Методика моніторингу динаміки роботи очисних вибоїв за параметрами розподілу вуглевидобутку
Мета. Розробка методики моніторингу динаміки вуглевидобутку з очисних вибоїв на основі аналізу їх роботи за розподілом показників добового та місячного видобутку вугілля. Завданнями досліджень є аналіз гістограм розподілу та встановлення кількісного зв'язку між показником ритмічності лави та ст...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Datum: | 2021 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2021
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/180307 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Методика моніторингу динаміки роботи очисних вибоїв за параметрами розподілу вуглевидобутку / А.В. Мерзлікін // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2021. — Вип. 23. — С. 216-228. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-180307 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Мерзлікін, А.В. 2021-09-08T14:03:00Z 2021-09-08T14:03:00Z 2021 Методика моніторингу динаміки роботи очисних вибоїв за параметрами розподілу вуглевидобутку / А.В. Мерзлікін // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2021. — Вип. 23. — С. 216-228. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 2664-17716 DOI: https://doi.org/10.37101/ftpgp23.01.014 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/180307 622.014.2 Мета. Розробка методики моніторингу динаміки вуглевидобутку з очисних вибоїв на основі аналізу їх роботи за розподілом показників добового та місячного видобутку вугілля. Завданнями досліджень є аналіз гістограм розподілу та встановлення кількісного зв'язку між показником ритмічності лави та ступенем її керованості. Методика. Виконано статистичний аналіз добового видобутку з комплексно механізованих очисних вибоїв. Доведено, що стійкі значення першого початкового, а також другого і третього центральних статистичних моментів забезпечуються за умови використання ковзного вікна тривалістю 16-18 діб. Результати. Знайдена значуща статистична залежність між тривалістю безперервного щодобового зростання коефіцієнта варіації видобутку та її подальшим стійким падінням. Показано, що безперервне зростання коефіцієнта варіації видобутку протягом 5-6 діб є небезпечним (критичним) і призводить до зниження рівня керованості очисного вибою. Встановлено, що лава реагує на критичний рівень флуктуації видобутку із затримкою в 6 діб. Наукова новизна. Уперше встановлено, що гістограми варіації стійкого видобутку з керованих очисних вибоїв несиметричні та зміщені у бік планового навантаження, а у слабо керованих – симетричні, причому амплітуда варіації видобутку з очисних вибоїв знаходиться в експоненціальній залежності від його величини, що дозволяє підвищити надійність результатів кількісного прогнозу ризиків втрати ритмічності основних та допоміжних процесів вуглевидобутку. Практична значимість. Запропоновано методику моніторингу динаміки видобутку, що забезпечує своєчасну реакцію на негативну тенденцію керованості очисного вибою. Застосування такої методики дозволяє оперативно вживати заходів зі стабілізації або поліпшення керованості роботи лави, і як наслідок, забезпечення сталого рівня видобутку. Цель. Разработка методики мониторинга динамики угледобычи из очистных забоев на основе анализа их работы по распределению показателей суточной и месячной добычи угля. Задачами исследований является анализ гистограмм распределения и установления количественной связи между показателем ритмичности лавы и степени ее управляемости. Методика. Выполнен статистический анализ суточной добычи с комплексно механизированных очистных забоев. Доказано, что устойчивые значения первого начального, а также второго и третьего центральных статистических моментов обеспечиваются при использовании скользящего окна продолжительностью 16-18 суток. Результаты. Найдена значимая статистическая зависимость между продолжительностью непрерывного посуточного роста коэффициента вариации добычи и его последующим устойчивым падением. Показано, что непрерывный рост коэффициента вариации добычи в течение 5-6 суток является опасным (критическим) и приводит к снижению уровня управляемости очистного забоя. Установлено, что лава реагирует на критический уровень флуктуации добычи с задержкой в 6 суток. Научная новизна. Впервые установлено, что гистограммы вариации устойчивой добычи управляемых очистных забоев несимметричные и смещены в сторону плановой нагрузки, а в слабо управляемых – симметричные, причем, амплитуда вариации добычи из очистных забоев находится в экспоненциальной зависимости от ее величины, что позволяет повысить надежность результатов количественного прогноза рисков