2.4. ВИБІР ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ І ВИДІВ ТРАНСПОРТУ

1 2 3 4

Шляхи оптимізації параметрів транспортного устаткування і технологічної схеми переміщення різних вантажів енергоємних виробництв розглянемо в умовах складних гірничих підпри-ємств, що здійснюють видобуток корисних копалин підземним способом.

Корисну копалину, породу, матеріали, устаткування і лю-дей транспортують підземними виробками шахт різними засо-бами.

Транспортна система кожної шахти характеризується роз-ташуванням усіх її транспортних виробок, застосовуваними в цих виробках видами транспорту і прийнятою технологією їх-ньої роботи, тобто технологічною схемою транспортування. 1 45 м 63 м l1=45 м 2 2 1 51 м 1 3 4 3 l1=45 м l2=22,5 м 4 Рисунок 2.12. Варіанти дільничних конвеєрних ліній: 1−насувний скребковий перевантажувач (КСП-2 і ін.); 2−стрічковий конвеєр (1Л80 і ін.); 3−приставний перевантажувач (ПТК - 1 і ін.); 4−стрічковий телескопічний конвеєр (1ЛТ80 і ін.)

Конфігурація мережі підземних транспортних виробок, що з'єднують очисні і підготовчі вибої зі стовбуром і поверхнею, залежить від кількості, довжини і взаємного розташування гори-зонтальних і похилих виробок, а також від кількості і розташу-вання навантажувальних і обмінних пунктів.

Схема транспортних виробок шахти визначається конкрет-ними гірничо-геологічними і гірничотехнічними умовами роз-роблювального родовища залежно від наступних факторів: кіль-кості одночасно розроблюваних пластів, їхнього кута падіння, потужності і газоносності, розмірів шахтного поля, схеми роз-криття і підготовки, системи розробки і порядку відпрацьову-вання виїмкових полів, кількості, розташування і продуктивнос-ті очисних і підготовчих вибоїв.

У зв'язку з розмаїттям гірничо-геологічних і гірничотехні-чних умов вугільних родовищ схеми транспортних виробок різ-ні. Схема виробок кожної діючої шахти має свої індивідуальні особливості і у більшому або меншому ступені відрізняється від схем інших шахт, що перебувають у тому самому районі. Схеми транспортних виробок шахт, що розробляють родовища зі схо-жими гірничо-геологічними умовами, часто мають і загальні ознаки, що характеризують в основних рисах тип схеми. До та-ких ознак у першу чергу ставляться: східчастість, пов'язана з на-явністю міжгоризонтних похилих виробок, розкиданість або компактність схеми, викликана відповідно деконцентрацією або концентрацією гірничих робіт шахти, а також однолінійність або розгалуженість розташування горизонтальних виробок на основних горизонтах.

Технологічна схема підземного транспорту визначається засобами транспорту, застосовуваними на окремих послідовних ланках і їхніх стиках. За умов цього вибір виду транспорту для кожної ланки залежить не тільки від гірничотехнічних умов (пи-логазовий режим, кут нахилу виробки, розміри вантажопотоку, довжина транспортування), але і від економічності застосування транспортних засобів у даних умовах. Навіть за умов однакових схем розташування виробок технологічні схеми транспортуван-ня можуть бути різними. На тих самих горизонтальних виробках

може бути застосований конвеєрний і локомотивний транспорт, причому в першому випадку транспорт може здійснюватися стрічковими, пластинчастими, канатно-стрічковими і іншими типами конвеєрів, а в другому − електровозами або дизелевоза-ми різної зчіпної ваги, що перевозять поїзди вагонеток або сек-ційні поїзди. При однаковому виді локомотивного транспорту може бути застосовані різна технологія і організація його робо-ти, наприклад одноланкове або магістрально-складальне відко-чування, графік «наскрізного» руху або «естафетний». На тих самих похилих виробках можуть застосовуватися або конвеєри різних конструкцій, або канатне відкочування того або іншого виду. Нарешті, вугілля на усіх виробках шахти або на частині їх можна транспортувати гідравлічним способом, що дозволяє до-ставляти корисну копалину не тільки на поверхню шахти, але і без перевантаження безпосередньо до збагачувальної фабрики або електростанції.

