УДК 622.014.001.63
К.т.н. ВЫГОВСКАЯ Д.Д. (ДонНТУ), к.т.н. ВЫГОВСКИЙ Д.Д. (ДонНТУ), студент ВЫГОВСКИЙ А.Д. (ДонНТУ)
Шахту необходимо представлять как развивающуюся систему и поэтому из поэтапного проектирования развития шахты вытекают важные задачи, которые вступают в противоречие с существующими методами и принципами проектирования и это особенно связано со статическим характером проектной информации. Например, трудно согласовать требования использовать в проектах установившиеся сегодня (а на самом деле это уже в прошлом) нормы или освоенные технологические схемы и средства механизации с требованием их прогрессивности на момент сдачи шахты в эксплуатацию или даже на период дальнейшей работы. Так, как срок с начала проектирования до сдачи шахты в эксплуатацию составляет около 10 лет. Невозможно также примирить принцип одноразового установления и закрепления параметров основных звеньев технологической схемы шахты (с точки зрения уже освоенных параметров) с параметрами, которые проявляются от прогресса науки, техники, технологии.
Реализация идеи создания проекта развивающейся шахты требует непрерывного прогнозирования техники и технологии добычи угля, прогнозирование его потребления и экономики на период всего срока работы шахты на данном месторождении.
В Постановлениях Кабинета Министров по развитию угольной промышленности Украины говорится, что необходимо по важнейшим проблемам разрабатывать научно-технические прогнозы на длительный период (на 10—15 и более лет).
Реализация любого проекта шахты в будущем должен всегда отличаться достаточной устойчивостью к старению, соответственно к обстоятельствам и требованиям будущего. Иначе на только что построенных шахтах возможны проявления непрогрессивных технологических звеньев, «узких мест», которые будут сдерживать работу всей технологической цепочки шахты, которые будут вызывать сравнительно скорую реконструкцию шахты.
Современные представления о прогнозе развития шахты необходимо рассматривать как специфически аргументированную информацию о будущем технологии очистных процессов, транспорта, подъема, проведения выработок, проветривания и других параметров шахты. Степень достоверности прогнозируемой информации можно определить следующими моментами. Это: накопленный опыт о развитии технологии разработки полезных ископаемых; условиями и потребностями современного развития угледобычи; возможностями реализации прогнозируемых явлений или тенденций. Таким образом, прогноз при проектировании опирается на теоретические построения конкретных тенденций и закономерностей развития шахты, на реальные потребности народного хозяйства и учитывает объективно складывающиеся возможности научно-технического прогресса в угольной промышленности.
Научно обоснованный прогноз базируется на трех связанных периодах времен: прошлого (пути развития), настоящего (существующие ресурсы) и будущего (необходимые потребности и возможности). В зависимости от срока прогноза на будущее, он будет существенно отличатся степенью достоверности и использованием его при принятии решений на практике.
Проектирование шахт связано с предвидением развития шахты на различное отдаление в будущее, а следовательно, требует прогнозирования на различную глубину.
Прогноз на первый этап развития шахты [1]. Этот этап прогнозирования имеет очень высокую степень достоверности горно-геологических исходных данных, социально-экономических факторов и научно-технических сведений о технологии добычи угля в конкретных условиях. Большинство специалистов считает интервалом такого прогнозирования около 15 лет.
За этот период времени изменяются многие представления о прогрессивности тех или иных принятых средств механизации, применяемых форм организации труда, степень надежности сведений о горно-геологических условиях, стоимостных параметрах и т. д. Прогнозируемая проектная информации и принимаемые технологические решения на данном этапе развития шахты отличается полнотой и детальностью.
Любой параметр технологии, механизации, состояния горных работ, каждый вид затрат и любые преимущества или недостатки технологической схемы шахты должно отражаться в прогнозе на этом этапе.
