The planning optimization system for underground hard coal mines

• Autorzy: Brzychczy E.

Warianty tytułu

PL

System wspomagający planowanie robót górniczych w kopalniach węgla kamiennego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a planning optimization system (POS) for underground hard coal mines. This POS is a computer program called the "CPRG.SYS", which is based on CPRG method (Metoda Centralnego Planowania Robót Górniczych). CPRG method is developed for modeling and the optimization of mining works in a multi-mine enterprise. The main elements of the presented system are: a database of recent and planned longwall faces, a knowledge base allowing automatic composition of longwall complexes, and a selection of equipment with reference to working conditions. An integral part of the system includes calculation modules allowing the analysis of multiple variants, using network techniques and suitably prepared evolutionary algorithms as well.

PL

W artykule przedstawiono propozycję nowoczesnego systemu wspomagającego proces planowania robót górniczych w podziemnych kopalniach węgla kamiennego CPRG.SYS. W skład systemu wchodzą: baza danych o wyrobiskach prowadzonych w przeszłości i wyrobiskach planowanych, baza wiedzy umożliwiająca zautomatyzowanie procesu tworzenia kompleksów ścianowych oraz dobór wyposażenia do warunków wyrobisk. Zasadniczą częścią systemu są moduły obliczeniowe umożliwiające analizę wariantów z wykorzystaniem technik sieciowych oraz odpowiednio przygotowanego algorytmu ewolucyjnego. Podstawą działania proponowanego systemu jest metoda Centralnego Projektowania Robót Górniczych (CPRG), której główne założenia opisano m.in. w (Brzychczy, 2008). Metoda ta przeznaczona jest do modelowania i optymalizacji robót górniczych wraz z ich wyposażeniem w poszczególnych polach eksploatacyjnych zakładów produkcyjnych (nazywanych dalej kopalniami) w wielozakładowym przedsiębiorstwie górniczym. Dane wejściowe do metody CPRG obejmują dane dotyczące robót górniczych prowadzonych w przeszłości w kopalniach przedsiębiorstwa, robót planowanych do wykonania oraz dane dotyczące wyposażenia jakim dysponuje, bądź będzie dysponować w analizowanym okresie to przedsiębiorstwo. Do robót objętych analizą i modelowaniem przyjęto: roboty eksploatacyjne (E), oraz prace zbrojeniowe (ZB), prace likwidacyjne (LIK). Czas trwania robót eksploatacyjnych jest pochodną postępu tych robót i wybiegu ściany. W metodzie przyjęto założenie, że postęp ten (wyrażony w metrach na dobę [m/d]) jest zmienną losową. Czasy trwania robót zbrojeniowych i likwidacyjnych są wielkościami zdeterminowanymi. Koszt wykonania robót eksploatacyjnych (wyrażony w postaci funkcji) związany jest z postępem tych robót, natomiast w przypadku robót zbrojeniowo-likwidacyjnych wiąże się z długością ściany. Wyznaczone charakterystyki (3) - (7) pozwalają na odwzorowanie planowanych robót na sieci zdeterminowanej i wykonanie obliczeń według opracowanego modelu matematycznego z wykorzystaniem symulacji Monte Carlo. W wyniku przeprowadzenia kolejnych kroków metody uzyskane zostaje najlepsze rozwiązanie pod względem zadanego kryterium (lub kilku kryteriów). Kryteria te dotyczą wyników produkcyjnych jak i ekonomicznych przedsiębiorstwa górniczego i określono je następująco: minimalizacja odchylenia wartości oczekiwanej rozkładu wydobycia węgla handlowego dla przedsiębiorstwa górniczego w badanym okresie od wielkości planowanych [t/okres], minimalizacja odchylenia standardowego rozkładu wydobycia węgla handlowego dla przedsiębiorstwa górniczego w badanym okresie [t/okres], minimalizacja wartości oczekiwanej rozkładu kosztu jednostkowego sprzedanego węgla dla przedsiębiorstwa górniczego w badanym okresie [zł/t], minimalizacja odchylenia standardowego kosztu jednostkowego sprzedanego węgla dla przedsiębiorstwa górniczego w badanym okresie [zł/t], maksymalizacja wartości oczekiwanej rozkładu jednostkowego wyniku na sprzedaży węgla dla przedsiębiorstwa górniczego w badanym okresie [zł/t], minimalizacja odchylenia standardowego rozkładu jednostkowego wyniku na sprzedaży węgla dla przedsiębiorstwa górniczego w badanym okresie [zł/t], Proponowany system składa się z następujących elementów: bazy danych o wyrobiskach prowadzonych w przeszłości, bazy danych o wyrobiskach planowanych i wyposażeniu, bazy wiedzy zawierającej reguły umożliwiające dobór wyposażenia do warunków górniczo-geologicznych przodka ścianowego oraz reguły zestawiania ze sobą maszyn i urządzeń (opracowane z wykorzystaniem technik Data Mining), modułów realizujących odrębne algorytmy obliczeniowe. Zasadniczym elementem systemu jest moduł, w którym działa odpowiednio zaprojektowany algorytm ewolucyjny, przedstawiony na rysunku 1. W pracy przedstawiono podstawowe elementy algorytmu ewolucyjnego: przyjętą reprezentację, operatory genetyczne, funkcję oceny oraz sposób selekcji osobników do następnych pokoleń. W efekcie działania systemu zostaje wybrane najlepsze, z punktu widzenia przyjętego kryterium, rozwiązanie, na podstawie którego tworzony jest harmonogram robót górniczych dla całego wielozakładowego przedsiębiorstwa górniczego wraz z pełną charakterystyką wyników produkcyjnych oraz ekonomicznych dla badanego okresu. Przykład wyników dla pojedynczej kopalni przedstawiono odpowiednio na rysunkach 3 i 4. W podsumowaniu zwrócono uwagę na konieczność powstawania dedykowanych rozwiązań informatycznych wspierających modelowanie i optymalizację robót górniczych oraz wykorzystywanie w tym obszarze doświadczeń z prowadzonej działalności górniczej.

