Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Карьерные перевозки. Управление горнотранспортными комплексами. Учебное пособие
.pdf
их мощность на 25–30%, полезную массу – на 30%, производительность – на 20%, снизить энергетические затраты на подъем
горной массы, уменьшить объемы горно-капитальных работ и
улучшить экологическую обстановку в глубинной зоне карьера.
Одно из определяющих ограничений расширенного применения железнодорожного транспорта с повышенными уклонами
путей – значительная величина нормативного тормозного пути на
руководящем уклоне путей. Есть разработки, позволяющие за
счет применения принципиально новых локомотивных и вагонных тормозных колодок, легированных фосфором, сократить
тормозной путь в 1,5–2 раза. При этом срок службы колодок
в 2–2,5 раза выше, чем у применяемых в настоящее время, а износ колесных пар сокращается в 1,3–1,5 раза.
В целом же в ближайшие годы необходимо:
• разработать тепловозы нового поколения с автоматизиро-
ванной системой управления;
• модернизировать тяговые агрегаты для вывоза горной мас-
сы из глубоких карьеров с уклонами до 80‰;
• разработать новое поколение вагонов-самосвалов (думпкаров) с осевой нагрузкой до 300–350 кН для работы в карьерах и
перевозки массовых инертных грузов, а также для замены вагонов-самосвалов, выработавших свой ресурс;
• разработать новое поколение специализированных вагонов, обеспечивающих автоматизированную погрузку и выгрузку
опасных и других грузов;
• модернизировать путевое хозяйство, особенно на подъездных путях;
• увеличить протяженность путей на железобетонном
подрельсовом основании;
• разработать конструкцию путей для карьеров с уклонами
до 80‰;
• разработать путевые машины для ремонта промышленных
железнодорожных путей;
• разработать и осуществить новые транспортно-технологические схемы выдачи горной массы из глубоких карьеров с использованием стволов и тоннелей;
• повысить уровень электрификации промышленных подъездных, карьерных и технологических путей.
21
Погрузка горной массы в думпкары и другие полувагоны
(гондолы и пр.) осуществляется экскаваторами-мехлопатами с
электрическим или гидравлическим приводом. При выборе оптимального типоразмера экскаватора для вагонов различной грузоподъемности исходят из двух наиболее важных положений:
1) обеспечение приемлемых динамических нагрузок на узлы
и конструкции вагонов с целью снижения вероятности их разрушения и преждевременного износа;
2) максимально возможное использование номинальной
грузоподъемности вагонов.
С точки зрения диспетчеризации, горнотранспортные комплексы с электрифицированным железнодорожным транспортом
намного удобнее, их легче оборудовать соответствующей аппаратурой для съема и передачи информации, чем экскаваторноавтомобильные комплексы.
Контрольные вопросы
1. Структура и основные свойства ГТК.
2. Способы оптимизации структуры ГТК с автомобильным
транспортом.
3. Оценка производительности ГТК с автомобильным
транспортом при разнотипном парке автосамосвалов.
4. Оценка производительности ГТК с автомобильным
транспортом при разнотипном парке погрузочных средств.
5. Оценка производительности ГТК с автомобильным
транспортом при разнотипных парках автосамосвалов и погрузочных средств.
6. Характеристика ГТК с железнодорожным транспортом.
22
ТЕМА 2. УПРАВЛЕНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫМИ
КАРЬЕРНЫМИ ПЕРЕВОЗКАМИ
Общие положения
Материальные потоки (грузопотоки) в карьерах, перемещаемые автомобильным и железнодорожным транспортом, обладают дискретностью, которая определяется мощностью предприятия и грузоподъемностью транспортных средств и может харак-
теризоваться величиной интервала () между смежными раз-
грузками транспортных средств на приемном пункте.
В автомобильном грузопотоке дискретные величины – это
автосамосвалы, движущиеся по двухмерным транспортным сетям. Транспортный поток карьерных автосамосвалов обладает
тремя основными свойствами.
1. Неопределенность. Управление самосвалами (активное)
возлагается на водителя и частично на систему, которую образуют самосвалы (пассивное). Карьерный автотранспортный поток
не имеет графика движения, поэтому в течение смены он функционирует как самонастраивающаяся система. Различие в скоростных характеристиках карьерных самосвалов (различные модели машин, различная степень их изношенности) приводит к
снижению средней скорости транспортного потока и, соответственно, к снижению его производительности.
