Typový model toků selektivního dobývání a homogenizace

Transkript

1 Proceedings of International Scientific Conference of FME Session 4: Automation Control and Applied Informatics Paper 2 Typový model toků selektivního dobývání a homogenizace BURÝ, Alois Doc., Ing., CSc., VŠB-TU Ostrava, Poruba,tř.17.listopadu alois.bury@vsb.cz Abstrakt: Příspěvek se zabývá tvorbou typových modelů toků selektivního dobývání a homogenizace pomocí aplikačního softwaru, vyvinutým na našem pracovišti, pro účely operativního řízení procesu efektivního zhodnocování těženého uhlí. Cílem řízení je optimalizovat složení uhelných směsí, vzhledem k požadavkům odběratelů.toto vyžaduje použití simulačních modelů, realizovaných pomocí aplikačního software ASOZ,který jsme pro tyto účely vyvinuli na našem pracovišti-institutu ekonomiky a systémů řízení. Klíčová slova: operativní řízení, modelování a simulace,selektivní těžba, homogenizace 1 Úvod Možnosti selektivního těžení a homogenizace uhelných směsí umožňují dynamické přizpůsobení dobývacího procesu na uhelném hlubinném dole, měnícím se podmínkám a požadavkům trhu. Tento optimalizační proces je složitý ve všech svých souvislostech a musí být řízen. Řízení kvality toků uhelných směsí, již v zásobnících hlubinné části dolu, si vyžaduje simulační modely umožňující analýzu vývoje kvality směsí ve všech objektech dopravní sítě odtěžení. Tyto modely musí reagovat na vývoj kvantitativních i kvalitativních parametrů jednotlivých toků tvořících směsi. V rámci spoluřešení projektu GAČR, č.: 105/ 97/1320 jsme se na našem pracovišti zabývali problematikou analýzy vývoje kvalitativních parametrů uhelných směsí v jednotlivých objektech dopravní sítě odtěžení pomocí simulačních modelů. Simulační modely byly realizovány pomocí programů, které jsme pro tyto účely vytvořili, na základě analýz konkrétní situace na daném uhelném hlubinném dole. Vycházeli jsme především z analýzy dopravní sítě odtěžení, analýzy kvalitativních parametrů dobývaných slojí, analýzy technologického procesu dobývání, aj. 2 Vymezení problému Pro řešení problematiky efektivního zhodnocování těženého uhlí, zvláště pak pro účely řízení celého procesu, je nezbytné mít k dispozici simulační modely, které prezentují současně jak kvantitativní, tak i kvalitativní aspekty vývoje uhelných směsí v jednotlivých úsecích dopravní sítě odtěžení. Účelem simulačních modelů je umožňovat výběr optimální varianty a také i poskytnout možnost predikce vývoje uhelných směsí již v důlní části systému odtěžení hlubinného dolu. Z hlediska typovosti tvorby modelu jsme stanovili jednotný koncepční přístup systémového zpracování na podkladě analýz struktury dopravní sítě odtěžení (analýza sítě odtěžení) [2]. Selektivní odtěžení a zvláště pak homogenizace je umožněna za předpokladu rozdílných kvalitativních parametrů jednotlivých uhelných slojí a za předpokladu existence zásobníků již v důlní části. Dalším předpokladem je průběžná analýza změn kvalitativních parametrů uhelných slojí nejen ve směru postupu porubních front, ale i v profilu porubní stěny.

2 Simulační modely byly vytvořeny na základě výše uvedených analýz uhelného hlubinného dolu, který splňoval základní podmínky pro způsob efektivního zhodnocování těženého uhlí, tj. analytické údaje z jednotlivých porubů byly natolik odlišné, že mohlo dojít k selektivnímu odtěžení či homogenizaci, a že byla ve struktuře dopravní sítě odtěžení možnost uplatnění těchto metod. Během simulace modely variant musely presentovat tyto údaje:! z kterého těžebního místa, v jakém kvalitativním složení a množství v dané časové posloupnosti vstupuje uhelný tok do zásobníku, respektive se spojuje s jiným tokem na přesypu! jaká je dynamická změna stavů hladin v zásobnících a jaké je aktuální složení kvalitativních parametrů uhelné směsi! které dopravníky jsou v chodu, v daném okamžiku, jestli přepravují uhlí a v jakém množství! jaká je činnost vertikálního odtěžení! jaké je složení výsledné uhelné směsi na povrchu a v jakém celkovém množství za daný čas! zda postačuje kapacita dopravních linek horizontálního odtěžení! jaká je vhodná kapacita důlních zásobníků uhelných směsí, aj.! jak se projeví změna v odtěžení (v kvantitě i kvalitě uhelné směsi) v případě nasimulování poruchy dopravníků, dobývacích komplexů! jak se projeví změny ve složení směsí i jejich kvantitě v případě přeplnění zásobníků. 3 Tvorba modelů Jádrem aplikačního software ASOZ,je simulační program SIMDUL. Tento program jsme realizovali jako objektově orientovaný, v souladu s objekty dopravní sítě odtěžení na uhelném hlubinném dole (dobývací a razící komplexy, dopravníky, přesypy, zásobníky,skipová doprava).základní menu programu je tvořeno režimem:! Zadávání sítě dopravního systému odtěžení,kvalitativních parametrů slojí, těžebních výkonů, aj.! Načtení simulačního modelu z disku.! Uložení editovaného modelu na disk.! Simulačního výpočtu, včetně grafické animace pohybu toků uhelných směsí po dopravníkových linkách a v důlních zásobnících. V režimu tvorby modelu (zadávání sítě a časových harmonogramů) uživatel je veden interaktivním dialogem, přičemž nejprve tvoří dopravní síť včetně zadávání jejích parametrů, například, maximální a minimální hladinu v zásobnících, dopravní zpoždění v linkách, aj. Systém při každém větvení sítě se dotazuje, zda je tato ukončena důlním pracovištěm. V případě, že ano, pak je nutné zadávat jednotlivé harmonogramy práce, a po jejich ukončení kvalitativní parametry uhelných slojí. V tomto režimu práce s modelem, lze i aktualizovat a měnit dříve zadané hodnoty, dle potřeby simulace jednotlivých variant. V simulačním režimu kromě výše uvedené animace toků uhelných směsí a změn aktuálních stavů v zásobních, atd., si lze vyžádat detailní informaci o stavech v jednotlivých objektech sítě, jak z hlediska vývoje kvantity těživa, tak i kvalitativních parametrů uhelných směsí. Rovněž je zde možnost nasimulování poruchy libovolného objektu v dopravní síti odtěžení a tak i možnost predikce pro různé simulační varianty, jako například s účelem volby nejvhodnější strategie operativního řízení, apod.

