К вопросу повышения качества разработки стратегий технологического развития угольных шахт

Ю.Н.Кузнецов, д.т.н., профессор МГГУ, Москва
О.В.Грошенкова, аспирант МГТУ

На этапе глубокого реформирования угольной промышленности России, сопровождающегося в первую очередь изменением форм собственности предприятий, повышением эффективности и устойчивости их функционирования, резко возрастает цена ошибок из-за низкого уровня обоснованности принимаемых технико-технологических, организационно-управленческих и экономических решений. Во многом это связано с дефицитом бюджетного финансирования, использованием средств государственной поддержки в основном на покрытие убытков угледобывающих предприятий, а не на реальное развитие производства.

Значительная неопределенность ситуаций на внутреннем и внешнем рынках угольной продукции существенно усложняет процесс объективизации объемов ее производства. Отсутствие работоспособных методов маркетинговых исследований в условиях противоречивости диагностической информации не позволяет специалистам получить возможность корректной оптимизации характеристик функционирования коммерческо-производственной системы «спрос-предложение». К тому же, в этом аспекте следует рассматривать и неопределенность ценовой политики в сфере сбыта готовой продукции угледобывающих предприятий, а также существенную вольность пользования стандартами в сфере ее потребления. Отсюда, далеко не всегда объективно оцениваются конкурентоспособность угольной продукции предприятий и инвестиционная привлекательность последних. В свою очередь, государство, являющееся монополистом транспортных перевозок, не использует в должной мере изменяющиеся рычаги сдерживания роста железнодорожных тарифов.

При формировании сценариев стратегии как простого воспроизводства, так и расширенного, для каждого угледобывающего предприятия весьма важным является доказательность значимости (в качественном и количественном отношении) природного ресурсного потенциала, определяющих перспективность предприятия, уровень инвестиционной привлекательности, должный рыночный интерес к его конечной продукции. При этом важно объективно оценить не только уровень сложности горно-геологических условий залегания угольных пластов в границах горного отвода, но и, что самое главное, показать технологичность отработки запасов угля с использованием высокопроизводительного очистного оборудования. Разумеется, такой подход к оценке технологичности отработки запасов будет эффективен лишь при реализации рациональных пространственно-планировочных решений по развитию горных работ и воспроизводству очистного фронта.

При формировании программы развития горных работ на определенную перспективу основными критериями качества принимаемых решений являются концентрация и интенсификация работ, а также нагрузка на очистной забой. Наличие высокотехнологичных запасов угля является основанием ориентироваться на реализацию технологических схем в вариантах «шахта-пласт» и «шахта-лава» при стабильной нагрузке на очистной забой 10 тысяч тонн в сутки. В тех случаях, когда участок месторождения, осваиваемый угольной шахтой, имеет в своем составе четко выраженные геологически структурные элементы, топологию сети горных выработок целесообразно формировать по модульному принципу, что позволит иметь в отработке выемочные участки с относительно одинаковыми геометрическими размерами с последующей отработкой их запасов по однотипным технологиям. В условиях перспективных шахт Кузнецкого бассейна целесообразно иметь длину выемочного участка не менее 2000–2500 м при длине очистного забоя 200–270 м. Это как раз и подтверждается опытом работы передовых шахт Кузбасса, в частности, ЗАО «Распадская».

Рациональность пространственно-планировочных и технико-технологических решений, предусматриваемых стратегией развития производства на угольной шахте во многом определяется качеством оценки пропускной способности технологических звеньев шахты с целью выявления «узких» мест с последующей разработкой комплекса инженерных решений по их ликвидации. На этом этапе разработки стратегии развития шахты руководствуются оценками производственных возможностей предприятия по критериям достаточности очистного фронта, пропускной способности транспортной и вентиляционной систем, подъема и технологического комплекса на поверхности шахты. При этом за основу принимаются технические характеристики средств производства рациональной увязки сопряженных технологических звеньев шахты. В случае наличия «узких» мест в технологической системе шахтного транспорта принимаются в первую очередь решения по замене оборудования, как правило, без внесения изменений в топологию сети горных выработок. Напротив, при выявлении «узких» мест в вентиляционной системе шахты их устранение чаще всего требует рационализации пространственно-планировочных решений. Среди альтернативных вариантов последних наибольшей прогрессивностью отличается вариант, ориентированный на вертикально-горизонтальные построения сети вентиляционных выработок. Но его реализация в программах технологического развития предприятия оправдана при реконструкции шахт, при подготовке к отработке запасов новых горизонтов, а также при модульной конструкции технологической схемы шахты, когда используется возможность поэтапного ввода в эксплуатацию производственных мощностей.