Słowa kluczowe

EN

CPRG method; planning; mining works; hard coal; knowledge base; evolutionary algorithm

PL

metoda CPRG; planowanie; roboty górnicze; węgiel kamienny; baza wiedzy; algorytm ewolucyjny

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 56, no 2
• Strony: 161--178
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Brzychczy E.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Department of Economics and Management in Industry, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Cracow,

Bibliografia

• Brzychczy E., 2006. Modeling and optimization method of mining works in hard coal mine with an application of stochastic networks. Part 1. Basic definitions and assumptions. Mineral Resources Management, Vol. 22, No 1.
• Brzychczy E., 2008. The idea of planning method for exploitation works in the multi-plant hard coal mining enterprise. Mineral Resources Management, Vol. 24, No 3/3.
• Dunbar W.S., Dessureault S., Scoble M., 1998. Modeling of flexible mining systems. Annual General Meeting, Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum.
• Dzedzej Cz., Nowicki K., 2008. System planowania i harmonogramowania produkcji w kopalni węgla kamiennego - SZYK2/HPR. Szkoła Eksploatacji Podziemnej, Wyd. IGSMiE, PAN, Kraków.
• Gembalczyk J., Karbownik A., Kuśka J., Paździora F., 1990. Komputerowe wspomaganie planowania biegu ścian w kopalni. Wiadomości Górnicze, 8-9.
• Karbownik A., Kosiński Z., 1997. Komputerowe wspomaganie planowania robót górniczych w kopalni. Szkoła Eksploatacji Podziemnej.
• Karbownik A., Tchórzewski S., 2007. Komputerowe wspomaganie planowania robót górniczych w kopalni. Wiadomości Górnicze, 4.
• Kazakidis V.N., Scoble M., 2003. Planning for flexibility in underground mine production systems. Mining Engineering, Aug 2003, 55, 8.
• Malinowski K., Tajduś K., Zębalski G., Brzychczy E., 2010. Dokumentacja techniczna systemu CPRG.SYS.
• Mastej R., 1994. Symulacyjne, techniczno-ekonomiczne planowanie działalności gospodarczej kopalń węgla kamiennego w cyklu dwuletnim-podsystem Rekop2. Prace COIG, z. 35.
• Smith L.D., 1995. Discount rates and risk assessment in mineral project evaluation. Canadian Institute of Mining and Metallurgy Bulletin, 88.
• Snopkowski R., 2009. Stochastic model of the longwall face excavation using two-way shearer mining technology. Arch. Min. Sci., vol. 54, No. 3.
• Summers J., 2000. Analysis and management of mining risk. MassMin 2000, Brisbane, 2000.
• Tchórzewski S., 2007. Koncepcja systemu planowania i kontroli stanu realizacji robót górniczych w przedsiębiorstwie wielozakładowym. Komputerowo Zintegrowane Zarządzanie T. 1, pod red, R. Knosali, WNT, Warszawa.