Прогноз на второй этап развития шахты. Такой прогноз связан с тем, что сроки службы шахт, как правило, превышают более 20 лет. Исходя из этого, многие элементы технологической схемы шахты выполняют одну и ту же функцию в течение всего срока службы шахты – это: технологический комплекс поверхности, главные вскрывающие выработки, подъемные шахтные установки и т. д.
На втором этапе прогноз развития шахты производится по основным состояниям и наиболее общим условиям, которые отражают инерционные параметры шахты – глубину разработки и участки шахтного поля, производственную мощность шахты, общешахтной схему вентиляции, технологического комплекса поверхности, схемы механизации основных производственных процессов, общих технических и экономических требований к добываемой продукции и т. д. Период прогноза на второй этап развития шахты допускается в пределах до 40 лет. Степень достоверности прогнозирования развития шахты на втором этапе, естественно, меньше чем на первом этапе.
Но оптимизация принятых решений по долгодействующим элементам технологии схемы шахты на базе принятого прогноза в значительной степени повышают надежность правильного выбора, учета тенденций будущего.
Прогноз на последующие этапы. Совокупность определенных сведений при доработке запасов шахтного поля является важной вследствие ряда обстоятельств. Главное, необходимо иметь общие представления о потребности в угле оставшихся запасов, моменте закрытия шахты, процессе затухания добычи, использовании высвобождающихся рабочих и оборудования, жилого фонда и коммуникаций и т. д.
Информация по прогнозированию на период более 40 лет носит в основном качественный характер и отличается низкой достоверностью. Отсюда она не может иметь решающего значения при оптимизации параметров технологической схемы шахты на первом этапе.
Задачи по получению прогнозированной проектной информации, можно систематизировать следующим образом:
1. Прогнозирование и оценка горно-геологических характеристик месторождения или участка в пределах шахтного поля.
Это получение детерминированных или вероятностных данных о мощности, углах падения, газоносности, водообильности и нарушенности угольных пластов, свойствах вмещающих пород, гипсометрии пластов и форме участков шахтного поля необходимо проектировщикам для выполнения любого раздела технического проекта и особенно для выполнения его технологической части.
Как показывает практика проектирования и работы шахт, что низкая степень достоверности и неполнота исходной горно-геологической информации чаще всего являются причиной частых корректировок проектов или отказа от ранее принятых проектных решений.
Такое прогнозирование основывается на данных отчета работ геологоразведочных организаций, опыта отработки соседних участков месторождения, отработанных уже другими шахтами, а также на данных уже отработанных участков того же шахтного поля.
2. Прогнозирование качественных параметров технологии разработки шахтного поля.
Этот вид прогнозирования предусматривает выявление перспективных закономерностей развития схем отработки и вскрытия шахтного поля, способов подготовки, схем вентиляции и транспорта, систем разработки, технологического комплекса поверхности и т.д.
Принятые такие проектные решения относятся к медленно изменяющимся, и часто выступают на действующих шахтах как ограничения в развитии шахт, улучшении технико-экономических показателей. Такое прогнозирование данных качественных решений можно более широкое использовать в проектах и на практике шахт.
3. Прогнозирование средств механизации производственных процессов и параметров оборудования.
Прогнозирование развития шахтного подъема, проведения и крепления горных выработок, очистной выемки, крепления и управления кровлей в очистных забоях, средств транспорта, проветривания и дегазации, средств механизации вспомогательных процессов и т.д. составляют условия для разработки прогрессивных, экономичных проектов.
При прогнозировании проектирования необходимы данные о производительности вновь разрабатываемых выемочных машин и комплексов, их эксплуатационной надежности, производительности транспортных средств (электровозов, конвейеров), скорости подачи выемочных машин и производительности проходческих комбайнов, производительности подъемов и вентиляторных установок и т.д.
4. Прогнозирование количественных параметров шахты, стоимостных и технико-экономических показателей.
