книги / Методология проектирования строительства подземных сооружений

подготовки производства включает систему автономных мо­ делей, с помощью которых решаются следующие задачи:

•выбор схемы выемки;

•обоснование порядка отработки запасов;

•выбор схемы вскрытия;

•выбор схемы подготовки.

Блок добычи объединяет систему автономных моделей, предназначенных для решения следующих проектных задач:

•выбор системы разработки;

•выбор средств механизации горных работ;

•определение производственной мощности рудника.

Врамках каждого из двух основных блоков (подсистем) формируется и оценивается некоторая совокупность вариан­ тов, принимаемых к рассмотрению на завершающей стадии проектирования, которая предусматривает синтез возмож­ ных технологических схем, их сравнение и выбор наиболее эффективной схемы на основе критерия оптимальности,

обеспечивающего совместный учет всех требований ком­ плексного освоения недр.

Для этой цели предусмотрен блок оценки, включающий выходные данные по вариантам технологической схемы и экономико-математическую модель, с помощью которой вы­ полняются расчетные процедуры на стадии сравнительной оценки вариантов.

Для оптимизации технологической схемы рудника с уче­ том требований комплексного освоения Д.Р. Каплуновым предлагается использовать критерий, представляющий собой максимум суммарного дисконтированного эффекта, полу­ чаемого в результате освоения месторождения:

где:

Zi извлекаемая ценность в оптовых ценах (или замы­ кающих затратах) в 1-ом году, руб.;

Ki “ капитальные затраты в 1-ом году, руб.;

Cj - эксплуатационные затраты без амортизационных от­ числений на реновацию в i-ом году, руб.;

Y“ - экономический ущерб от потерь полезного ископае­ мого при добыче в i-ом году, руб.;

С? - затраты (или удорожание проектных решений), свя­ занные с учетом экологических требований в i-ом году, руб.

В.В. Попов разработал системную методологию проектной деятельности. Данная методология разработана автором на основе структурно-логической схемы проектной деятельно­ сти, модели творческой деятельности и включает три страте­ гии:

•прямой оптимизации;

•итерационных приближений, направленных на совер­ шенствование аналогов и прототипа;

•синтеза новых (пионерных) проектных решений. Структурно-логическая схема проектной деятельности осно­

вана на методологии иерархического выбора проектных ре­ шений подземной разработки рудных месторождений.

В этой методологии выделяются 6 уровней и 2 этапа.

На первом уровне выбирается удовлетворяемая потреб­

вия, на пятом - техническое решение, на шестом - парамет­ ры. При этом выделяются этап маркетинга или внешнего проектирования, включающий 1-й и 2-й уровни, и этап внут­ реннего проектирования, включающий 3-й - 6-й уровни.

Однако учитывая то, что выбору всегда предшествуют ло­ гические операции анализа и синтеза, структурно­ логическую схему проектной деятельности (без подготовки документации) целесообразнее представлять, как показано на рис. 1.2.

При этом выделяется важное понятие - облик техническо­ го объекта. Таким образом, 1-й, 2-й уровни (являющиеся по сути техническим заданием), а также 3-й, 4-й, 5-й уровни (облики) включают концептуальное проектирование техни­ ческого объекта.

В качестве критериев прогрессивного развития техники и технологии автор предлагает следующую структуру критери­ ев:

• функциональные, которые характеризуют важнейшие показатели реализации функций технической системы; технологические, которые характеризуют только тех­ нологические особенности изготовления и эксплуата­ ции технической системы; экономические, которые связаны только с экономиче­

ской целесообразностью реализации функций с помо­ щью данной технической системы;

эргономические и экологические, которые связаны с вопросами положительного и отрицательного воздей­ ствия на людей, природу, вызванного созданием тех­ нической системы.

В.А. Шестаков в своих исследованиях отмечает, что при решении задач выбора и оценки эффективной технологии разработки месторождений полезных ископаемых примени­ тельно к современным экономическим условиям очень важ­ но принимать во внимание не только величину удельной прибыли, но и величину производимой продукции, затрат на ее производство, а также время получения прибыли и про­ изводства затрат, обеспечивающих ее получение [104]. Важ­ но иметь в виду, что прежде, чем начнет работать та или иная технология, необходимо либо приобрести, смонтиро­ вать и освоить те или иные технологические комплексы (комплексы самоходного оборудования на рудных месторож­ дениях и т.п.), либо пройти дополнительные выработки и выполнить другие работы. Например, чтобы перейти на сис­ темы с закладкой, надо построить закладные комплексы. Чтобы обеспечить повышение стабильности качества добы­ ваемого полезного ископаемого, надо построить и оснастить усредлительные склады и т.д. В периоды таких работ будут затрачены значительные средства без какой-либо компенса­ ции за счет производимой продукции. При разных техноло­ гиях для того, чтобы начать выдавать полезное ископаемое и получать прибыль (дополнительную прибыль), надо сделать

Определив величину предварительных затрат и годовой прибыли по формуле (1.34), можно определить срок окупае­ мости оцениваемого мероприятия по совершенствованию технологии горных работ, исходя из равенства затрат на предварительные работы и получаемой прибыли по формуле:

где:

tPo - расчетный срок окупаемости новой технологии, лет.