3 Jako příklad je uveden v obr.1 model dopravní sítě odtěžení, který je v simulačním režimu prezentován animačním schématem. Obr.1 Animační schéma dopravní sítě odtěžení Z obrázku je zřejmé rozložení struktury důlní sítě odtěžení na jednotlivé větve, tak jak byly postupně vytvářeny v editačním režimu formou interaktivního dialogu. Byla modelována situace z dolu Lazy pro dva centrální zásobníky E a K, a čtyři zásobníky úsekové označené jako: DU, SEL, 46, 900. Ze schématu je vidět,že poruby označené jako P1 a P2 těží do zásobníku 46, poruby P3 a P4 do zásobníku 900 a poruby P6 a P7 těží do zásobníku SEL. Porub P5 těží sám do zásobníku DU, což usnadňuje případnou možnost selektivního odtěžení. Celková těžba z dolu je prezentována označením OUT. Z animačního schématu je i patrný pohyb uhelných toků po dopravnících a v zásobnících v daném modelovém čase (v levém horním rohu obrazovky). Chce li uživatel sledovat simulační běh až od určitého času aktivuje klávesu C (posun času).

4 Celý simulační běh se dá několikanásobně zrychlit přidržením klávesy T (turbo). Další aktivní vstup uživatele do procesu simulace a dynamické animace je možný stiskem klávesy Enter.Takto je možné zablokovat chod daného simulovaného zařízení, což umožňuje zavádění poruch do modelu. Opětným stisknutím klávesy se porucha označeného objektu zruší. Pro možnost výzkumu vývoje kvalitativních parametrů uhelných směsí v jednotlivých objektech sítě, a zvláště pak pro analýzu vývoje směsí až po vyexpedování z dolu, je program doplněn podprogramem, který sumarizuje jednotlivá data za zvolené časové období, tak že je lze dále zpracovat v produktu MS Excel. Pro zvýšení operativnosti zpracování grafů jsme realizovali i další programy jako: KONVERZE umožňující převod tabulek vytvářených programem SIMDUL na formu vhodnou pro zpracování MS Excel, program GRAFY,který přímo vytváří 2D grafy v prostředí MS Excel. Program 3D- GRAF usnadňuje tvorbu grafů s prostorovým zobrazením. Jako příklad prezentace je uveden následující obrázek. Parametr P1 30,00 25,00 20,00 0:00 3:30 7:00 čas [h] 10:30 14:00 17:30 21:00 E 90 0 Tě žb a DU K 46 15,00 10,00 5,00 0,00 P1[%] SE L Obr. 2 3D grafická prezentace vývoje kvalitativního parametru P1

5 4 Závěr Česká republika nepatří mezi státy bohaté na přírodní zdroje, pouze v případě černého uhlí jde o komoditu obchodovanou na světovém trhu. Prognozuje se [3], že v budoucnu, při značné vyčerpanosti ložisek ropy a zemního plynu stoupne výrazně význam uhlí. Proto je nezbytné zvážit perspektivnější možnosti pro využívání tuzemských ložisek černého uhlí, jako spolehlivého a cenově přijatelného zdroje energie a základní suroviny pro výrobu koksu k metalurgickým účelům, v příštích létech. Mezi předpoklady k naplnění tohoto cíle patří zajištění konkurence schopnosti důlních podniků. Jedním z příspěvků k tomuto, by mohlo být efektivní zhodnocování těženého uhlí selektivním odtěžením a homogenizací s využitím modelů, tak jak bylo v příspěvku naznačeno. 5 Literatura BURÝ, A.,1999. Modelling, simulation with regard to coal quality control. In.: The 10 th International DAAAM symposium, Vienna, Austria, 21-23th October 1999 BURÝ, A.,2000. The computer model of material flows in coal mines. Sborník vědeckých prací VŠB-TU Ostrava, číslo 1,rok 2000, řada hornicko- geologická, s.1-7. BURÝ, A.,1997. Management of effective utilisation of mined coal by computer simulation. 6 th International Symposium on Mine Planning and Equipment Selection MPES 97, Ostrava, 1997, A.A. Balkema, Rotterdam, Brookfield, p BURÝ,A., HETTNER,M Modelování dynamiky sítě odtěžení. In.: 3th Scientific Technical Conference : Process Control 98,Kouty nad Desnou BURÝ,A., VAJS,S Modelování, simulace a řízení optimálního zhodnocování uhlí,in: XIII. International Conference ICAMC, Tatranské Matliare, 1999, s , Slovak University of Technology Bratislava.