По мірі розвитку техніки будуть створюватися нові види і засоби транспорту, які ще більше розширять можливості вибору технологічної схеми підземного транспорту.

За умов різноманітних засобів рейкового або конвеєрного транспорту в тих самих умовах можуть бути застосовані різні види транспорту, близькі за продуктивністю, але нерівноцінні в економічних відносинах. Велике значення для кожної шахти має встановлення оптимальної технологічної схеми підземного транспорту, що полягає у виборі таких технічних засобів для кожної ланки транспортного ланцюга, які в сполученні забезпе-чували б у конкретних гірничотехнічних умовах найкращі тех-ніко-економічні показники роботи усього внутрішахтного транс-порту.

Рекомендації, що наводяться в літературі, про області най-більш ефективного застосування різних взаємозамінних видів транспорту горизонтальними і похилими виробками ґрунтува-лися на зіставленні техніко-економічних показників порівнюва-них транспортних засобів під час роботи їх тільки в межах одні-єї ділянки або крила, без урахування зв'язку з усією транспорт-ною системою шахти. Такі рекомендації в найпоширеніших ви-

падках, за умов великої кількості транспортних ланок і особливо за умов східчастого відкочування, не дають можливості визна-чити найбільш ефективну технологічну схему підземного транс-порту для шахти в цілому. Часто який-небудь вид транспорту, найвигідніший на одній ділянці, на іншій аналогічній ділянці тієї ж шахти, але у сполученні з іншими видами транспорту, може виявитися менш економічним і навпаки. Тому для встано-влення оптимальної технологічної схеми підземного транспорту усієї шахти з урахуванням її особливостей не можна обмежува-тися вибором найвигіднішого виду транспорту для кожної діля-нки окремо, а треба розглядати транспортні засоби в їхньому взаємозв'язку і стосовно до конкретних гірничотехнічних умов.

Комплексний розгляд усього транспортного ланцюга шах-ти, що складається з ряду зв'язаних одна з одною ланок, вимагає перебору і зіставлення численних технічно припустимих варіан-тів, число яких залежить від кількості транспортних ділянок на шахті і порівнюваних взаємозамінних видах транспорту, і різко зростає з їхнім збільшенням.

Для розв’язання такого роду складних завдань комбіна-торного характеру ефективно можуть бути використані мережні методи теорії графів, що дозволяють вибрати з великої кількості порівнюваних варіантів економічно найбільш вигідну техноло-гічну схему підземного транспорту.

Загалом вибір оптимальної транспортної системи відпо-відно до теорії графів, що ставляться до розв’язання завдань про найкоротший шлях, складається із двох основних етапів:

1. Побудови моделей графів, що відображають розглянуті конкретні транспортні схеми і види транспорту, що зі-ставляються;

2. Виявлення оптимального розв’язання, тобто пошуки в по-будованих графах так званого найкоротшого шляху.

При цьому застосовуються наступні вихідні дані:

1. Схема транспортних виробок шахти, стосовно до якої вирішується завдання;

2. Види транспорту горизонтальними і похилими вироб-ках, прийняті для зіставлення;

1. Економічні дані, що характеризують усі порівнювані види транспорту в розглянутих конкретних умовах.

Граф можна поставити як плоске креслення, що складаєть-ся з кінцевого числа точок, які називаються вершинами, і де-кількох прямих або кривих відрізків (дуг), що з'єднують ті або інші вершини.

На рис. 2.13а наведений як приклад граф, у якому є сім вершин, позначених літерами а, б, в, г, д, е, ж і сім дуг – ад, бд, бе, ве, ге, дж і еж.

Умовимося, що усі дуги, розглянуті далі, мають орієнта-цію, причому в тих випадках, коли дуги спрямовані зліва напра-во або вертикально знизу нагору, вони не позначаються стрілка-ми, а в інших випадках їхній напрямок показується стрілкою.

