Использование иимитационного моделирования для оптимизации горных работ

Автор: В. М. Шек, М. Ю. Соболева
Источник: Статья опубликована в сборнике Гірничій вісник №2, 2010.

Уголь является одним из наиболее распространенных видов полез ных ископаемых, он выявлен на всех кон тинентах земного шара. Известно около 3 тыс. угольных бассейнов и месторождений, расположенных более чем в 80 стра нах, в 55 из которых производится добыча угля. Общие геологические ресурсы угля оцениваются в 14810 млрд т, из которых в России по состоянию на 1997 год нахо дится 4778 млрд т.

До середины 20 столетия уголь был практически единственным энергоносителем в мире. При этом в 20 веке ежегодное потребление угля на земле превысило 4 млрд т. Основное использование угля – энергетическое. Для выработки электроэнергии и тепла расходуется около 60 % добываемого угля. Коксохимические и металлургические производства потребляют 25 %, в других секторах промышленности используется 15 %. Во второй половине 20 века мировая структура потребления первичных источников энергии претерпела значительные изменения. При значитель- ном увеличении объемов потреб-ления энергоресурсов (за 1960–2000 гг. – в 2,87 раза) мировая добыча угля за последние 10 лет остается практически на одном уровне.

Основы имитационного моделирования (ИМ)

Имитационное моделирование основано на воспроизведении с помощью ЭВМ развернутого во времени процесса функционирования системы с учетом ее взаимодействия с внешней средой. Оно включает:

• разработку модели исследуемой системы на основе частных имитационных моделей (модулей) (ИМ) подсистем, объединенных своими взаимодействиями в единое целое;

• выбор информативных характеристик каждого объекта, способов их получения и анализа;

• построение модели воздействия внешней среды на систему в виде совокупности Им внешних воздействующих факторов;

• выбор способа исследования Им в соответствии с методами планирова ния имитационных экспериментов (ИЭ);

• проведение серии имитаций функционирования системы с фиксацией изменения ее параметров в процессе каждой реализации жизненного цикла системы, статистическая обработка и анализ полученных в серии результатов.

Оптимизационное моделирование отличается тем, что в этом случае проводят ряд итерационных шагов ИМ по определенному алгоритму, имеющему цель – достижение оптимальных значений принятых критериев.

Аналитический метод

Аналитический метод применяется при имитации процессов в основном для малых и простых систем, где можно пренебречь факторами случайности. На пример, когда процесс их функционирования описан дифференциальными или интегрально-дифференциальными уравнениями. Метод назван условно, так как он объединяет возможности имитации процессов, модели которых получены в виде аналитически замкнутого решения или методами вычислительной математики.

Метод статистического моделирования

Метод статистического моделирования первоначально развивался как метод статистических испытаний (Монте-Карло). Это – численный метод, состоящий в получении оценок вероятностных характеристик, совпадающих с решением аналитических задач (например, с решением уравнений и вычислением определенного интеграла). Впоследствии этот метод стал применяться для имитации процессов, происходящих в системах, внутри которых есть источники случайности или которые подвержены случайным воздействиям.

Комбинированный метод

Комбинированный метод (аналитикостатистический) позволяет объединить достоинства аналитического и статистического методов моделирования. Он применяется в случае разработки модели, состоящей из различных модулей, представляющих набор как статистических, так и аналитических моделей, которые взаимодействуют как единое целое. Причем в набор модулей могут входить не только модули, соответствующие динамическим моделям, но и модули, соответствующие статическим математическим моделям.

Список использованной литературы

1. Худин Ю. Л., Козловчунас Е. Ф., Носенко В. Д., Яковлев А. Н. Некоторые результаты применения на шахтах России технологических схем высокопроизводительной отработки угольных пластов / Уголь, октябрь 2004, с. 9–15.
2. Килимник В. Г., Рдионовский В. Л., Григорьев А. В. Уголь в экономике России / Горная промышленность, февраль 2004, с. 2–5.
3. Романов С. М. Угольный рынок России: анализ и краткосрочный прогноз / Горный журнал, август 2004, с. 4–7.