потери ритмичности основных и вспомогательных процессов угледобычи. Практическая значимость. Предложена методика мониторинга динамики добычи, обеспечивающая своевременную реакцию на негативную тенденцию управляемости очистного забоя. Использование такой методики позволяет оперативно принимать меры по стабилизации или улучшения управляемости работы лавы и как следствие, обеспечение устойчивого уровня добычи. Purpose. Development of methods for monitoring the dynamics of coal production from treatment pits on the basis of analysis of their work on the distribution of daily and monthly coal production. The tasks of the research are the analysis of histograms of distribution and establishment of quantitative connection between the indicator of rhythm of lava and the degree of its controllability. Method. Statistical analysis of daily production from complex mechanized treatment pits is performed. It is proved that stable values of the first initial, as well as the second and third central statistical moments are provided under the condition of using a sliding window lasting 16-18 days. Findings. A significant statistical relationship was found between the duration of continuous daily growth of the coefficient of variation of production and its subsequent steady decline. It is shown that a continuous increase in the coefficient of variation of production for 5-6 days is dangerous (critical) and leads to a decrease in the level of controllability of the treatment face. It was found that the lava responds to a critical level of fluctuation of production with a delay of 6 days. Scientific novelty. For the first time it was established that the histograms of variation of stable production from controlled bottomholes are asymmetric and shifted towards the planned load, and in weakly controlled ones - symmetric, and the amplitude of variation of production from bottomholes is exponentially dependent on its value, which increases reliability. results of quantitative forecast of risks of loss of rhythm of the main and auxiliary processes of coal mining. Practical implications. A method of monitoring the dynamics of production is proposed, which provides a timely response to the negative trend of controllability of the treatment face. The application of such a technique allows you to quickly take measures to stabilize or improve the controllability of the lava and, as a consequence, to ensure a sustainable level of production. uk Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Технико-экономические проблемы горного производства Методика моніторингу динаміки роботи очисних вибоїв за параметрами розподілу вуглевидобутку Методика мониторинга динамики работы очистных забоев по параметрам распределения угледобычи Method of monitoring the dynamics of longwalls work by parameters of underground mining Article first published |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Методика моніторингу динаміки роботи очисних вибоїв за параметрами розподілу вуглевидобутку |
| spellingShingle |
Методика моніторингу динаміки роботи очисних вибоїв за параметрами розподілу вуглевидобутку Мерзлікін, А.В. Технико-экономические проблемы горного производства |
| title_short |
Методика моніторингу динаміки роботи очисних вибоїв за параметрами розподілу вуглевидобутку |
| title_full |
Методика моніторингу динаміки роботи очисних вибоїв за параметрами розподілу вуглевидобутку |
| title_fullStr |
Методика моніторингу динаміки роботи очисних вибоїв за параметрами розподілу вуглевидобутку |
| title_full_unstemmed |
Методика моніторингу динаміки роботи очисних вибоїв за параметрами розподілу вуглевидобутку |
| title_sort |
методика моніторингу динаміки роботи очисних вибоїв за параметрами розподілу вуглевидобутку |
| author |
Мерзлікін, А.В. |
| author_facet |
Мерзлікін, А.В. |
| topic |
Технико-экономические проблемы горного производства |
| topic_facet |
Технико-экономические проблемы горного производства |
| publishDate |
2021 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Физико-технические проблемы горного производства |
| publisher |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Методика мониторинга динамики работы очистных забоев по параметрам распределения угледобычи Method of monitoring the dynamics of longwalls work by parameters of underground mining |
| description |
Мета. Розробка методики моніторингу динаміки вуглевидобутку з очисних вибоїв на основі аналізу їх роботи за розподілом показників добового та місячного видобутку вугілля. Завданнями досліджень є аналіз гістограм розподілу та встановлення кількісного зв'язку між показником ритмічності лави та ступенем її керованості.