Будемо називати дугу, спрямовану з вершини х у вершину у, дугою, що виходить із вершини х і заходить у вершину у. При цьому першу граничну точку цієї дуги х назвемо її початком, а другу - у - її кінцем.

Шляхом у графі називається така послідовність дуг, коли кінець кожної попередньої дуги збігається з початком наступної.

На рис. 2.13а з вершини а виходить одна дуга ад, з верши-ни б виходять дві дуги – бд і бе і з інших вершин (крім ж) – по одній дузі. У вершину е заходять три дуги (бе, ве, ге), а у верши-ни д і ж по дві дуги (у першу ад і бд, а в другу дж і еж).

Тому що в графі, наведеному на рис. 2.13а, усі дуги спря-мовані зліва направо, в ньому можна нарахувати усього 5 шля-хів: ад, дж; бд, дж; бе, еж; ве, еж і ге, еж.

Біля кожної дуги графа написане число, яке називається довжиною. Числа також написані і у лівих вершин графа. Тер-мін «довжина» − умовний і може позначати як властно довжину шляху, так і інші поняття, як, наприклад, вартість транспорту-вання, число людино-днів і ін.

Цей граф, як і усі наступні, будується не в масштабі, тобто розміри кожної дуги не залежать від числа, що позначає її «дов-жину».

Кожну вершину, у яку заходять дуги, можна оцінити за мі-німумом. Цю просту, але важливу операцію, з якою прийдеться мати справу далі, розглянемо на наступних прикладах.

У вершину д (рис. 2.13а) заходять дві дуги: ад і бд. Для оцінки цієї вершини за мінімуммом складемо спочатку «довжи-ну» дуги ад із числом, написаним у вершини а, тобто 7+5, а по-тім складемо «довжину» дуги бд із числом, написаним біля вер-шини б, тобто 9 + 4, і із двох отриманих сум (12 і 13) виберемо найменшу. Цю найменшу суму 12 запишемо у вершини д (рис. 2.13б) і відзначимо дугу ад, що дала нам це найменше число (наприклад, перекреслимо її двома рисками).

У вершину е заходять три дуги: бе, ве і ге. Для оцінки цієї вершини за мінімумом зробимо ті ж нескладні операції, як і в попередньому випадку, тобто для кожної із цих трьох дуг скла-демо її «довжину» і число, написане на початку дуги. З отрима-них трьох сум (5 + 4 = 9; 8 + 3 = 11 і 10 + 4 = 14) виберемо най-меншу — 9, запишемо її у вершини е і відзначимо двома риска-ми дугу бе, що привела до найменшої суми (рис. 2.13б).

В останню вершину ж заходять дві дуги: дж і еж. Щоб оцінити цю вершину за мінімумом, складемо спочатку «довжи-ну» дуги дж із числом, що ми записали біля вершини д, а потім складемо «довжину» дуги еж із числом, що ми записали біля вершини е. З отриманих двох сум (5 + 12 = 17 і 6 + 9 = 15) вибе- 5 7 д 5 ж 9 4 3 5 6 10 4 8 а б в г е а а б в г 5 4 3 4 д е 7 9 5 8 10 6 5 ж 9 12 15 б Рисунок 2.13. Оцінка за мінімумом вершин графа

ремо найменшу, напишемо її у вершини ж і відзначимо дугу еж (рис. 2.13б).

На цьому і закінчується оцінка за мінімумом усіх вершин розглянутого графа. (Для наочності на рис. 2.13б усі результати оцінок вершин за мінімумом обведені кружками.)

Перейдемо тепер до розгляду трохи більше складного гра-фа, наведеного на рис. 2.14а. У цьому графі є 11 вершин (а,б,...,л) і 24 дуги (аб, ав, ... , кл). Над кожною дугою зазначена її «довжина», а перша (початкова) вершина а позначена нулем.

У цьому і у всіх інших аналогічних графах дуги можуть з'єднуватися одна з іншою тільки у відповідних вершинах і ніде більше. Тому перехрещування дуг, що виходять на кресленні, у просторі між , не повинні розглядатися як їхнє з'єднання.

