Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние и перспективы применения автоматизированных методов моделирования в исследованиях и оптимизации карьерного автотранспорта 9
1.1. Современное состояние карьерного автотранспорта 9
1.2. Обзор литературных источников по моделированию эксплуатации карьерного автотранспорта 22
1.3. Принципы геоинформационного моделирования в горном деле 28
1.4. Обоснование целей и задач диссертации 34
2. Параметры трасс карьерных автодорог 36
2.1. Параметры трасс карьерных автодорог 36
2.2. Исследование коэффициентов развития трассы на действующих карьерах 45
2.3. Сложность форм трасс карьерных автодорог 54
3. Геоинформационное моделирование трасс внутрикарьерных автодорог 62
3.1. Объекты геоинформационного моделирования в открытых разработках 62
3.2. Геоинформационное моделирование автотранспортных коммуникаций 66
3.3. Программное обеспечение «profil» 70
3.4. Показатели геоинформационной плотности системы транспортных коммуникаций 73
3.4. Аппроксимация кривых участков трасс карьерных автодорог
4. Оптимизация грузопотоков внутрикарьерного автотранспорта 84
4.1. Управление горным предприятием как информационным комплексом 84
4.2. Формирование потоков автосамосвалов в карьере 88
4.3. Схемы транспортных коммуникаций на карьерах 92
4.4. Оптимизация маршрутов транспортного комплекса карьера 95
4.5. Программное обеспечение «грузопоток» 98
Заключение 106
Список использованных источников 108
Приложение 117
- Обзор литературных источников по моделированию эксплуатации карьерного автотранспорта
- Исследование коэффициентов развития трассы на действующих карьерах
- Геоинформационное моделирование автотранспортных коммуникаций
- Формирование потоков автосамосвалов в карьере
Введение к работе
Актуальность работы. Развитие автоматизированных методов планирования открытых горных работ и диспетчерского управления карьерным автотранспортом связано с необходимостью создания математических моделей систем транспортных коммуникаций.
В современных условиях для компьютерного планирования и управления на карьерах все шире распространяется применение геоинформационных методов сбора, хранения, обработки информации, оперативно и весьма точно характеризующих рельеф местности в границах земельного отвода горного предприятия, поверхность рабочей зоны карьера с точным представлением контуров уступов и других элементов горных работ, а также сеть транспортных коммуникаций с точным представлением ее структуры.
В комплексе геоинформационных баз данных геологии месторождения, топографии местности, состояния горных работ, требуемых для автоматизированных систем управления, необходима геоинформационная база данных системы транспортных коммуникаций.
В связи с этим математическое моделирование систем транспортных коммуникаций и разработки программного обеспечения для горнотранспортных расчетов являются актуальными научными и практическими задачами.
Целью работы является создание комплекса геоинформационных и геометрических математических моделей параметров трасс автомобильных дорог в глубоких карьерах при разработке многосортных сложноструктурных залежей полезных ископаемых как математической базы для разработки алгоритмического, информационного и программного обеспечения
автоматизированного планирования и управления горно-транспортным процессом на карьерах.
Идея работы. Трассирование карьерных автодорог на основе геоинформационного и геометрического (математического) моделирования их параметров позволяет оптимизировать и благодаря этому вскрывать существенные резервы повышения эффективности большегрузных автосамосвалов - снижения расхода дизельного топлива и повышения производительности отдельных машин и всего технологического автопарка.
