ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат по темі випускної роботи

Вступ

На сьогоднішній день актуальною проблемою є проблема відпрацювання запасів вугілля на шахтах України[7]. Видобуток вугілля ускладнюється такими факторами як велика глибина розробки, високий рівень гірського тиску, шаруватість масиву, тріщинуватість, водоносність, висока газоносність пластів. Найбільш проблемним чинником при відпрацюванні пластів, є малоамплітудна порушенність. Складність у тому, що до ведення очисних робіт порушення з маленькою амплітудою практично неможливо виявити. Відстані між розвідувальними свердловинами досягає сотень метрів отже виявити порушення амплітудою 0,3–1,5 м практично неможливо. У зв’язку з цим застосовують ряд геофізичних методів, які здійснюють безпосередню розвідку малоамплітудних порушень. Однак такі методи вимагають значних витрат на їх реалізацію. Трудомісткість обробки проміжних даних при проведенні робіт значна. Крім того відновлення параметрів порушень та їх координат є завданням, якє не має однозначного рішення. До того ж надійність результату дорозвідки як правило не більше 80 %.

1. Актуальність теми

Незважаючи на значні досягнення у розвитку теоретичних основ управління більш ніж половина проектів закінчуються зі значним запізненням, перевитратами бюджетів та урізуванням цілей. Такий негативний результат обумовлений перш за все сучасним турбулентним оточенням проектів, в якому параметри і структура проектів характеризуються сильною невизначеністю.

Чим вона значніша, тим частіше необхідні зміни плану проекту і тим швидше вони повинні прийматись. Проте стандартні ітераційні, а отже тривалі процедури розгляду, аналізу і прийняття змін входять у принципові протиріччя з вимогами оперативного управління проектом.

Без швидкої адаптації до турбулентного оточення, яке постійно змінюється, проекти приречені на провал. З другого боку техніка гнучкого або моторного управління і, особливо, у режимі прийнятні тільки для досить вузького кола проектів у галузі інформаційних технологій, яке відноситься до розроблення програмних продуктів. Справа у тому, що у загалі проектні ресурси не мають такої ліквідності, як ідеї у голові програміста.

Таким чином назріла нагальна необхідність обґрунтувати моделі і методи оперативного управління проектами на основі стандартів проектного управління з урахуванням кращих досягнень гнучкого управління і сучасних вимог до швидкої адаптації управління до турбулентного нестаціонарного оточення. Саме це оточення є постійним джерелом невизначеності, яку можна зменшити тільки завдяки накопиченню і моніторингу вчасної релевантної інформації. Це обумовлює актуальність проблеми інформаційного забезпечення оперативного управління проектами в умовах параметричної і структурної невизначеності.

2.Мета і завдання дослідження,заплановані результати

Підвищити якість управління проектом розвідки та переходу малоамплітудного порушення довгими очисними вибоями.

3. Огляд досліджень і розробок

3.1 Огляд міжнародних джерел

В даний час проблема прогнозу маломапплітудной нарушенности вирішується з допомогою низки геофізичних методів [4, 5]

3.2 Огляд досліджень по темі в Україні

На території України дослідженнями прогнозу малоамплітудних порушень, що відбуваються в вуглепородному масиві, займається науково-дослідний інститут УкрНДМІ НАН

3.3 Огляд досліджень по темі в ДонНТУ

Кафедра маркшейдерської справи в Донецькому Національному Технічному Університеті є однією з провідних наукових організацій, одним з об’єктів дослідження на кафедрі є прогноз малоамплітудної нарушенности. Цією проблемою займається д. т. н. проф. Назимко В. В.

4. Об'єкт дослідження

Об’єктом досліджень є процес оперативної розвідки МАП

5. Предмет дослідження

Предметом досліджень є математичні моделі і методи оперативної розвідки МАП в умовах браку часу на прийняття рішень.

6. Ідея роботи

Ідеєю роботи є складання унікального плану управління проектом виявлення малоамплітудного порушення з подальшим відпрацюванням лави згідно прийнятого плану.