2. Конечность. Размеры самосвалов и сетей карьерных ав-
тодорог соизмеримы, поэтому на отдельных участках дорог возможно возникновение помех движению и заторовых ситуаций.
Взаимодействие самосвалов между собой как элементов транспортной системы разреза определяется скоростной характеристикой единичного самосвала. При этом скорости отдельных машин
являются конечной величиной и могут изменяться во времени.
Автотранспортным потокам свойственно уменьшение скорости
движения самосвалов с ростом их числа в карьере.
3. Зависимость расстояния от времени. Изменения поло-
жения автосамосвала в пространстве и времени, рассматривающиеся как стохастические процессы, не являются идентичными,
так как скорость движения самосвалов не остается постоянной.
Исходя из вышеизложенного, можно сформулировать сле-
дующее требование: использовать на раздельных маршрутах од-
23
нотипные по скоростным качествам самосвалы. При использовании в разрезе самосвалов одной модели задача упрощается, так
как разница в их скоростях возможна лишь из-за различной их
изношенности (а также различной квалификации водителей) и,
скорее всего, не выйдет из допустимых пределов.
Нематериальные информационные потоки имеют непрерывный характер или настолько малодискретны (0–10 с), что их
можно считать непрерывными. В такие потоки входит информация о местоположении мобильных объектов в каждый момент
времени, скоростях движения, загруженной в самосвалы горной
массе, расходе топлива и т. д. Эти потоки информации поступают
в диспетчерский пункт, где с помощью специальных программных средств обрабатываются и доводятся до пользователей.
Теоретические методы управления
автомобильными карьерными перевозками
Вследствие высокой стоимости карьерных автосамосвалов
их простои, как и простои выемочно-погрузочной техники,
должны быть минимальными. Для их уменьшения на карьерах
используют два вида организации работ автотранспорта: с закреплением определенного количества самосвалов за экскаватором в течение смены (закрытый цикл) и без закрепления, с
подачей машины под погрузку каждый раз по команде диспетчера (открытый цикл).
Организация работы автотранспорта при закреплении за
экскаваторами наиболее проста, но ее применение возможно при
надежной работе выемочно-погрузочной, отвалообразующей
техники для перевозки вскрышных пород и однородного по составу полезного ископаемого.
При закрытом цикле, в начале каждой смены группа самосвалов закрепляется за каждым маршрутом транспортирования.
Самосвалы, распределенные по маршрутам, должны работать на
одном и том же маршруте всю смену, с учетом требований производства, наличия самосвалов и т. д. Маршруты, за которыми
закреплены самосвалы, не меняются до тех пор, пока не сломается экскаватор, либо не произойдет другое критическое событие.
Из-за вероятностной природы технологических процессов в
карьере обеспечить равномерную подачу самосвалов к экскава-
24
торам практически невозможно, и у экскаваторов часто возникают очереди из самосвалов, ожидающих погрузки. Поэтому данный метод организации производства наименее эффективен.
Управление без закрепления автосамосвалов за экскаваторами осуществляется с помощью автоматизированной системы
управления (диспетчеризации) – АСУ (АСД), включающей в себя
средства передачи информации о состоянии экскаваторов, каждого автосамосвала, средства передачи команд водителям и ЭВМ.
Их необходимо применять в карьерах, где требуется усреднение
качества полезного ископаемого, поступающего на обогатительную фабрику или перегрузочный склад из разных забоев.
При открытом цикле, в начале смены некоторое количество
самосвалов назначается к конкретному экскаватору. Но эти самосвалы, вместо того, чтобы обслуживаться одним экскаватором
или работать на одном маршруте всю смену, будут получать новое назначение от АСУ после окончания каждой погрузки и разгрузки. Оптимизированная диспетчеризация основывается на
математическом временном расчете оптимальных грузопотоков
согласно установленным производственным задачам. На основании этого расчета система выдает задания и контролирует их выполнение для каждой единицы горного оборудования. В тот момент, когда оператор запрашивает назначение задания (например,
находясь в пункте разгрузки), система, в режиме реального времени, используя заложенные алгоритмы оптимизации, определяет наилучший в данный момент экскаватор, к которому необходимо назначить данный самосвал, с учетом минимизации его
пробега, простоев под погрузкой и разгрузкой, максимальной загрузки данного экскаватора и т. д.