Как показала практика, этот вид информации отличается наибольшей динамичностью. Мощность шахты, нагрузка на очистные забои, скорость проведения горных выработок, длина лавы, высота горизонта, размеры блоков и панелей по простиранию и восстанию, размеры выемочных столбов и др. изменяются на шахтах непрерывно и значительно.
Спрогнозировать темпы роста этих параметров, обеспечить эти темпы чрезвычайно важно, так как именно они определяют уровень технико-экономических показателей. Как видно, прогнозирование уровня количественных параметров и технико-экономических показателей (производительность труда, трудоемкость производственных процессов, фондоемкость разработки, себестоимость добычи и др.) основывается на данных действующих шахт.
5. Прогнозирование социальных условий работы шахт.
Необходимо отметить, что с изменениями в технике, технологии на шахтах наблюдаются значительные перемены в организации производства и работ, профессиональном составе коллективов трудящихся положении и т. д.
Проектируемую шахту необходимо рассматривать в системе хозяйственных и социальных связей с другими предприятиями. Необходимо учитывать влияние этих связей на работу шахты, на обеспечение шахты людскими, энергетическими ресурсами в будущем. Это возможно установить методом прогнозирования.
Прогнозирование поэтапного проектирования, требует использования специальных методов. В настоящее время теория прогнозирования насчитывает более 100 различных методов и приемов [1, 2 ].
Основные методы технологического прогнозирования, сводят к следующим весьма широким классам: методы расчетно-директивные; методы интуитивной и эмпирико-статистической экстраполяции; методы экспертных заключений (оценок); методы математического и технологического моделирования; методы практического эксперимента с обратной связью.
Необходимо отметить, что наиболее успешное проведение технологического прогнозирования возможно лишь при комплексном использовании целого ряда научных методов, как правило, дополняющих (а не отменяющих) друг друга.
Первый класс методов находит широкое применение в определении перспективных планов развития отрасли, динамики показателей по отрасли, бассейнам, районам и предприятиям.
Второй класс методов на базе математических методов статистического анализа позволяет решить разнообразные задачи прогнозирования поведения как весьма больших и сложных систем и их характеристик, так и отдельных элементов систем, элементов технологии, показателей. Методы экстраполяции базируются на гипотезе, что будущее является непосредственным продолжением настоящего.
В форме корреляционного и регрессионного анализа статистические методы экстраполяции наиболее часто применяются в горном деле.
Инерционность прогнозируемой системы и ее параметров является определяющей в связи с тем, что в сложных системах изменения обусловливаются совокупностью многих взаимосвязей, не допускающих резких скачков. Это позволяет сделать вывод, что методы статистической экстраполяции обеспечивают приемлемую достоверность проектной информации на глубину одного этапа.
Третий класс методов, включающий методы экспертных оценок, используется в большой мере при определении тенденций развития техники, уровня технико-экономических показателей, направлений в развитии технологии производственных процессов и элементов технологических схем, технических средств и т. д.
К этому классу следует отнести также прогнозирование качественных характеристик и параметров технологии добычи, принципов работы горных машин, уровня основных параметров машин и т. д.
Этот вид прогнозирования основывается на сборе и систематизации различных оценок — ответов экспертов. Точность прогноза аргументируется суждениями экспертов и является ответом на общественные, технические, экономические и технологические потребности в подобном развитии. Существующими методами экспертных оценок издавна пользуются при перспективном планировании и при проектировании в форме коллективных обсуждений и заключений. Широко известен в практике экспертных оценок метод Делфи [2].
В большинстве случаев прогнозирование методами экспертных оценок путей развития технологии добычи (например, технологических схем очистных работ, средств механизации производственных процессов, видов крепления горных выработок, средств метаноподавления и т. д.) оказывается наиболее эффективным на глубину более 15-20 лет. Как видно, методами экспертных оценок целесообразно прогнозировать необходимые при проектировании сведения на конец первого этапа, а по некоторым сведениям (потребности в угле, параметры систем энергоснабжения и вентиляции, общее положение горных работ и т. д.) — на время второго этапа, т. е. более чем на 20 лет.