7. Чисельні методи моделювання пружно–деформованого масиву навколо МАП

Для порівняння ефективності способів переходу малоаплітудного порушення були випробувані наступні технології:

1. Технологія переходу малоамплітудних порушення без попередньої підготовки і зміцнення нестійкою покрівлі в зоні впливу порушення

2. Технологія переходу з випереджаючим зміцненням покрівлі згідно нормативного документа

3. Технологія переходу через перехідну камеру, яка споруджується завчасно і незалежно від очисних робіт.

Оцінка ефективності технологій переходу здійснювалася за допомогою комп’ютерного моделювання на базі пакету FLAC3D. Використання цього програмного пакета пов’язано з перевагами, якими він володіє в порівнянні з відомими на сьогоднішній день програмними пакетами.

По-перше, програма працює у свідомо динамічному режимі. Це означає, що всі розрахунки напруг і деформацій ведуться з урахуванням другого закону Ньютона, тобто в динаміці і найбільш складним є розрахунок статичного рівноважного стану. Для вирішення нашого завдання динамічний режим дуже важливий, оскільки він дозволяє врахувати швидкість посування лави, яка як вже вказувалося, істотно впливає на стійкість вміщали порід в зоні порушення. При малій швидкості посування лави ітераційний розрахунок кожного циклу ведеться до тих пір, поки не буде досягнуто статичну рівновагу вміщають порід. При високих швидкостях посування лави вміщують породи весь час знаходяться в нерівноважному стані, що легко врахувати скороченням числа ітерацій розрахунку циклу посування очисного вибою.

По-друге, пакет має 12 моделей міцності масиву гірських порід і грунтів. Завдяки правильному підбору моделі міцності і її параметрів можна істотно підвищити достовірність кінцевих результатів моделювання.

По-третє, програма побудована таким чином, що можна зберігати результати попереднього рішення і стан всіх змінних моделі на попередньому рішенні, після чого продовжувати вирішення нового завдання. При вирішенні завдання випробувань технології переходу порушення лавою це перевага має першорядне значення. Справа в тому, що для дотримання початкового стану системи спочатку треба вирішити завдання проходки перехідною камери і переконатися в її стійкості до підходу лави. Потім слід вирішити окреме завдання переходу камери очисним забоєм. При цьому бажано перехід вирішувати в кілька циклів посування лави, щоб реально оцінити динаміку зрушень вміщають порід.

По-четверте, пакет має вбудовану мову програмування, який дозволяє писати власні програми, які використовують модулі пакета FLAC3D, що дає можливість створювати потужні програмні продукти, можливості яких обмежені тільки можливостями програміста, а також запитами технолога і геомеханіка.

По-п’яте, для вирішення зазначеного завдання обрана тривимірна модель, оскільки напрямки проходки та відпрацювання лави взаімоперпендікулярних, причому при проходці всі три головні деформації масиву гірських порід навколо підготовчого вибою ненульові. Це означає, що умова плоскої деформації виділити неможливо.

Великою перевагою пакета перед процедурою методу скінченних елементів є те, що вузли сусідніх зон можуть не збігатися. Це істотно полегшує побудову складних розрахункових схем. Моделювання напружено-деформованого стану масиву гірських порід проводиться таким чином. Спочатку будується цифрова модель моделюється. У даному випадку ми створюємо модель товщі гірських порід, обуреної малоамплітудної порушенням. На рис. 1 показана тривимірна модель, яка відображає порушення третьої групи амплітудою 2 м при потужності пласта 1,8 м. Параметри порушення взяті як типові за даними статистичного аналізу порушень в межах поля шахти Червоноармійська–Західна № 1.

Фрагмент плану гірничих виробок

Рис. 1 Фрагмент плану гірничих виробок М 1:5000

У процесі побудови цифрової моделі задавалися вихідні дані, відповідні гірничо-геологічними умовами блоку 2. Перш ніж вибрати остаточні параметри моделі, були проведені попередні розрахунки, в яких оцінювалися основні прояви гірського тиску (опускання безпосередньої покрівлі, характер руйнування порід навколо порушення і навколо рухається лави, характер розподілу гірського тиску). Спочатку була випробувана модель міцності Кулона-Мора, яка найбільш прийнятна для опису руйнування гірських порід. Виявилося, що ряд важливих параметрів зрушення товщі навколо порушення моделювалося недостатньо точно. Шляхом послідовного відбору було випробувано три моделі міцності порід і підібрані параметри моделі, які адекватно відображали поведінку масиву в реальних натурних умовах.

