Файл: Чесноков, Н. И. Оптимизация решений при разработке урановых месторождений.pdf

ных размеров, содержания металла в руде, неоднород­ ным распределением металла по площади рудных жил или залежей, часто прерывистостью оруденения.

Неоднородность в строении месторождений урановых руд и изменчивость продуктивности по площади рудных тел, с одной стороны, и высокая ценность богатых ура­ новых руд, с другой, требуют решения комплекса вопро­ сов, связанных с установлением промышленных конту­ ров месторождения или отдельных рудных тел с опреде­ лением допустимых значений разубожнвания и потерь руды. При этом должны учитываться затраты по всей технологической цепи горнорудного предприятия, начи­ ная от очистного забоя и до выхода конечного про­ дукта.

Перечисленные факторы оказывают решающее влия­ ние на выбор систем разработки месторождений урано­ вых руд, их параметров и схем подготовки блоков, на технологию очистных работ и в конечном итоге — на основные технико-экономические показатели горнорудно­ го производства в целом.

Урановые руды отличаются некоторыми особыми свойствами: естественной радиоактивностью, высокой избирательной дробимостью, различием технологических свойств первичных и окисленных руд и др. Наряду с высокой изменчивостью содержания урана в рудах эти особенности вызывают необходимость определения опти­ мальной технологии и выделения различных сортов руд при добыче.

На выбор оптимальных решений при этом большое влияние оказывают возможности ураноперерабатываю­ щих предприятий обеспечить поставки продукции в со­ ответствии с требованиями заказчиков.

Прогресс техники и технологии обогащения урановых руд радиометрическими методами, в тяжелых суспен­ зиях, с использованием ионообменных смол, центрифуг и т. д. позволяет в определенных случаях изменять тех­ нологические требования к добываемым урановым рудам в сторону снижения технологической жесткости. Так, до

сортам не вызывала сомнений. Однако в настоящее вре­ мя при наличии хорошей радиометрической сортировки на поверхностном комплексе рудника в очистном блоке может применяться отбойка руды без сортировки в за­

10

бое и выдачи руды по сортам. Это в свою очередь позволит значительно упростить и удешевить техноло­ гию очистной добычи, сократить число добываемых сор­ тов руды, упростить организацию подземного транспор­ та и рудничного подъема, что снизит капитальные затра­ ты на строительство рудников, повысит производитель­ ность труда подземных рабочих и интенсивность эк­ сплуатации месторождений и в конечном итоге улучшит технико-экономические показатели уранодобывающего предприятия.

Эффективность принятия того или иного решения (по системам разработки, отдельным их параметрам и другим технологическим процессам) должна проверять­ ся с учетом эффективности системы в целом (в качестве системы здесь выступает горнорудное предприятие, включая весь комплекс горнорудного производства до выхода товарной продукции).

Быстро растущая потребность в уране в связи с раз­ витием атомной энергетики привела к тому, что при строительстве уранодобывающих предприятий выбор ос­ новных параметров вскрытия и эксплуатации часто про­ изводится при недостаточно высокой степени разведан­ ности месторождения. Это особенно характерно для крупных месторождений урана.

Поэтому весьма часто наблюдается разведочно-эк­ сплуатационная стадия освоения урановых месторожде­ ний, при которой достаточно полные сведения о место­ рождениях достигаются только после развития пред­ приятия. Это налагает отпечаток на решение всех основ­ ных вопросов вскрытия и эксплуатации месторождений урановых руд.

В этих условиях применение расчетных методов для принятия оптимальных решений должно играть особую роль, в частности методов теории игр, теории графов, методов линейной и нелинейной оптимизации.

При решении вопросов вскрытия месторождений урановых руд с недостаточной степенью разведанности возможны случаи, когда стволы шахт попадают в кон­ туры месторождений и большие запасы урана оказы­ ваются в пределах охранных целиков. Поэтому на ме­ сторождениях рассматриваемого типа широко распро­ странены системы разработки с твердеющей закладкой. Технические задачи, связанные с решением вопросов рациональных границ применения систем разработки с

11

твердеющей закладкой, о порядке отработки отдельных частей месторождений (включая запасы охранных це­ ликов), являются в то же время и экономическими, для решения которых необходимо применение методов оп­ тимизации.

В связи с рассмотренными ссобенностями место­ рождений урановых руд и спецификой ввода их в эксплуатацию на горнодобывающих предприятиях воз­ растает роль анализа производственной деятельности на основе статистических методов с целью изыскания резервов производства.