Из этих формул видно, что чем больше величина затрат на выполнение подготовительных работ и времени на их осуществление, тем меньше удельная прибыль и больше срок окупаемости варианта разработки.

§ 1.3. Анализ методов проектирования строительства подземных сооружений

Подземные сооружения относятся к классу сложных (больших) систем по следующим признакам:

•система не поддается эксперименту и масштабному физическому моделированию;

•в системе функционируют люди, механизмы, среда;

•система подвержена многим случайным воздействиям;

•система управляема.

Эта система является весьма типичной, трудоемкой и сис­ тематически действующей сложной системой в шахтном и подземном строительстве. Даже незначительные улучшения в технологии и организации проходческих работ приводят к большой экономии ресурсов.

Разработка и внедрение научно-обоснованной методоло­ гии проектирования строительства подземных объектов по­ зволит прогнозировать технические, технологические, эко­ номические, экологические, социальные и антропогенные последствия принимаемых решений.

Теоретические основы для решения сложных задач про­ ектирования строительства подземных сооружений создали П.М. Цимбаревич, Б.В. Бокий, Н.М. Покровский и др.

Вопросу моделирования и комплексной оптимизации гор­ но-разведочных объектов, разработки типовых моделей оценки эффективности способов проведения разведочные выработок посвящены работы В.И. Комащенко, Г.Г. Мухта­ рова, В.М. Рогинского, Л.Г. Грабчака, В.Х. Ахмета, А.И. По пова, В.Г. Лукьянова, Ш.Н. Мамедова и др.

Вопросы моделирования процесса проведения горных вы­ работок горнодобывающих предприятий, формирования и оценки технологических вариантов рассматривались в рабо­ тах Ю.Л. Барона, В.С. Верхотурова, В.Ф. Горбунова, Э.Э Нильвы, Т.И. Павличенко, В.В. Першина, М.И. Устинова, Е.И Рогова, М.Р. Шурубы, П.Л. Лыхина, А.Г. Гузеева и многие других.

Работы В.М. Мосткова, Д.М. Голицынского, В.Г. Храпова Л.В. Маковского, В.Е. Меркина, В.А. Гарбера и др. внесли значительный вклад в теорию проектирования, разработку и совершенствование способов строительства тоннелей раз личного назначения и камер большого поперечного сечения.

Г Г. Мухтаров и В.М. Рогинский, относя к сложной систе ме, технологический процесс проведения горно-разведочньп выработок, включают в нее ряд подсистем (рис. 1.3), характе ризуемых жесткими фиксированными связями.

Основные функции подсистем А, В, С и Д взаимосвязаны конечной целью их реализации является определение такт режимов функционирования, которые обеспечили бы дос тижение заданного результата.

Система

Рис. 1.3. Характер связей технологической системы А, В, С и Д - соответственно, подсистемы "процесс разрушения гор

ных пород", "процесс проветривания", "процесс погрузки и транс портирования породы", "процесс крепления"

Точное определение оптимального состояния зависит от введенной целевой функции. В подсистеме А (разрушение горных пород) одна из целевых функций выражает необхо­ димость максимального подвигания выработки за цикл, ми­ нимальной продолжительности бурения шпуров, заряжания и взрывания, минимальных затрат на производство буро­ взрывных работ. Аналогично выражаются и другие целевые функции.

Вероятностный характер основных параметров в процессе функционирования производства требуют построения сто­ хастических моделей, которые более полно и достоверно отображают реальные процессы управления. Случайные факторы, определяющие стохастический характер моделей управления, авторы выделяют в две группы: I - связанные с вероятностным характером основных процессов в системе и II - обусловленные случайным характером процессов управ­ ления. Применительно к данной сложной системе выделяют­ ся три взаимосвязанных аспекта оптимизации: технологиче­ ский (способы ведения проходческих работ); организацион­ ный (способы оптимизации проходческих работ) и времен­ ной (выбор наилучших закономерностей развития во време­ ни).

В качестве критерия оптимальности предлагается ком­ плексный, или обобщающий (составной), критерий.

Такой критерий может быть образован как сумма част­ ных критериев с некоторыми коэффициентами, характери­ зующими степень их важности:

ki>k2’»'>kii - частные критерии;

<р11<р2г"1<рл весовые коэффициенты соответствующих частных критериев.

Коэффициенты <р^ могут быть положительными (<рл >0)

или отрицательными [фш<0). Частным критериям, увеличе­