Методы исследования: анализ и обобщение теоретических и экспериментальных данных, вероятностно-статистическая обработка экспериментальных материалов, геометрическое и геоинформационное моделирование, математические методы оптимизации.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
- конструкция трассы внутрикарьерных автодорог во многом определяет показатели эксплуатации карьерного автотранспорта и поэтому с целью достижения наименьшего расхода горючего с достижением наибольшей производительности автопарка ее параметры должны быть оптимизированы;
- геоинформационное моделирование трасс карьерных транспортных коммуникаций и параметров рабочей зоны уступов целесообразно использовать в компьютерных системах управления открытыми работами как математическую основу геоинформационных баз данных;
- оптимизация автотранспортных грузопотоков в рабочей зоне карьера при открытой разработке сложноструктурных многосортных руд обеспечивается при компьютерном планировании горнотранспортных работ по принципу рационального распределения парка
автосамосвалов между экскаваторными забоями и перегрузочными пунктами на основе принятого критерия; - геоинформационное и геометрическое моделирование трасс транспортных коммуникаций является математической базой для создания алгоритмического, информационного и программного обеспечения компьютерных расчетов в системах управления карьерным автотранспортом.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается сходимостью результатов моделирования и фактических данных на карьерах, положительными результатами внедрения рекомендаций на Южном карьере комбината «Ураласбест».
Научная новизна
1. Предложены и обоснованы новые коэффициенты, дополнительно характеризующие трассы карьерных автодорог - коэффициенты сложности трассы и трудности движения.
2. Определены и рекомендованы для практики проектирования и планирования значения коэффициентов развития трассы в рабочей зоне карьеров. Установлены их зависимости от длины трассы и высоты ее подъема.
3. Определены показатели геоинформационной плотности сети автотранспортных коммуникаций в карьерах.
Задачи исследования
1. Исследовать конструкции и определить параметры трасс внутрикарьерных автодорог, располагающихся в рабочей зоне глубоких карьеров и служащих транспортной сетью для грузопотоков руды и вскрыши от забоев до пунктов перегрузки горной массы на железнодорожный транспорт. Разработать рекомендации по проектированию и планированию трасс внутрикарьерных автодорог.
2. Разработать методику геоинформационного моделирования трасс карьерных коммуникаций, создать программное обеспечение «Profil» для компьютерных расчетов параметров трассы карьерных автодорог.
3. Дать новое решение актуальной задачи оптимизации внутрикарьерных автоперевозок на основе критериев минимальных значений грузооборота, а также расхода топлива.
4. Создать программное обеспечение «Грузопоток» для управления внутрикарьерными автоперевозками горной массы.
Объект исследования. Система внутрикарьерных автомобильных дорог и грузотранспортных потоков в рабочей зоне карьера при открытой разработке сложноструктурных месторождений.
Практическая ценность. Определены характеристики трасс внутрикарьерных автомобильных дорог, рекомендуемые для использования при проектировании карьеров, а также в службах управления на действующих карьерах при планировании горных работ, разработано программное обеспечение «Profil» для компьютерных расчетов параметров трассы карьерных автодорог, а также программное обеспечение «Грузопоток» для компьютерного управления автомобильными грузопотоками горной массы.
Реализация работы. Разработано и внедрено на Южном карьере комбината «Ураласбест» программное обеспечение для управления грузопотоками, используемое с 1996 года. Экономический эффект составил около 170 тыс. рублей в год. Программно-методическое обеспечение по геоинформационному моделированию и расчетам параметров трасс автотранспортных внутрикарьерных коммуникаций используется в учебном процессе в УГГГА в лабораторных занятиях, в том числе при подготовке магистров, а также в курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основное содержание работы представлено на 3-й и 4-й республиканских научно-технических конференциях «Компьютерные
технологии в горном деле», доложено на совещании специалистов Южного карьера комбината «Ураласбест».
Публикации. Основное содержание работы отражено в семи статьях, опубликованных в период с 1992 по июнь 1999 года.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, представлена на 116 страницах машинописного текста, содержит 16 рисунков, 21 таблицу, список используемых источников из 129 наименований и приложения.
