Разработка программно-методического обеспечения для цифровизации процессов проектирования горнотехнических систем для открытых и подземных горных работ

Объект исследования – подземные и открытые горные работы, в том числе в сложных горно-геологических условиях. Цель работы – разработка программно-методического обеспечения для комплексной оптимизации параметров технологий проведения горных выработок комбайновой и буровзрывной технологиями при автоматизации и роботизации технологических процессов, для минимизации нахождения людей в опасных зонах при минимальных затратах на внедрение. Методы исследований: анализ и обобщение литературных источников по проблематике исследований; методы геофизических исследований; методы математического моделирования, включая теорию массового обслуживания, дискретно-событийное имитационное моделирование, эвристическую многофакторную оптимизацию; методы математической статистики и теории вероятностей; объектно-ориентированное программирование. Важнейшие результаты, полученные за третий этап работы лаборатории: – Использование в цикле функционирования созданного программного комплекса моделирования скоростной проходки горных выработок роботизированными модулями результатов, получаемых согласно разработанным положениям в ходе интерпретации сейсмоакустических данных, обеспечивает информацию о положении и, как следствие, размерах участков, структурных изменений массива, потенциально склонных к гео- и газодинамическим проявлениям. Интеграция в разработанный программный комплекс данной информации в обозначенной форме позволяет программно выделить участок углепородного массива, на котором следует скорректировать режим ведения проходческих работ. – Разработанная в среде Unreal Engine 5 анимационная модель технологии скоростной проходки горных выработок, интегрированная в программно-методическое обеспечение совместно с созданной имитационной моделью, позволяет воспроизвести динамику горных работ, оценить адекватность модели технологии и узкие места в ней по её визуализации, определить и исправить ошибки на этапе откладки, анализировать и прогнозировать внештатные ситуации, изменяя масштаб времени и изображения, оценить альтернативные технико-организационные варианты технологии. Исследования на моделях показало, что для технологии скоростной проходки на основе роботизированного шагающего модуля время проходческого цикла для рассматриваемых горно-геологических условий составит 920 сек. – Ранее построенные в среде Rocky DEM имитационные модели механизированной крепи с контролируемым выпуском угля подкровельной и межслоевой толщи позволили провести серию разнородных экспериментов, в результате которых: рассмотрено шесть вариантов волнового режима выпуска, из которых выбран наилучший вариант по заполняемости конвейера; определена зависимость, близкая к линейной, массового расхода угля от ширины выпускного окна крепи; рассмотрен характер изменения содержания угля и породы в выпускаемой горной массе при длительном выпуске; получены траектории движения частиц горной массы во время выпуска при разных условиях работы крепей; выявлен массив численных значений степени разубоживания и вероятности появления статических сводообразований, позволяющий для конкретных горно-геологических условий установить качественные показатели применения технологии: полноту и объем добычи угля при приемлемом уровне потерь за крепью. – Построены имитационные модели очистного комбайна со шнековыми исполнительными органами и забойного конвейера в среде Rocky DEM, в которых угольный пласт представлен в виде твердых частиц-параллелепипедов, имеющих возможность разрушаться под действием внешних сил. Моделирование процесса очистной выемки угля позволило сравнить результаты по заполняемости конвейера при разном направлении движения очистного комбайна относительно скребкового конвейера, проанализировать ситовый анализ фрагментов массива, полученный после воздействия разных шнековых исполнительных органов, а также определить минимальную высоту ограждающего экрана, защищающие место оператора очистного комплекса от откалываемых фрагментов массива. – По результатам проведенных научно-исследовательских работ на основе имитационного моделирования, сформулированы рекомендации по предупреждению выявления категории «опасно» при проведении текущего прогноза выбросоопасности в подготовительных забоях блока лавы 553бис пласта 5 в условиях шахты «Чертинская-Коксовая» ООО «ММК-УГОЛЬ». (Приложение Б) – Применение разработанной специализированной системы имитационного моделирования для оптимизации параметров экскаваторно-автомобильных комплексов с учётом внеплановых простоев позволит пользователю оптимизировать состав ЭАК для заданных горнотехнических условий эксплуатации посредством имитационного моделирования совместной работы горных машин с учетом их вероятностных простоев и динамики ведения работ, генетической оптимизации вариантов сочетаний параметров ЭАК и выбирать оптимальное решение на основе оценки производительности ЭАК, а также удельных затрат на погрузку и транспортирование горных пород. – Разработанные методика исследований, схема исследований с привязкой к объектам шахты и описание процесса камеральной обработки геофизической информации были применены при подготовке и реализации исследований в условиях шахты с использованием метода регистрации естественных электромагнитных импульсов. Разработки обеспечили возможность дополнительно определить фоновые значения физических полей вдоль горных выработок выемочных участков шахт, подготовленных к добыче угля, что в свою очередь способствовало оперативному прогнозированию динамических явлений и контролю эндогенной пожароопасности в процессе продвижения выемочного комплекса (Приложение В).