Дробление горных пород взрывом является кратковременным динамическим процессом, зависящим от большого количества факторов, определяемых как свойствами горных пород, так и параметрами производства взрывных работ. Связи между этими факторами сложны и неоднозначны. Теоретическое и экспериментальное изучение данного процесса сильно затруднено, поэтому в практике взрывных работ повсеместно используются эмпирические закономерности, связывающие исходные условия взрывания с результатом взрыва без рассмотрения взрывных процессов в горных породах.
Алгоритм вычислений в традиционном подходе к расчёту параметров производства разрушения горных пород взрывом является последовательным. В нём отсутствует возможность оптимизации или задания желаемых значений параметров, так как каждый последующий шаг использует результаты вычислений предыдущих шагов. Полученные данным подходом значения параметров часто приводят к неоптимальным результатам взрывных работ.
С точки зрения системного анализа результат взрывных работ может быть рассмотрен как сложная система взаимосвязанных моделей прогнозирования технико-экономических показателей, изучение взаимного влияния которых до сих пор не проводилось. Поэтому в данном исследовании предлагается новый подход, основанный на анализе системы взаимосвязей между технико-экономическими показателями взрывных работ.
Объектом исследования служат технико-экономические показатели взрывных работ на карьерах.
Предметом исследования является система взаимосвязей между технико-экономическими показателями взрывных работ.
Цель исследования заключается в повышении качества процесса разрушения горных пород на карьерах взрывом за счёт оптимизации технико-экономических показателей взрывных работ.
Идеей данной работы является выявление взаимосвязей между технико-экономическими показателями взрывных работ и качеством процесса разрушения горных пород и построение на их основе оптимизационной модели прогнозирования! результатов взрыва.
Задачи исследования. Исходя из цели и идеи исследования были поставлены и решены следующие задачи: а) анализ системы взаимосвязей между технико-экономическими показателями взрывных работ и качеством процесса разрушения горных пород взрывом и выявление существенных показателейб) исследование и разработка комплекса моделей прогнозирования существенных технико-экономических показателей взрывных работв) исследование и разработка комплекса критериев оптимальности для оценки качества процесса разрушения горных пород на карьерах взрывомг) постановка задачи многокритериальной оптимизации существенных технико-экономических показателей взрывных работ, исследование и выбор методов её решенияд) исследование и разработка информационной технологии поддержки принятия многокритериальных решений, обеспечивающей результаты, оптимальные с точки зрения существенных технико-экономических показателей взрывных работе) разработка программного обеспечения и апробация информационной технологии поддержки принятия многокритериальных решений для оптимизации существенных технико-экономических показателей взрывных работ.
Методы исследования включают системный анализ, математическое моделирование, теорию принятия решений, теорию управления, численные методы, методы оптимизации, исследования операций, экспертных оценок, математической статистики, объектно-ориентированного анализа* и проектирования.
Анализ исследований и разработок в области оптимизации показателей качества взрывных работ показывает, что смежным с ней научным направлениям посвящено значительное количество работ. Вопросы теории управления и системного анализа нашли широкое отражение в трудах видных отечественных и зарубежных учёных В. В. Солодовникова, А. А. Фельдбаума, Н. Н. Моисеева, Р. Беллмана, Р. Калмана, Н. И. Федунец, Д. К. Потресова, Л. Д. Певзнера и др. Большой вклад в развитие методов оптимизации внесли учёные Г. С. Поспелов, P.JI. Кини, X. Райфа, О. И. Ларичев, И. Г. Поспелов, В. Н. Решетников, А. В. Лотов и др. Созданию и развитию теории и практики построения систем поддержки принятия решений посвящены работы" Д. А. Поспелова, М. С. Скотта Мортона, Г. Дэвиса, Э. В. Попова, В. Н. Вагина,.
A.А. Башлыкова и др. Существенный вклад в развитие теории и практики' открытой горной разработки и разрушения горных пород взрывом внесли,.
B.В. Ржевский, Б. Н. Кутузов, В. А. Белин, Г. Г. Каркашадзе, Н. Н. Беляков и др.
Из анализа исследований и разработок становится очевидно, что направлению оптимизации параметров производства разрушения горных пород взрывом посвящено немного работ. В этих работах не выполняется многокритериальная оптимизация показателей качества взрывных работ, практически отсутствует информационная поддержка принятия решенийа математические модели в большинстве коммерческих продуктовявляются закрытыми. Для зарубежных разработок дополнительными недостатками являются их. высокая стоимость, частое отсутствие локализованных версий программного обеспечения, игнорирование отечественного опыта-проектирования буровзрывных работ (БВР), несоответствие требованиям отечественных нормативных документов.
Исходя из вышеизложенного, можно утверждать, что данное исследование является актуальным, целесообразным, предлагает новый подход к расчёту параметров производства разрушения горных пород взрывом и развивает специальный математический аппарат методов многокритериальной оптимизации и поддержки принятия решений.
Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна: а) на основе системного анализа выявлены три наиболее существенных технико-экономических показателя взрывных работ: средний размер куска, ширина развала горной массы и расстояние безопасного удаления для объектовб) разработанные комплексы моделей прогнозирования существенных технико-экономических показателей взрывных работ и критериев оптимальности позволяют оценивать качество процесса разрушения горных породв) разработанные методы и алгоритмы информационной технологии поддержки принятия многокритериальных решений позволяют находить параметры производства разрушения горных пород взрывом, оптимальные с точки зрения существенных технико-экономических показателей взрывных работг) выполненная модернизация метода достижимых целей позволяет более эффективно применять его в задачах с непрерывными шкалами критериев, выраженных многоэкстремальными функциями, и ограничивать субъективное участие лица, принимающего решение, в процессе решения.
Научная значимость диссертации заключается в выявлении существенных технико-экономических показателей взрывных работ, формировании комплекса моделей их прогнозирования и разработке новых методов и алгоритмов поддержки принятия многокритериальных решений для нахождения оптимальных параметров производства разрушения горных пород взрывом.
Практическая значимость исследования состоит в разработке информационной технологии поддержки принятия многокритериальных решений, позволяющей повышать качество процесса разрушения горных пород за счёт оптимизации существенных технико-экономических показателей взрывных работ.
Достоверность результатов, полученных в диссертации, подтверждается корректным использованием системного анализа, численных методов, методов математического моделирования, исследования операций, экспертных оценок, математической статистики, теории принятия решений, а также положительными результатами апробации и внедрения разработанного автором программного обеспечения информационной технологии поддержки принятия многокритериальных решений для оптимизации технико-экономических показателей взрывных работ.
Реализация и внедрение результатов. Разработанное программное обеспечение информационной технологии поддержки принятия многокритериальных решений для оптимизации технико-экономических показателей взрывных работ используется в производственной практике Ассоциации «Союзвзрывпром» и ЗАО «Взрывинвест», а также включено в процесс составления типовых проектов БВР кафедры ВД МГТУ. Предложенные в работе методы и алгоритмы используются в методической практике кафедр АСУ и ВД МГТУ.
Апробация. Основные результаты диссертации и ее отдельные положения докладывались на семинарах кафедры АСУ МГТУ, международных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2005;2008 гг.) и 8-й Всероссийской научной конференции «Краевые задачи и математическое моделирование» (Новокузнецк, 2006 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том! числе 7 из них в ведущих рецензируемых изданиях из перечня ВАК.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 186 наименований, содержит 26 рисунков и 16 таблиц.
Выводы к главе 4.
1 Приведена архитектура программного обеспечения информационной технологии поддержки принятия многокритериальных решений для оптимизации технико-экономических показателей взрывных работ на карьерах.
2 Выполнена оценка эффективности разработанной информационной технологии, которая показала адекватность математических моделей и широкие возможности информационной технологии по поиску компромиссно-оптимальных решений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Повышение эффективности взрывных работ на карьерах остается одной из важнейших проблем горного производства. Технические решения по повышению качества разрушения горных пород взрывом определяют возможности всего горного производства и промышленности j использующейрезультаты работы горнодобывающих предприятий.
В диссертационной работе представлено теоретическое и практическое решение актуальной научной задачи повышения качества процесса разрушения горных пород взрывом за счёт оптимизации технико-экономических показателей взрывных работ, основанное на применении современных методов компьютерного моделирования, многокритериальной оптимизации и поддержки принятия решений. Результаты диссертации важны как для теории и практики построения систем многокритериальной оптимизации и поддержки принятия решений, так и для области взрывных работ на карьерах. Предложенные в работе алгоритмы легко адаптируемы для широкого спектра многокритериальных задач. В результате диссертационного исследования были получены следующие основные научные и практические результаты: а) на основе исследования взаимного влияния показателей взрыва и качества процесса разрушения горных пород выявлены существенные технико-экономические показатели взрывных работб) разработаны комплексы моделей прогнозирования существенных технико-экономических показателей взрыва и критериев оптимальности для оценки качества процесса разрушениягорных пород на карьерах взрывомв) разработаны методы и алгоритмы информационной технологии поддержки принятия многокритериальных решений для оптимизации существенных технико-экономических показателей взрывных работг) произведена модернизация метода достижимых целей для его развития на случай непрерывных шкал критериев, выраженных многоэкстремальными функциями, и ограничения субъективного участия ЛПР в процессе решенияд) предложен и реализован в виде программного обеспечения новый подход к расчёту параметров производства взрывае) практическое использование разработанной информационной технологии на промышленных предприятиях показало её широкие возможности по повышению качества взрывных работ и обеспечило снижение затрат на проведение БВР на 10−15%.