Тому що дуги графа, наведеного на рис. 2.14а, не мають стрілок, то за прийнятої умови вони всі спрямовані зліва напра- б 12 д 7 з 3 л 3 и 8 8 11 10 1 10 в 2 в е 10 9 3 12 11 12 10 7 8 5 4 3 0 а г ж к а

во. При цьому в нашому графі є 27 шляхів, за якими можна по-трапити із крайньої лівої вершини а в крайню праву (кінцеву) вершину л. Цими шляхами є: аб, бд, дз, зл; аб, бе, ез, зл; аб, бж, жз, зл і т.д. Який же шлях, що веде з вершини а до вершини л, буде найкоротшим?

Для графів, що мають дуги, не спрямовані в протилежні сторони, загальний порядок відшукання найкоротшого шляху, придатний не тільки для такої мережі, яка показана на рис. 2.14а, але і для будь-яких інших більше складних мереж, поля-гає в наступному.

1. Пересуваючись в напрямку дуг (тобто в нашому прикладі зліва направо), оцінюємо за мінімумом кожну вершину, у яку заходять одна або кілька дуг, відзначаючи ту дугу, що привела до найменшої оцінки.

2. Якщо граф закінчується однією вершиною (як у нашому прикладі), то після її оцінки за мінімумом рухаємося від-значеною дугою, що заходить у неї, у зворотному на-прямку (тобто в нашому прикладі справа наліво) до на-ступної вершини, з якої виходить відзначена дуга; потім від цієї вершини відзначеною дугою, що заходить у неї, рухаємося до наступної вершини і так доти, поки не по-вернемося до початку графа. Отриманий у такий спосіб шлях і буде найкоротшим.

3. Коли граф закінчується декількома вершинами (напри-клад, якщо на графі, наведеному на рис. 2.14а, не було б вершини л і дуг зл, іл, кл, то він закінчувався б трьома вершинами – з, і, к), у викладений вище порядок вно-ситься наступне додавання: після закінчення оцінки за мінімумом усіх вершин графа, у які заходять дуги, необ-хідно розглянути отримані суми для кінцевих (останніх) вершин і вибрати вершину з найменшою сумою. Після цього від обраної кінцевої вершини рухаємося у зворот-ному напрямку до початку графа в такий же спосіб, як це було описано у попередньому пункті.

Користуючись викладеним порядком, вирішимо завдання про найкоротший шлях для умов графа, показаного на рис. 2.14а.

Розв’язання завдання почнемо з оцінки за мінімумом вершин, у які заходять дуги. Першою такою вершиною є б. У неї заходить лише одна дуга аб і тому для оцінки її за мінімумом треба тільки скласти «довжину» дуги аб і число, написане у вершини а, тобто 1+0. Отриману суму запишемо у вершини б, обведемо її круж-ком і позначимо двома рисками дугу аб (рис. 2.14б). У такий же спосіб учинено і з вершинами е і г, у кожну з яких заходить одна дуга.

Перейдемо тепер до вершини д. У цю вершину заходять три дуги: бд, вд і гд. Для оцінки за мінімумом вершини д потрібно зіставити три суми і вибрати з них найменшу. Додан-ками першої суми будуть «довжина» дуги бд (12) і число 1, на-писане біля вершини б; доданками другої суми – «довжина» ду-ги вд (10) і число 2, написане у вершини в; нарешті, доданками третьої суми — «довжина» дуги гд (8) і число 3, написане біля вершини г. Із цих трьох сум найменша – третя (8 + 3 = 11), тому біля вершини д запишемо число 11, а дугу ед, що привела до цієї суми, відзначимо двома рисками.

У вершину ж також заходять три дуги і тому для її оцінки-за мінімумом зіставимо відповідні три суми (1+10 = 11; 2+7 = 9 і 3+4 = 7), виберемо найменшу (7), запишемо її біля вершини ж і відзначимо дугу гж.

Аналогічно зробимо оцінку за мінімумом інших вершин з, і, до, л і відзначимо дуги (рис. 2.14б).