Установлено, что работа карьерного автотранспорта по открытому циклу способна повысить производительность предприятия на 10–15%.
Таким образом, АСУ осуществляет управление работой
горнотранспортного комплекса карьера и краткосрочное планирование его работы.
В общем случае, главная цель АСУ – оптимизация производительности и эффективности карьера на основе данных реального времени. Более конкретно – АСУ должна максимизировать
производительность карьера, минимизировать перегрузочные
25
операции, обеспечить поток полезных ископаемых на обогатительную фабрику или на склад на требуемом уровне и соблюсти
условия по качеству полезных ископаемых. Общепринятый подход – мультиуровневая оптимизация, при которой решение на
каждом уровне используется на следующем уровне, а задача делится на три последовательно решаемых подзадачи: 1) поиск
лучших путей; 2) оптимизация первичной расстановки самосвалов и экскаваторов (верхний уровень); 3) оптимизация распределения самосвалов в реальном времени (нижний уровень).
Модель поиска лучших путей определяет кратчайшие маршруты транспортирования между каждой парой пунктов в карьере
(то есть между пунктами погрузки и разгрузки).
Оптимизация расстановки самосвалов и экскаваторов позволяет распределить имеющиеся транспортные ресурсы по зонам
погрузки – с целью максимизации общей производительности
самосвалов. Применяется статический алгоритм планирования –
для определения оптимального расположения экскаваторов в забоях, оптимальных грузопотоков для каждого маршрута, соединяющего пункты погрузки с пунктами разгрузки, а также распределение транспортных ресурсов для выполнения производственного плана.
При распределении самосвалов в реальном времени программный алгоритм адресует самосвалы в подходящий пункт
назначения к тому времени, как самосвал запросит новое назначение в соответствующем пункте, что позволит минимизировать
отклонение от производственного плана.
Для оптимизации расстановки самосвалов и экскаваторов
могут быть использованы следующие теоретические методы:
• линейное программирование (LP): целевая функция и все
ограничения являются линейными функциями;
• транспортный подход: модель LP, целевая функция в ко-
торой минимизирует транспортную работу на маршруте;
• целевое программирование: определяются некоторые желаемые цели для каждой целевой функции; тогда оптимальное
решение минимизирует отклонения от установленных целей, то
есть, не максимизирует или минимизирует какие-либо показатели, но пытается найти некое целевое значение этих показателей;
26
• стохастическое программирование: некоторые или все
параметры модели могут рассматриваться как вероятностные, в
отличие от предыдущих методов, где все параметры являются детерминированными;
• теория массового обслуживания.
Для оптимизации распределения самосвалов в реальном
времени можно использовать следующие теоретические методы:
• алгоритмы на основе задачи о назначениях;
• алгоритмы на основе транспортной задачи.
Многие исследователи и компании работают над созданием
АСУ ГТК для карьеров. До сих пор в существующих алгоритмах
и моделях есть много ограничений и недостатков.
1. Связь между планами стратегического уровня и опера-
ционного уровня. Одно из главных «узких мест» в планировании
работы карьера – как связать стратегическую часть плана с операционной частью, чтобы как можно оптимальнее распределять
самосвалы. Стратегическая часть представляет собой серию блоков полезного ископаемого, которые должны быть выработаны
при определенном горизонте планирования, чтобы получить
наивысший доход. С другой стороны, операционная часть пытается расставлять и назначать самосвалы на крупные полигоны,
каждый из которых содержит несколько блоков, для достижения
стратегических целей. Связь двух вышеупомянутых уровней планирования требует согласования краткосрочного плана стратегической части с распределением самосвалов операционной части.
Таким образом, АСУ, управляющая в операционной части, должна обеспечивать такое управление производством, чтобы достичь
и краткосрочных, и долгосрочных целей. Существующие модели
оптимизации производства не дают гарантий достижения главной
цели. Краткосрочный производственный план, являющийся
наиболее близкой частью стратегического планирования к оперативному планированию, обеспечивает доставку горной массы из
забоев, но в реальности он не будет досконально соблюдаться.
2. Учет неопределенностей. Большинство существующих
моделей оптимизации производства – детерминированные, и не
покрывают всю деятельность карьера. Но горные работы имеют
стохастическую природу, и это многопериодная задача. В этой
задаче каждый период влияет на последующие, вплоть до закры-
27
тия карьера. Качество горной массы в каждом забое также стохастично, как и производственные процессы. Большинство моделей
берет в расчет постоянное усредненное качество в каждом забое,
что приводит к неоптимальности в расчетах.