Четвертый класс методов сводится к физическому эксперименту на реальном объекте и применяется, как правило, при создании образцов технических средств.
Технологическое прогнозирование методами эксперимента с обратной связью в том или ином масштабе по существу проводится непрерывно. Однако постановка эксперимента, затрагивающего большие экономические системы, представляется чрезвычайно ответственной.
Правильнее сначала научно доказать, технически обеспечить, организационно завершить разработку сложного объекта будущей технологии или организации, а затем ставить физический эксперимент с высоким уровнем вероятности в его успешном исходе.
Эти задачи в наибольшей степени законченное решение получают при использовании методов прогнозирования пятого класса — методов технологического и математического моделирования объекта, в данном случае технологии шахты. На основе изучения внутренней логики развития объектов, хода процессов исследователь конструирует соответствующую логико-математическую модель.
При проектировании шахт методы моделирования находят широкое использование. Высшей, наиболее сложной формой прогнозирования развития шахты методами моделирования является технологическое и экономико-математическое моделирование.
Современные представления о технологическом и экономико-математическом моделировании проектов шахт характеризуются стремлением уйти от детерминированности исходной информации не только в каждый данный момент, но особенно на протяжении срока службы предприятия.
Установление закономерностей изменения проектной информации во времени, прогнозирование исходных данных основываются на сборе и обработке огромного объема статистических сведений, характеризующих опыт действующих предприятий, состояние научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ в отрасли, социальные, экономические и производственные условия шахты, угольного района и бассейна.
В статье рассмотрены вопросы опыта прогнозирования в проектировании угольных шахт с увязкой периодов времени: прошлого (пути развития), настоящего (существующие ресурсы) и будущего (необходимые потребности и возможности). Приведены этапы прогнозирования развития шахты и подразделение методов прогнозирования на классы, что позволяет широко использовать при проектировании шахт методы моделирования прогноза.
У статті розглянуті питання досвіду прогнозування в проектуванні вугільних шахт з ув'язкою періодів часу: минулого (шляху розвитку), сьогодення (існуючі ресурси) і майбутнього (необхідні потреби і можливості). Наведені етапи прогнозування розвитку шахти і підрозділ методів прогнозування на класи, що дозволяє широко використовувати при проектуванні шахт методи моделювання прогнозу.
The article discusses the experience of forecasting in the design of coal mines, linking periods of time: the past (the development of) the actual (existing resources) and the future (the necessary needs and opportunities). Shows the steps for forecasting the development of the mine and the division into classes of forecasting methods that makes extensive use of mines in the design modeling techniques forecast.
Ключевые слова: шахта, параметры, технологическая схема, методы прогнозирования
Ключові слова: шахта, параметри, технологічна схема, методи прогнозування.
Keywords: mine, options, technological diagram,forecasting methods.
Выговская Даниэла Данииловна, к.т.н., доцент кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» Донецкого национального технического университета.
Выговский Даниил Данилович, к.т.н., доцент кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» Донецкого национального технического университета.
Выговский Андрей Даниилович, магистр группы РПМм-13 горного факультета Донецкого национального технического университета.
Виговська Даніела Даніїловна, к.т.н., доцент кафедри «Розробка родовищ корисних копалин» Донецького національного технічного університету.
Виговський Даніїл Данилович, к.т.н., доцент кафедри «Розробка родовищ корисних копалин» Донецького національного технічного університету.
Виговський Андрій Даніїлович, магістр групи РККм-13 гірничого факультету Донецького національного технічного університету.
Vyhovska Daniela, Ph.D, Associate Professor, Chair of "Mineral Deposits Development" of Donetsk National Technical University.
Vyhovskyy Daniil, Ph.D, Associate Professor, Chair of "Mineral Deposits Development" of Donetsk National Technical University.
Vyhovskyy Andrey, master of Mining Faculty of Donetsk National Technical University.