Обзор литературных источников по моделированию эксплуатации карьерного автотранспорта
Вопросам моделирования эксплуатации автотранспорта в целом и карьерного технологического, в частности, посвящены исследования академиков Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского [98, 71], профессоров Ю.П. Астафьева, М.В. Васильева, В.А. Галкина, А.А. Кулешова, Н.Н. Меднико-ва, М.Г. Новожилова, М.Г. Потапова, Э.И. Реентовича, П.И. Томакова, B.C. Хохрякова [37, 11-15, 17, 40-42, 53, 59, 64, 70, 101, 110-111, 112], а также, Г.Б. Безбородова, В.И. Белозерова, В.Г. Галушко, А.С. Давидовича, С.А. Каграманяна, А.И. Казареза, В.М. Каплана, А.П. Левчика, Ю.И. Леля, М.Н. Мадиева, А.В. Максимова, В.А. Малышева, П.И. Тарасова [7, 9, 56, 31,32,43, 15,51,52,97].
Моделированию эксплуатации карьерного технологического автомобильного транспорта подвергались различные ее аспекты и компоненты. В исследованиях [17, 32, 52, 110-111, 112] рассматриваются вопросы моделирования автотранспортных коммуникаций.
При моделировании процесса транспортировки горной массы средствами автотранспорта применяются следующие, ранжированные по наи большей степени употребляемости, методы: экономико-математический [9, 14-15, 40-41, 43, 64]; аналитический [7, 31, 32, 37, 42, 89]; вероятностный [7, 31, 37, 89, 95]; имитационного моделирования [15, 31, 37, 52]; регрессионный [49, 89, 97]; геоинформационный [38-39, 110-111, 112]; рас-чётно-статистический [7, 13]; графоаналитический [17, 32]; эмпирический [7]; конфигураций [17]; математического планирования экстремальных экспериментов [51]; итераций [37].
Детальный анализ вышеприведенных источников научно-технической литературы показывает, что в них приводится описание объектов исследования, методов их моделирования и полученных (ожидаемых и фактических) результатов.
В основу методики [13-14, 89] положен расчётно-статистический метод определения продолжительности транспортного цикла карьерных автосамосвалов. При моделировании учитываются следующие факторы: параметры и сложность трассы, скорость движения автосамосвалов в начале и конце каждого участка транспортирования, влияние уклона на ускорение и инерцию, резерв мощности при подъеме, ограничение скорости на поворотах, спусках, забойных и отвальных дорогах и конструктивные особенности модели автосамосвала.
В качестве исходных данных при моделировании служат: конструктивные параметры автомобилей, фактические параметры автосамосвалов в карьере, эмпирические коэффициенты, полученные экспериментальным путем, и аналитические формулы, характеризующие типовые составляющие режимы движения.
Расчётно-статистический метод воспроизведения на ЭЦВМ транспортного процесса предусматривает проведение многовариантных расчётов. Разработанная программа для ЭВМ предусматривает наиболее полное воспроизведение технологических режимов движения автосамосвалов в конкретных условиях эксплуатации. Полученная при этом погрешность зависит от точного учета основных факторов и коэффициентов, фигурирующих в расчётах. Предлагаемый метод расчётов, по мнению авторов, дает возможность снизить трудоемкость и продолжительность решения многовариантных задач при проектировании эксплуатации автомобильного транспорта на открытых горных разработках и позволяет получить результаты, практически равнозначные экспериментальным.
Недостатком методики является большой объем исходных данных и необходимость проведения экспериментальных исследований для получения эмпирических коэффициентов,. В [17] разработан алгоритм на основе метода конфигураций с использованием стандартной программы ЭВМ ЕС-1020 для решения задачи распределения вскрыши по отвалам. Применение программы, по оценке автора, при определении оптимального распределения пород вскрыши карьера по отвалам позволяет на 5-7% уменьшить величину полного приведенного грузооборота автотранспорта по сравнению с существующими методами проектирования.
Описанный алгоритм является слишком общим и недостаточно детализированным. Область его применения ограничивается укрупненными предпроектными исследованиями.
В [31, 40-42] предлагается экономико-математическая модель для выбора оптимального типа экскаваторно-автомобильного комплекса. В основу модели положен метод статистического моделирования, дающий, по мнению автора, наиболее точные результаты. Входные параметры в процессе моделирования систематически меняются, варьируются не только типы экскаваторов и автосамосвалов, но и условия их эксплуатации: производительность карьера, расстояние транспортирования, глубина карье pa, коэффициент использования оборудования во времени и др. В качестве целевой функции эффективности комплекса принимаются минимальные удельные приведенные затраты на погрузку и транспортирование 1 т горной массы с учетом капиталовложений в непроизводительную сферу горного предприятия.