3. Мобильность и наличие оборудования. Одним из основ-
ных факторов, вызывающих отклонения от производственного
плана, являются перемещения экскаваторов из одного забоя в
другой, либо с одного уступа на другой. Эти перемещения делают погрузочную машину временно недоступной. Кроме того,
экскаваторы очень медленны, как и любое дорогостоящее оборудование. Поэтому передислокация экскаваторов приводит к значительным потерям, что отбрасывает маршрут с данным экскаватором далеко назад от целевой выработки, а также увеличивает
эксплуатационные расходы. Учет затрат и потерь, связанных с
перемещением экскаваторов, в модели планирования производства поможет лицам, принимающим решения, сделать выбор,
близкий к оптимальному.
4. Моделирование, близкое к реальности. Хотя на большин-
стве карьеров используются разнотипные самосвалы, почти все
модели, разработанные для решения задач производственного
планирования, избегают рассмотрения смешанных парков горного оборудования.
Все модели, разработанные для оптимизации АСУ карьеров,
проходили валидацию с помощью имитационной модели существующего карьера. Почти во всех имитационных моделях, использованных для валидации оптимизационных моделей, игнорируется моделирование работы обогатительных фабрик и бункеров. Чтобы оценить какую-либо разработанную модель, имитационная модель всего производства карьера должна быть как
можно более близкой к реальности.
5. Динамическое определение кратчайших путей. На малых
карьерах с ограниченным числом дорог и небольшим ЭАК, кратчайший путь между каждой парой пунктов погрузки и назначения может быть принят неизменным. Однако на очень крупных
карьерах присутствует густая сеть технологических трасс и
большой парк самосвалов, передвигающихся в рабочей зоне.
Большой парк самосвалов обычно содержит многообразие типоразмеров самосвалов с различными средними и максимальными
28
скоростями, что может вызвать заторы на некоторых участках
трасс. Эти несоразмерности вызовут потери производительности.
Чтобы решить эту проблему, кратчайшие пути можно определять
динамически. Другими словами, слежение за самосвалами, работающими в системе, поможет определить кратчайший путь между текущим местоположением самосвала и его следующим пунктом назначения – основываясь на времени пути до пункта назначения, с учетом имеющихся заторов на участках трасс.
6. Оперативная диспетчеризация на основе задачи о перевозках. В процессе диспетчеризации рекомендуется использовать
задачу о перевозках с промежуточными пунктами – вместо
транспортной задачи или задачи о назначениях. В задаче о перевозках, кроме пунктов поставки и потребления, существуют промежуточные пункты, через которые грузы транспортируются от
поставщиков к потребителям. В горном деле в качестве таких
пунктов можно принять скопления руд или пересечения трасс.
Практическая реализация управления
автомобильными карьерными перевозками
Системы управления ГТК можно разделить на три типа:
Системы с «ручным режимом» – системы, предоставляю-
щие всю необходимую информацию о технологических параметрах производимых работ и, возможно, о техническом состоянии
объектов; на основе этой информации решение принимает диспетчер или соответствующий персонал.
Системы с «режимом советчика» не только снимают ин-
формацию с датчиков, но и обрабатывают ее для выдачи диспетчеру одного оптимального или нескольких решений на выбор.
Системы с «диалоговым режимом» имеют те же возможно-
сти, что и системы с «режимом советчика», но работают исходя
из принципов заранее заданных критериев (условий), которые
диспетчер может изменять в режиме реального времени в зависимости от обстановки.
Современное поколение АСУ для карьеров, как правило, содержит средства оптимизации процессов, которые имеют, кроме
«режима советчика», полностью автоматический режим, допускаемый для тех или иных операций на основе заданных критериев оптимизации и их весовых коэффициентов. В этом режиме
29
диспетчер только отслеживает результаты принятых системой
решений, лишь при необходимости вмешиваясь в управление.
Структуру и состав типичной современной АСУ карьерного
транспорта можно описать на примере системы «Карьер» компании «ВИСТ Групп» (рис. 2). В структурном плане системы различных производителей во многом подобны; различия возможны
лишь в деталях.
Рисунок 2 – Схема АСУ ГТК «Карьер»
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]