Пропускная способность технологических подсистем «шахтный подъем» и «технологический комплекс на поверхности шахты» оценивается на стадии формирования сценариев технологического развития действующего угледобывающего предприятия по условиям возможности поддержания его производственной мощности, либо ее расширения, а также технического перевооружения и реконструкции.

Результаты объективной оценки состояния технологической системы шахты сообразовываются с результатами оценки ее ресурсного потенциала, конъюнктурой рынка конечной продукции, инвестиционной привлекательности предприятия, его платежеспособности и финансовой устойчивости.

Таким образом, можно с должной объективностью констатировать о колоссальной размерности задачи корректного формирования сценария технологического развития угольных шахт в рыночных условиях. Данное утверждение исходит из большого объема противоречивости и значительного многообразия диагностической информации, характеризующей угольную шахту как сложную динамическую систему. Анализ опыта формирования производственных программ и сценариев технологического развития угледобывающих предприятий показывает, что традиционно применяемые в этих целях методы не позволяют с высокой степенью достоверности обнаружить объективные связи между «входом» и «выходом» технологической системы шахты, что на наш взгляд, предопределяет необходимость обращения к информационным технологиям современного поколения.

Авторами принято решение о принятии за основу методологической базы формирования сценариев технологического развития шахты теории нейронных сетей, представляющих собой распределенные и параллельные системы, способные к адаптивному обучению путем анализа положительных и отрицательных воздействий по отношению к живым организованным системам. Элементарным преобразователем в этих сетях является искусственный нейрон. К важным свойствам нейронных сетей относится их способность автоматически настраиваться на объективно существующие связи между входными и выходными характеристиками системы, пусть даже не обнаруживаемые традиционными методами. Кроме того, они позволяют оценивать сравнительную важность различных видов входной информации, без ущерба для качества решения задачи уменьшать ее объем, распознавать признаки приближения критических ситуаций, находить решение на основе «зашумленных», искаженных и даже противоречивых данных.

В практических целях привлечение нейронных сетей является оправданным при отсутствии алгоритма или принципиальных подходов к решению задачи, но при наличии опыта (достаточного числа примеров) решения подобного рода задач и даже при неполной или избыточной, а также частично противоречивой информации.

Обучение нейронных сетей может осуществляться как с «учителем», так и без него. В первом случае сети предъявляются значения как входных, так и ожидаемых (желательных) сигналов, а решение задачи она находит по некоторому внутреннему алгоритму. Во втором случае «выходы» нейронной сети формируются самостоятельно, а решение задачи находится по алгоритму, базирующемуся на учете только входных и производных от них сигналов.

Авторами разработан алгоритм формирования сценария технологического развития шахты, представленный на рисунке, реализующий поэтапный подход к решению обратной задачи оптимизации параметров технологической системы: по результатам объективного выявления рынков сбыта, объемов продаж угольной продукции соответствующего качества и выходных показателей хозяйственной деятельности предприятия формируется его технологический «образ».

Алгоритмом предусматривается исследование влияния горногеологических факторов и параметров функциональных элементов технологической системы шахты на выходные показатели качества ее функционирования по многоитерационному принципу: установление объективно значимых пределов изменения факторов и параметров, модельная оценка их влияния на критериальные признаки и оптимизация характеристик сценария технологического развития шахты.

Для численной реализации данного алгоритма на базе нейронных сетей разработана программа, «обучение» которой осуществлено с использованием геолого-маркшейдерской и статистической информации, характеризующей работу 17 шахт Центрального района Кузбасса в течение четырех последних лет.   

Журнал "Горная Промышленность" №4 2003