Использование приведенных затрат, как экономического критерия для выбора оптимального типа экскаваторно-автомобильного комплекса, делает указанную модель практически непригодной для условий рыночной экономики.
В [15] сообщается о разработке комплекса программ для автоматизированного проектирования и планирования схем транспортных коммуникаций карьера с учетом реально складывающихся горно-геологических и горнотехнических условий разработки. При этом обеспечивается сокращение работы автотранспорта в карьере на 4-6%. Рациональное планирование схем вскрытия карьера автомобильными съездами достигается за счет решения задачи оптимизации местоположения, сроков службы съездов и топологии транспортной сети для различной продолжительности этапов вскрытия с учетом их взаимного влияния на основе совместного моделирования динамики рабочей зоны и транспортных коммуникаций. В [49] в результате целенаправленного анализа условий эксплуатации выявлено четыре основных фактора, определяющих, по мнению автора, технико-экономические показатели работы автосамосвалов: расстояние транспортирования, доля временных участков трассы, сложность трассы (величина подъемов и спусков), время погрузки.
Исследование коэффициентов развития трассы на действующих карьерах
Действительная трасса автомобильных дорог на действующих карьерах как в плане, так и в профиле имеет, как правило, весьма сложную форму. Если на капитальных съездах она более или менее выдержана как по уклону и длине наклонных участках, так и по длине и форме площадок примыкания, то на внутрикарьерных автодорогах, расположенных в рабочей зоне, на рабочих уступах и временно законсервированных бортах, трасса формируется в соответствии с очертаниями рабочих уступов и траншей, которые образуются соответственно сложным и разнообразным формам рудных тел. На рис. 2.5 приведен план трасс на Южном карьере комбината «Ураласбест».
На Южном карьере комбината «Ураласбест» в период с 1996 по 1998 года работало 8 экскаваторов на 4 перегрузочных пункта. В эксплуатации находилось около тридцати трасс автодорог. Общая длина автодорог более 70 км. Высота подъема горной массы колебалась от 0 до 160 м, в среднем составляя около 60 м, плечо перевозки по маршруту - от 600 м до 3600 м.
На Центральном карьере в этот же период времени в работе находилось от 6 до 8 экскаваторов и три перегрузочных пункта. Общее количество трасс - около 20, суммарная длина автодорог - менее 60 километров. Высота подъема горной массы колебалась от 16,7 до 139 м, длина трассы находится в пределе от 1560 до 3400 метров.
На Северном карьере высота подъема горной массы не превышает 30 м, протяженность трассы - 1900 м, вывоз горной массы на поверхность осуществлялась от двух экскаваторов.
На основе реальных планов горных работ, представленных чертежами в масштабе 1:4000, 1:2000 и 1:1000 за период с 1996-1998 гг., а также других оперативных отчетных документов, по каждому карьеру и периоду времени были проанализированы трассы автодорог. В общей сложности анализу подверглись 186 вариантов трасс, отображенных на 8 планах горных работ.
Кроме того, по некоторым карьерам использовались отчетные документы о фактической длине маршрутов от экскаваторов до перегрузочных пунктов и высотные отметки забоев и пунктов разгрузки, что позволило определить для каждого маршрута теоретическую длину трассы, исходя из руководящего уклона, принятого на данном карьере. На основе обработки этих материалов было получено более 400 значений коэффициентов развития трасс.
Измерения элементов трассы производилось посредством курвиметра КУ-А, имеющего погрешность измерения 0,25 см при длине измерения 50 см. Для этих условий, для различных лет и различных вариантов маршрутов нами было определено около 400 значений коэффициента развития трассы. Теоретическая длина трассы определялась как отношение высоты ее подъема Нп к величине руководящего уклона ip, значение которого принято на асбестовых карьерах равным 0,08.