Остаточно було прийнято рішення використовувати модифіковану модель Кулона-Мора, яка враховувала вплив ослаблення порід вздовж площини нашарування. З урахуванням цього деформаційні і міцнісні параметри вміщали порід наведені в таблиці 1. Друга трудомістке завдання пов’язана з розбивкою розрахункової області на зони або елементи, в яких виробляється рішення диференціального рівняння динамічної рівноваги твердого тіла. При цьому необхідно виконати одну фундаментальну вимогу, яке обов’язково для всіх чисельних методів рішення диференціальних рівнянь: розміри сусідніх зон і їх сторін або граней повинні бути порівнянні. Це означає, що розміри граней тетраедра, або іншого елементарного об’єму, з якого будується вся модель не повинні сильно відрізнятися. Практично це означає, що сторони трикутника наприклад не повинні відрізнятися більш ніж у три рази. Це означає, що не повинно бути занадто тонких і витягнутих зон або елементів. Точно також не повинні бути поруч в контакті зони або елементи, розміри яких відрізняються більш ніж в три рази. Для кращої збіжності рішення взагалі бажано, щоб розходження в розмірах не перевищувало 1,5. Для дотримання зазначеної вимоги пакетом FLAC3D передбачений набір примітивів, з яких зручно створювати різні обсяги і просторові форми.

При моделюванні шаруватого середовища, якої є масив осадових гірських порід, необхідно побудувати модель так, щоб було зручно вводити пошарово властивості вміщуючих порід, а, з іншого боку, створювати порожнину камери і вироблений простір позаду очисного вибою. Оскільки камера нахилена до шаруватості під гострим кутом в 9°, поєднати ці два завдання вельми важко. При одночасному задоволенні зазначених вимог неминуче виникають вузькі витягнуті зони, які при вирішенні диференціального рівняння є джерелами зациклення рішення.

Таблиця 1. Деформаційні і міцнісні характеристики вміщуючих порід

Назва породи Піщаник Алевроліт Антрацит
Модуль об'ємного стиснення, ГПа 10 9 7
Модуль зсуву, ГПа 3,6 3,8 2,5
Кут внутрішнього тертя матриці, град 35 20 38
Зчеплення в матриці, МПа 5 4 1
Міцність на розтяг матриці, МПа 8 3 0,5
Кут ділатансіі, град 25 23 25
Зчеплення по шарах, МПа 2 1 1
Кут ділатансіі уздовж шаруватості, град 25 25 25
Кут внутрішнього тертя вздовж шаруватості, град 30 20 20
Межа міцності на розтяг по нормалі до нашарування. МПа 1 0,5 0,1

Крім того розроблена окрема програма для імітації процесу зниження зчеплення і мобілізації внутрішнього терня після руйнування породи. У стандартному пакеті таких процедур немає, а в прикладах вони не демонструються. Однак без процедури ослаблення зчеплення в масиві після руйнування породи результати моделювання досить сильно розходяться з спостерігаються проявами гірського тиску. Тільки після розробки такої процедури вдалося істотно наблизити результати моделювання до дійсності.

Графік переходу стану ймовірності

Рис. 2 Схема переходу монтажної камери (анімація: 4 кадри, 10 циклів повторення, 76 кілобайтів)

Виконана оцінка розробленої моделі дає підставу її застосування для аналізу напружено- деформованого стану масиву гірських порід при переході малоамплітудної порушення довгим очисним забоєм. Відпрацювання пласта здійснювалася у всіх випадках заходками або циклами, щоб відобразити основні особливості зсування порід навколо діючої лави. Всього застосовувалося 6 циклів посування з середньою довжиною посування близько 5 м. Один цикл посування реалізували до перехідної печі, протягом чотирьох циклів лаву пересували через перехідну траншею або камеру і один цикл здійснювали у висячому крилі порушеного пласта. Результати кожного циклу зберігали в окремому файлі, який знаходиться в електроном додатку і готовий для подальшого аналізу будь-якої доступної інформації.

