікін А. В. Прогноз мелкоамплітудних розривних порушень вугільних пластів за допомогою нейронних мереж і генетичних алгоритмів Геотехнології на рубежі 21 в., Т.2. – Донецьк.: ДонНТУ, 2001. – С. 30-32
4. Tectonics: Recent Advances by Evgenii Sharkov (ed.) – InTech , 2012 This book is devoted to different aspects of modern geodynamic processes. The text covers up-to-date materials of detailed geological-geophysical investigations, which can help understand the essence of mechanisms of different tectonic processes. (2950 views)
5. Statistical Physics of Fracture, Friction and Earthquake by Hikaru Kawamura, et al. – arXiv , 2011 We review our research regarding the dynamics and the statistical properties of earthquakes, mainly from a statistical physical viewpoint. Emphasis is put both on the physics of friction and fracture, and on the statistical physical modelling. (1964 views)
6. Ahola Т. – Insights for the governance of large projects: Analysis of Organization Theory and Project Management: Administering Uncertainty in Norwegian Offshore Oil by Stinchcombe and Heimer/ Tuomas Ahola, Andrew Davies // International Journal of Managing Projects in Business Volume: 5 Issue: 4; 2012, 245-251.
7. Маркшейдерська справа: Учеб. для вузів. – У двох частинах / За ред. І.М. Ушакова. – 3-е вид., Перераб. і доп. – М. Недра, 1989. – Частина 2/А.Н. Белоліков, В. М. Земісев Г. А. Кротов та ін – 437 с.