Как видно из таблиц 2.2-2.5, полученные значения коэффициента развития трассы колеблются в широких пределах от 1,17 до 7,0. Среднее значение коэффициентов составляет 1,9, преобладающие значения находятся в пределах 1,5-2,3.
В результате обработки данных получены графики зависимости значений коэффициента развития трассы от высоты подъема и длины трассы для разных карьеров и периодов времени, которые свидетельству ют о значительной динамичности и явно выраженном влиянии длины трассы и высоты подъема (рис.2.6).
На графиках можно выделить две зоны в зависимости от длины трассы и высоты ее подъема. На коротких трассах и при высоте подъема до 40-60 м коэффициент развития колеблется в широких диапазонах от 1 до 8. Эти участки в основном представлены внутрикарьерными дорогами, расположенными в рабочей зоне.
На трассах с большей длиной и высотой подъема от 60-70 до 140-170 м, т.е. на трассах с большой долей постоянных автодорог, коэффициент развития трассы более или менее стабильны и его значения находятся в диапазоне 1,5-2,5.
Полученные данные позволяют сделать следующие выводы: 1. Фактические значения коэффициента развития трассы значительны, иногда в несколько раз превышают их теоретические величины, которые соответствуют нормальным условиям, отвечающим требованиям безопасности. Следовательно, фактические конструкции автодорог и схемы их развития в карьере далеко не рациональны. 2. В совершенствовании конструкции внутрикарьерных дорог и схемы их развития находятся большие резервы повышения эффективности внутрикарьерного транспорта, занимающего значительную долю в общих резервах производства. 3. Значения коэффициента развития трасс в проектных расчетах должны приниматься с учетом реальных данных, но, как правило, не должны превышать величину 1,1 - 1,5 в зависимости от высоты подъема и длины трассы.
Геоинформационное моделирование автотранспортных коммуникаций
При открытой разработке месторождений полезных ископаемых перевозка горной массы из карьеров осуществляется различными видами транспорта - железнодорожным, автомобильным, конвейерным.
Объемы перевозок на крупных горных предприятиях достигают 100-200 млн. т/год, для достижения этого используется большое количество большегрузных автосамосвалов. Например, на золоторудном карьере Бас-те-Пост фирмы Голдстрайк (США) в работе находится 70 дизель-троллейвозов грузоподъемностью 173 т.
Размеры карьеров тоже различны. Если при добыче стройматериалов (глина, песок, щебень) длина карьера составляет 100-200 м, то на мощных, крупных карьерах она достигает 10-13 км, а глубина 300-500 м. Общая длина автомобильных и железных дорог на таких карьерах составляет несколько десятков километров. Система трасс транспортных коммуникаций, определяемая конструкцией рабочей зоны карьеров, довольно сложна по конфигурации и состоит из сочетания прямых и криволинейных участков, имеющих различный наклон в профиле, а также большого количества пересечений и примыканий.
Отдельные участки дорог различаются не только длиной и наклоном в профиле, но также типом и качеством дорожного покрытия и другим параметрам, определяющим интенсивность и скорость движения транспортных средств.
В комплекс транспортных коммуникаций входят перегрузочные и разгрузочные пункты, а также забои экскаваторов, в которых происходит загрузка транспортных средств. Большая часть этого комплекса, находящаяся в рабочей зоне карьера, периодически перемещается по мере отработки уступов и углублению карьера.
Вследствие сложной конфигурации рудных залежей экскаваторные забои по мере их передвижения пересекают участки с различными сортами добьваемой руды, а перевозить ее следует на разные пункты разгрузки, то маршруты движения автосамосвалов меняются почти ежемесячно.
В этих условиях оптимальное оперативное управление автотранспортом, планирование автотранспортной сети и развитие горных работ возможно, как показывает практика, только в автоматизированном режиме с применением современных компьютерных систем и на информационной базе, построенной на принципах геоинформатики.