8. Планований результат

  1. За допомогою приведеного методу розробити план вивчення наявності МАН.
  2. У разі наявності МАН, скоректувати план розробки ділянки вугільного пласту, або взагалі прийняти рішення о розробці нового плану
  3. Зібрати спеціальну комісію для нагляду за виконанням плану
  4. Здобуття фактичних результатів, узагальнення та аналіз.

9. Новизна

Новизна наукових положень у цілому складається з теоретико-методичних засад та інструментів стохастичного моделювання проекту як відкритої термодинамічної системи, що пропускає через себе інформаційні потоки.

Висновок

Таким чином можна зробити наступні висновки:

Перехід малоамплітудних порушень без додаткової розвідки їх параметрів призводить до затримки вуглевидобутку у межах 5-12 місяців, значних економічних збитків, що визначаються сотнями мільйонів гривень, а також підвищує небезпеку підземних робіт. Сьогодні існує широкий спектр методів і технологій прогнозування МАП і їх додаткової розвідки геофізичними методами. Надійність методів і технологій коливається у межах від 60 до 85 %, а діапазон вартості достатньо широкий: від 10 тис грн. за простий прогноз до кількох мільйонів за тривимірну сейсморозвідку.

Слабка заінтересованість у використанні технологій прогнозу і розвідки МАП у практиків пояснюється цілим спектром факторів, серед яких головними є хронічний дефіцит об’єктивної інформації про втрати і негативні наслідки переходу МАП всліпу, висока ймовірність не отримати кредити для відпрацювання пошкоджених малоамплітудними порушеннями запасів, невизначеність геологічного середовища і його нестаціонарна природа, психологічні чинники, що пов’язані з острахом втратити кар’єрне зростання а також схильність віддати перевагу економії на витратах на розвідку сьогодні ніж отримати невизначені збитки в майбутньому, недостатня надійність геофізичних технологій розвідки і висока їх вартість та неможливість перевірити достовірність прогнозу МАП у разі прийняття рішення про його обхід.

Принципове рішення проблеми широкого застосування технологій прогнозу і розвідки МАП під час вуглевидобутку може бути досягнуто лише на основі застосування проектно-орієнтованого підходу. При цьому проект прогнозу і розвідки МАП прив’язується до проекту відпрацювання виїмкового стовпа а управління проектом здійснюється оперативно в умовах параметричної і структурної невизначеності геологічного і організаційного середовища.

Розроблено критерій оптимальності оперативного проекту прогнозу і розвідки МАП, який враховує прибутки вуглевидобутку, собівартість вугілля, вартість прогнозу і розвідки, втрати підготовлених запасів вугілля і збитки, які несе шахта під час переходу МАП.

Розроблено план проекту, в основу якого закладені наступні принципи: комплексування методів прогнозу і розвідки з перевагою методам, які використовують всю інформацію про достовірні МАП для екстраполяції на нові ділянки, які ще не відпрацьовувались, а також методи, які дають можливість побудувати просторові карти надійності прогнозу; розділення ризиків між учасниками проекту, який об’єднує кілька сусідніх шахт, що відпрацьовують пошкоджені пласти в однакових геологічних умовах, з залученням фірм, міненерго, та страховиків.

Встановлено, що найбільш негативними гілками структури проекту (дерева рішень), які можуть виникати у ході його виконання є рішення про перехід порушення, яке непередбачено змінюється на обхід. Такі гілки найбільш суттєво знижують якість управління проектом прогнозу і розвідки МАП та збільшують параметричну і структурну невизначеність.

Доведено, що найважливішу роль для підвищення якості управління проектом прогнозу і розвідки МАП відіграє інформаційне забезпечення. Основними його компонентами є актив проекту у вигляді задокументованого досвіду переходу МАП, бази знань у вигляді правил прийняття оперативних рішень, модель для кількісної оцінки негативного впливу малоамплітудного порушення на показники роботи очисного вибою.

Вдосконалені методи ущільнення календарного плану проекту прогнозу і розвідки МАП, які сприяють скороченню часу виконання робіт, що знаходяться на критичному шляху, трансформують оперативні ризики у тактичні, знижують втрати підготовлених запасів, зменшують додаткове зношення вибійного обладнання і зберігають безпеку підземних робіт.

При написаннi даного реферата магістерська робота ще не завершена. Дата завершення грудень 2014.

Список джерел

  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*ndash;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. 3Ahola 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.