С помощью методов теории исследования операций, включающих весь рассматриваемый в книге математи­ ческий аппарат и методы принятия оптимальных реше­ ний, на уранодобывающих предприятиях могут решать­ ся следующие задачи:

—оптимальное использование ресурсов производ;

ства;

—решение технических вопросов при изменении гор­ ногеологических (природных) условий месторождений

или их отдельных участков; —• установление минимальных промышленных и бор­

товых содержаний (кондиций) для месторождений в це­ лом и их отдельных частей в связи с изменившимися горнотехническими условиями или требованиями к ру­ де (к экономике уранодобывающих предприятий со сто­ роны вышестоящих органов);

—определение экономически целесообразных границ разработки урановых месторождений на глубину;

—определение оптимальной шихтовки руд из различ­ ных частей месторождения или с нескольких месторож­ дений в соответствии с требованиями ураноперераба­

тывающих предприятий к сортности руд (или в связи с требованиями вышестоящих организаций к экономике предприятия или группы предприятий);

—определение экономических нормативов ввода в

эксплуатацию или консервации новых мелких место­ рождений с учетом комплекса взаимосвязанных факто­ ров (граничных условий) и т. д.;

—оптимальное планирование добычных работ и др. Уранодобывающее предприятие является сложной си­

стемой как по многообразию горно-геологических и гор­ нотехнических условий, так и по сложности взаимосвя­ зей большого числа параметров и факторов,

12

Оптимизация параметров горнорудного предприятия является сложной многовариантной задачей, решение которой традиционными методами практически невоз­ можно или затруднено. Задачу оптимизации параметров такой сложной системы, как уранодобывающее пред­ приятие, можно решать только с применением методов операционных исследований и ЭВМ.

Основным методологическим принципом решения за­ дач оптимизации производства является системный под­ ход, в основе которого заложено рассмотрение исследуе­ мого процесса или явления как сложной системы с ее внешними и внутренними взаимосвязями.

Центральным моментом системного подхода при этом является положение, в соответствии с которым по­ ведение системы в целом не равноценно поведению да­ же самого главного ее элемента. Поэтому система мо­ жет рассматриваться лишь во взаимодействии всех ее элементов как единого целого.

Сущность системного подхода к изучению свойств объектов реального мира заключается в рассмотрении совокупного взаимодействия элементов системы, харак­ теризующих ее структуру, между собой и с внешней средой. Системный подход является основной предпо­ сылкой создания централизованного управления функ­ ционированием элементов, определяющих структуру сложной системы. Исследование сложных систем осу­ ществляется методами кибернетики, разрабатывающей специальные методы количественного анализа сложных систем.

Организация управления горным производством, весьма сложным и многообразным в своей сущности, также может рассматриваться с позиций кибернетиче­ ского подхода. Для изучения сложных систем горного производства характерно применение комплексного ме­ тода, включающего наряду с другими натурные экспе­ рименты и наблюдения, моделирование систем произ­ водства и их отдельных элементов.

Натурные эксперименты и наблюдения широко при­ меняют в горной практике для изучения отдельных эле­ ментов систем производства (чаще всего вне взаимо­ связи друг с другом). Границы изменения изучаемых параметров также часто бывают ограничены какими-то фиксированными пределами, определяемыми возможно­ стями техники, предписываемыми режимами функциони­

13

рования оборудования, правилами технической эксплуа­ тации, правилами безопасности и т. д. Это и понятно, так как произвольное изменение режимов в условиях производства сопряжено с возможными аварийными си­ туациями и другими нежелательными последствиями. Поэтому возможности метода натурных экспериментов и наблюдений ограничены, тем более что при этом не может быть учтен системный характер и сложная взаи­ мосвязь элементов. В этой связи основой изучения сложных систем горнорудного производства является их математическое моделирование с использованием, осо­ бенно при большом объеме вычислений, быстродейст­ вующих вычислительных машин.

Примером сложной системы в системе горнорудного производства могут служить рудосортировочиые обога­ тительные фабрики урановых рудников, представляю­ щие собой сложный коммутационный комплекс процес­ сов и производственных линий, состояние которого мо­ жет быть описано системой коммутационных матриц, характеризующих информационные связи процессов.

Производственный комплекс рудосортировочной обо­ гатительной фабрики представляет собой большое число рудосортирующнх установок, работающих на принципе разделения потока руды на классы по крупности с предварительным обмывом для удаления шламов. Руда выделенных классов крупности сортируется по содер­ жанию металла радиометрическим способом на установ­ ках автоматической сортировки. При этом происходит ^сложное перераспределение потоков руды, позволяющее выделить богатый штуфный концентрат I сорта, штуф- :ную руду II сорта, промпродукт, бедную руду и пустую отвальную породу.