При этом вся сложная система транспортных коммуникаций представляется как массив пространственно распределенных точек, каждая из которых характеризуется координатами X, Y, Z и идентификаторами к\, к2, ... кп качественных признаков. На основе этой информации, содержащейся и периодически по мере необходимости обновляющейся в базе данных, вычисляются длины и уклоны участков автодороги по маршрутам движения, а затем скорости, время движения, расход топлива, интервалы безопасности и другие параметры для каждого автосамосвала.
При соответствующих современных технических средствах получения текущей оперативной информации, последующие вычислительные операции и передача управляющих команд на каждый автосамосвал, экскаватор и перегрузочный пункт осуществляется в режиме реального времени. Постоянная информация, хранимая в базе данных, может корректироваться по мере необходимости в связи с изменениями условий. Таким образом, на геоинформационной базе реализуются современные системы управления карьерным транспортом и горными работами.
Комплекс включает программу «Profil», предназначенную для расчетов длины и уклона участков трассы автомобильных дорог, а так же программу СМАК (система автоматизированных расчетов карьерного автотранспорта), предназначенную для определения показателей карьерного автотранспорта - скорости движения, продолжительности транспортного цикла, производительности экскаваторно-автомобильного комплекса, расхода дизельного топлива автосамосвалами.
Программа «Profil» является первой частью комплекса и может использоваться самостоятельно или в качестве надстройки для программы СМАК, т.е. для создания геоинформационной базы, необходимой для расчетов по программе СМАК.
Геоинформационная модель системы автотранспортных коммуникаций создается на основе рабочих планов горных работ в масштабе, как правило, 1:1000 или 1:2000, на которых показаны высотные отметки уступов, съездов, траншей, экскаваторных забоев и разгрузочных пунктов, а также элементов трассы автодорог.
До начала оцифровки трасса разделяется на участки, на каждом из которых на всем ее протяжении выдерживаются характерные для этого участка факторы, определяющие режим движения - скорость, тормозной путь. Криволинейные участки аппроксимируются отрезками прямых. Участки разделяются узловыми точками, каждой из которой присваивается неповторяющийся номер. В качестве примера взят план автотранспортных коммуникаций, снятый с плана автодорог асбестового карьера на определенный момент времени его эксплуатации (см. рис. 2.5). На сети трассы автодорог в результате анализа выделены участки, ограниченные узловыми точками, общее количество которых равно 403.
Для каждой точки определены измеренные координаты X по оси абсцисс и У по оси ординат. За нулевую отметку оси координат принят левый нижний угол плана. Полученные данные являются геоинформационной моделью сети автодорог и записываются в виде таблицы на бумаге и затем после проверки переносятся в компьютерную базу, в которой содержатся также идентификаторы качества дороги, приданные каждой из указанных точек.
Геоинформационная плотность является одной из основных характеристик геоинформационных моделей открытых горных работ. Показателем геоинформационной плотности является количество точек и чисел, характеризующих форму, структуру и качественное содержание моделируемого объекта. Она может быть определена в целом для объекта или в виде удельных величин, т.е. количества точек и чисел, отнесенных на единицу площади, объема или длины, например, на 1 га площади земельного отвода горного предприятия, на 1 млн. м объема карьера, на 1 км длины транспортных коммуникаций и т.п.
Показатели геоинформационной плотности служат для информационной оценки объекта, сравнения способов моделирования, определения степени полезного использования первичной информации на различных стадиях ее переработки. Геоинформационная плотность определяет во многом трудоемкость подготовки данных, стоимость хранения и переработки информации. Выделены три вида геоинформационной плотности: - теоретическая, определяемая расчетом из условия достижения высокой степени приближения математической модели к реальным условиям; - фактическая, т. е. исходная, получаемая в результате инструментальных измерений,съемок; - практическая, используемая в графических и математических моделях. В процессе переработки информации один ее вид переходит в другой. Величины показателей геоинформационной плотности графических моделей, определенные на основе чертежей геологических планов и разрезов, планов горных работ и других графических документов, используе мых на действующих горных предприятиях, значительно колеблются в зависимости, главным образом, от сложности геологических и технологических условий. На месторождениях с крупными по размерам геологическими разведочными блоками более или менее правильной формы, например, Качканарском железорудном, они в 5-10 раз меньше, чем на многосортных, многокомпонентных месторождениях цветных металлов.