Закінчивши з оцінкою вершин за мінімумом, перейдемо до другої частини розв’язання завдання. У розглянутому графі (рис. 2.14б) вершина л – кінцева, і відзначеною дугою, що заходить у неї, є дуга іл. Пересуваючись справа наліво цією дугою, попада-ємо у вершину і. Відзначеною дугою, що заходить у вершину і, є дуга еі; рухаючись нею справа наліво, попадаємо у вершину е. Ця вершина має відзначену дугу, що заходить у неї, ге. Рухаю-чись цією дугою в тому ж напрямку, попадаємо у вершину г і від неї дугою aг у початкову вершину а. Якщо ми обведемо жирними лініями усі перераховані дуги, якими рухалися справа наліво, то наочно побачимо найкоротший шлях між вершинами

а і л, тобто одержимо розв’язання завдання. Цим найкоротшим шляхом у нашім прикладі буде аг, ге, еі, іл.

Ознайомившись із загальними принципами відшукання найкоротшого шляху в мережах з дугами, не спрямованими в протилежні сторони, перейдемо до розгляду додатків теорії гра-фів до розв’язання завдань, пов'язаних з вибором оптимальних технологічних схем підземного транспорту за різними гірничо-технічними умовами.

У вугільній промисловості України більша частина шахт розробляє положисті пласти. Під час розробки цих пластів у бі-льшості випадків транспорт вугілля здійснюється не тільки го-ризонтальними, але і похилими виробками. Звичайно шлях ву-гілля від навантажувального пункту лави до стовбура проходить спочатку штреком, розташованим в уклонному або бремсберго-вому полі, потім ухилом або бремсбергом і далі горизонтальни-ми виробками горизонту пристовбурного двору. Часто вугілля проходить більш складний шлях підземними виробками: штре-ком, що примикає до східчастого ухилу, східчастим ухилом, нижнім штреком капітального ухилу, потім капітальним ухилом й, нарешті, корінним штреком, квершлагом і пристовбурним двором. Схема транспортних виробок великої шахти, що роз-робляє положисті пласти, складається з горизонтальних і декіль-кох похилих виробок, об'єднаних у єдину мережу, що зв'язує зі стовбуром очисні і підготовчі вибої, розташовані на різних гори-зонтах.

Опис методики встановлення оптимальних технологічних схем підземного транспорту для шахт із положистими пластами почнемо з розгляду спрощеної схеми транспортних виробок (рис. 2.15). На розглянутій діючій шахті є всього три лави: лава 1 (Л1), вугілля з якої транспортується на пристовбурний двір штреком 1, східним ухилом і східним корінним штреком, і лави 2 і 3 (Л2 і Л3), вугілля з яких транспортується спочатку відповід-но штреком 2 або 3, а потім західним ухилом і західним корін-ним штреком. Усі ланки підземного транспорту позначені на схемі такими номерами: навантажувальні пункти лав – 1, 7 і 10, приймально-відправні майданчики похилих виробок – 3, 5, 9, 12

і 14, горизонтальні і похилі виробки − 2, 4, 6, 8, 11, 13 і 15, при-стовбурний двір − 16.

Розглянемо на прикладі цієї шахти розв’язання наступного завдання: при якій технологічній схемі підземного транспорту експлуатаційні витрати на транспортування в розглянутих умо-вах будуть мінімальними.

Приймемо у нашому прикладі для зіставлення наступні технічно придатні в умовах даної шахти види транспорту: гори-зонтальними виробками, розташованими в похилих полях − електровозне відкочування, конвеєрний транспорт і транспорт бункерними поїздами; похилими виробками − конвеєрний транспорт, однокінцеве канатне відкочування вагонеток і скіпо-вий транспорт; основними горизонтальними виробками − кон-веєрний транспорт і електровозне відкочування.

Припустимо, що ми заздалегідь розрахували для умов роз-глянутої шахти дані про величини експлуатаційних витрат (грн./доба) для ланок з різними порівнюваними видами транс-порту

1 2 3 4 Наверх ↑