Как видно из приведенного примера, понятие «слож­ ной системы» является достаточно относительным. Гор­ ное производство представляет собой сложную систему, структурно определяемую его основными процессами по производству продукции — угля, руды или концентрата.

В этом случае на урановом руднике рудосортировоч­ ная обогатительная фабрика представляет собой один из структуроопределяющих элементов горнорудного про­ изводства. В то же время рудосортировочная фабрика сама по себе представляет сложную систему, и ее эле­ ментами служат отдельные рудосортировочные установ­ ки, определяющие ее структуру.

14

Каждый из рудосортировочных агрегатов в свою очередь может быть представлен совокупностью узлов и деталей, сложное взаимодействие которых обеспечивает процесс рудосортировки и т. д. Поэтому при рассмотре­ нии сложной системы производства целесообразно ог­ раничить расчленение (дифференциацию) ее элементов на каком-то определенном уровне в соответствии с ха­ рактером и уровнем решаемой задачи. Например, при изучении изменения себестоимости продукции в зависи­ мости от комплекса природных и производственных факторов горнорудного производства не следует рас­ сматривать в качестве таких влияющих факторов от­ дельные элементы применяемых механизмов и машин, поскольку такое влияние, если оно существует, будет ничтожно. Следовательно, нужно выделить и рассмот­ реть элементы системы в соответствии с их значимо­ стью для функционирования системы. Таким образом, «при формальном подходе к изучению сложных систем элементом следует считать объект, не подлежащий даль­ нейшему расчленению на части» [20]. Внутренняя структура элемента уже не подлежит рассмотрению, по­ скольку существенны только те свойства элемента, ко­ торые определяют его взаимодействие с другими эле­ ментами системы и влияют на состояние и свойства си­ стемы в целом.

В таком случае производственные совокупности структуроопределяющих элементов системы могут рас­ сматриваться как ее подсистемы.

Если дифференциация системы выполнена доста­ точно глубоко с выделением структурных элементов не­ скольких уровней иерархии, то в соответствии с приве­ денным определением элемента совокупность структуро­ определяющих элементов производства образует под­ системы п-го уровня, совокупность подсистем м-го уров­ ня соответстевнно образует подсистемы (п— 1)-го уров­ ня и т. д. до подсистем 1-го уровня, совокупность кото­ рых определяет состояние изучаемой системы в целом. Пример такой сложной иерархической системы, которая может быть описана комплексом иерархических моделей нескольких уровней, приведен на рис. 1 и 2.

Сложные подсистемы горного производства функцио­ нируют в условиях действия большого числа случайных факторов, определяемых случайным характером воздей­ ствия внешней среды и случайными отклонениями в

15

функционировании структуроопределяющих элементов системы (а также подсистем последующих ступеней иерархии). «Как внешние, так и внутренние случайные воздействия оказывают влияние на режимы работы эле­ ментов системы и могут существенно менять характер

условного горнодобывающего предприятия (РОФ — радиометрическая обогатительная

ее функционирования. В общем случае рассеивание (разброс) значений воздействий внешней среды или па­ раметров системы приводит к рассеиванию (разбросу) результатов ее функционирования» [20].

Горное производство представляет собой систему с весьма сложными взаимосвязями ее структурных эле­ ментов и звеньев, поэтому применение методов мате­ матического моделирования, анализа и оптимизации не может осуществляться без некоторых упрощений. По­ пытки использовать математические методы при реше­ нии некоторых задач горного производства известны

16

давно [2—4, 9, 17, 18, 27, 34, 40, 47, 52, 60, 61]. Однако до последнего времени при математическом моделиро­ вании процессов горного производства стохастический характер их протекания чаще всего не учитывался, по­ скольку это значительно усложняет задачу.

г _ ___i- L _ _ .- _ _ _ I _ J i.L _ _ ,

Ь “ : = = г . = і І

_______ I________

Подземный транспорт

Р и с. 2. Структурная модель технологической схемы очист­

ных работ при использовании системы разработки с заклад­ кой (с креплением и закладкой).

Состояние системы характеризуется не только пере­ менными значениями ее структуроопределяющих эле­ ментов, но и рядом постоянных величин — параметров системы.

Процесс функционирования системы может рассмат­ риваться как последовательное изменение ее состояний, которые могут быть интерпретированы в виде коорди­ нат точки в /г-мерном пространстве. «Каждому мгновен­ ному состоянию системы соответствует--определенная точка, а процессу функционирования [системы — некото-

I и,-Г.