Показатели геоинформационной плотности измеряются количеством точек Рх или чисел Р2 на единицу длины, площади или объема графической модели какого-либо объекта или его элемента. Соотношение между значениями Р\ и Р2 определяется количеством чисел информации, приходящихся на одну точку, которое состоит минимум из двух значений координат (X, У) на планах и трех (X, Y, Z) - в трехмерном пространстве.
Формирование потоков автосамосвалов в карьере
Оптимизация формирования потоков автосамосвалов является одной из главной составных задач управления автотранспортом и основой распределения автосамосвалов по экскаваторам. 1. по непрерывности потока автосамосвалов - для всех погрузочных и разгрузочных пунктов обеспечение равновесия потока автосамосвалов к этим пунктам и от них; 2. по скорости черпания экскаватора - обеспечение скорости черпания экскаватора, ограниченной его максимальной производительностью; 3. по объему добычи горной массы - обеспечение выполнения плана по добыче горной массы: 4. по коэффициенту вскрыши -AVuPw Y,-(P0- Sr)j? Yj AV, 2 где AV- допустимые отклонения объёмов вскрыши, м3/ч; Nw - число путей для груженых автосамосвалов, транспортирующих вскрышу; Yt - интенсивность потока порожних автосамосвалов на і-м пути, транспортирующих вскрышу, автосамосвалов/ч; Р0 - грузоподъемность автосамосвала, т; Pw - вместимость кузова автосамосвала м3; Sr - текущий коэффициент вскрыши, м3/т; N0 - число путей для порожних автосамосвалов, транспортирующих руду; Yj- интенсивность потока порожних автосамосвалов на j-м пути, транспортирующих руду, автосамосвалов/ч; 5. по качеству руды 5,4 ( ,.1у ,) , (4-3) где Вік - нижний предел каждого качественного показателя; Bjk - значение каждого качественного показателя для j-го пути; Вик - верхний предел каждого качественного показателя; 6. по неотрицательности параметров XhYj 0, i = \,Nd, j = \,N,.
В практике управления на горных предприятиях для оптимизации распределения автосамосвалов используются принципы, которые можно разделить на три группы: 1 группа: главная цель — увеличение плана по добыче горной массы для всех экскаваторов. Распределение автосамосвалов по приоритету экскаватора. При большом расстоянии транспортирования горной массы заранее регламентируют объемы добычи руды за смену для определения приоритета экскаваторов. Дают большее количество автосамосвалов на экскаватор, имеющий больший приоритет. Распределение автосамосвалов по результатам линейного программирования. На первом этапе применяют модель линейного программирования для достижения минимума числа автосамосвалов на работе. На втором этапе учитывают приоритет экскаваторов и результаты на первом этапе. Сначала рассчитывают грузопотоки на разных путях методами многоцелевого программирования. 2 группа: главная цель — повышение эффективности оборудования и производительности карьера. Распределение автосамосвалов проводят: 1) по минимуму времени ожидания автосамосвалов; 2) по минимуму времени ожидания экскаватора; 3) по минимуму времени движения автосамосвалов; 4) по принципам MSD и MSDTC.
1. Совершенствование систем управления автотранспортом становится одним из главных подходов к повышению экономической эффек тивности разработки на карьерах. Практика показывает, что при использовании автоматизированных систем объем добычи полезных ископаемых увеличивается на 5 -15 %.
2. Различают три типа транспортных схем. При рассредоточенной и комбинированной транспортных схемах, как правило, надо провести сначала оптимизацию формирования потоков автосамосвалов, потом распределение автосамосвалов; а при сосредоточенной схеме оптимизация формирования потоков автосамосвалов не является необходимой.
3. Оптимизация формировании потоков автосамосвалов проводится в основном с помощью методов линейного программирования. Целевая функция и ограничения модели определяются согласно конкретным условиям месторождения и техническим требованиям
Практика зарубежных карьеров показывает, что по принципам MSD и MSDTC повышаются эффективность оборудования и объемы добычи горной массы по сравнению с закрытым циклом.
Автотранспортные схемы на современных крупных карьерах являются сложными (рис. 4.1) и многообразными. Их структура, размеры и конструкция зависит от конкретных горно-геологических условий.
С точки зрения автоматизации управления автотранспорта, транспортные схемы по расположению разгрузочных пунктов и выемочного оборудования делят на три типа: сосредоточенная, рассредоточенная и комбинированная (см. рис. 4.2, 4.3, 4.4). При двух последних схемах необходима оптимизация формирования потоков автосамосвалов. Для этого применяются методы линейного программирования. А для каждой транспортной схемы необходима оптимизация распределения автосамосвалов для всех экскаваторов.
Комбинированная транспортная схема На карьерах объединения «Ураласбест», где были проведены исследования, представленные в диссертации, применяются сложные комбинированные схемы. При этом в различные периоды и на различных участках используются различные конфигурации схем, что определяется как изменением горно-геологических условий, так и организационно-технологической ситуацией.
Большое значение имеет не только структура и конфигурация транспортной схемы, но также форма в плане участков трассы. В конкретных условиях форма трассы в плане внутрикарьерных автодорог зависит от конфигурации рабочих уступов, а последняя определяется при планировании горных работ в зависимости от геологических условий, технологических требований и ряда других факторов.
Задачи взаимосвязи форм трасс автодорог и форм рабочих уступов решаются графически в процессе традиционного ручного или автоматизированного планирования горных работ. В процессе работы над диссертацией нами совместно с А.А. Оглоб-линым было разработано программное обеспечение для этой задачи.
Оптимизация погрузочно-транспортного комплекса включает комплекс задач, основными из которых являются:
1. Установление технологической совместимости процессов и оборудования и прежде всего выбор правильного соотношения емкости кузова автосамосвала и емкости ковша экскаватора, которое должно быть, как правило, не ниже 3-4 и не выше 8-10.
2. Установление экономической взаимосвязи производственных процессов для того, чтобы типы, модели и параметры горных машин были оптимальными и обеспечивали наименьшие затраты комплекса.
3. Установление пространственно-временной взаимосвязи, главным образом, буровзрывных и экскаваторных работ.
4. Установление оптимального распределения автосамосвалов по маршрутам при заданном количестве забоев, перегрузочных пунктов и плановых заданиях подачи различных сортов руды на обогатительные фабрики.
Первые три задачи являются традиционными и решаются опытными специалистами при планировании горных работ.
Последняя задача оптимизации маршрутов является в настоящее время особенно актуальной на ряде карьеров, в том числе асбестовых, и требует создания компьютерных систем управления горно-транспортным процессом.
Из теории и практики открытых горных работ известно, что оптимизацию маршрутов производят согласно выбранному критерию, применяя методы линейного программирования. Тогда карьер рассматривают как совокупность узловых пунктов (узлов), под которыми понимают места погрузки и разгрузки, и путей, по существу, отображающих связи между узловыми пунктами. Узловые пункты имеют ограничения по условию качества руды.
В самом общем виде каждый из экскаваторов может разрабатывать руду различных сортов и породу. Тогда экскаватор представляет собой М различных узлов. Если в карьере имеется N узлов, то тогда число возможных маршрутов - связей будет N (N - 1).
Наиболее простая структура имеет место при одинаковом количестве забоев и разгрузочных пунктов и только тогда, когда производится добыча и перегрузка одного сорта горной массы на кротчайшее расстояние. В условиях действующих карьеров комбината «Ураласбест» ситуация намного сложнее и заключается в следующем.