Методика. Виконано статистичний аналіз добового видобутку з комплексно механізованих очисних вибоїв. Доведено, що стійкі значення першого початкового, а також другого і третього центральних статистичних моментів забезпечуються за умови використання ковзного вікна тривалістю 16-18 діб.
Результати. Знайдена значуща статистична залежність між тривалістю безперервного щодобового зростання коефіцієнта варіації видобутку та її подальшим стійким падінням. Показано, що безперервне зростання коефіцієнта варіації видобутку протягом 5-6 діб є небезпечним (критичним) і призводить до зниження рівня керованості очисного вибою. Встановлено, що лава реагує на критичний рівень флуктуації видобутку із затримкою в 6 діб.
Наукова новизна. Уперше встановлено, що гістограми варіації стійкого видобутку з керованих очисних вибоїв несиметричні та зміщені у бік планового навантаження, а у слабо керованих – симетричні, причому амплітуда варіації видобутку з очисних вибоїв знаходиться в експоненціальній залежності від його величини, що дозволяє підвищити надійність результатів кількісного прогнозу ризиків втрати ритмічності основних та допоміжних процесів вуглевидобутку.
Практична значимість. Запропоновано методику моніторингу динаміки видобутку, що забезпечує своєчасну реакцію на негативну тенденцію керованості очисного вибою. Застосування такої методики дозволяє оперативно вживати заходів зі стабілізації або поліпшення керованості роботи лави, і як наслідок, забезпечення сталого рівня видобутку.
Цель. Разработка методики мониторинга динамики угледобычи из очистных забоев на основе анализа их работы по распределению показателей суточной и месячной добычи угля. Задачами исследований является анализ гистограмм распределения и установления количественной связи между показателем ритмичности лавы и степени ее управляемости.
Методика. Выполнен статистический анализ суточной добычи с комплексно механизированных очистных забоев. Доказано, что устойчивые значения первого начального, а также второго и третьего центральных статистических моментов обеспечиваются при использовании скользящего окна продолжительностью 16-18 суток.
Результаты. Найдена значимая статистическая зависимость между продолжительностью непрерывного посуточного роста коэффициента вариации добычи и его последующим устойчивым падением. Показано, что непрерывный рост коэффициента вариации добычи в течение 5-6 суток является опасным (критическим) и приводит к снижению уровня управляемости очистного забоя. Установлено, что лава реагирует на критический уровень флуктуации добычи с задержкой в 6 суток.
Научная новизна. Впервые установлено, что гистограммы вариации устойчивой добычи управляемых очистных забоев несимметричные и смещены в сторону плановой нагрузки, а в слабо управляемых – симметричные, причем, амплитуда вариации добычи из очистных забоев находится в экспоненциальной зависимости от ее величины, что позволяет повысить надежность результатов количественного прогноза рисков потери ритмичности основных и вспомогательных процессов угледобычи.
Практическая значимость. Предложена методика мониторинга динамики добычи, обеспечивающая своевременную реакцию на негативную тенденцию управляемости очистного забоя. Использование такой методики позволяет оперативно принимать меры по стабилизации или улучшения управляемости работы лавы и как следствие, обеспечение устойчивого уровня добычи.
Purpose. Development of methods for monitoring the dynamics of coal production from treatment pits on the basis of analysis of their work on the distribution of daily and monthly coal production. The tasks of the research are the analysis of histograms of distribution and establishment of quantitative connection between the indicator of rhythm of lava and the degree of its controllability.
Method. Statistical analysis of daily production from complex mechanized treatment pits is performed. It is proved that stable values of the first initial, as well as the second and third central statistical moments are provided under the condition of using a sliding window lasting 16-18 days.
Findings. A significant statistical relationship was found between the duration of continuous daily growth of the coefficient of variation of production and its subsequent steady decline. It is shown that a continuous increase in the coefficient of variation of production for 5-6 days is dangerous (critical) and leads to a decrease in the level of controllability of the treatment face. It was found that the lava responds to a critical level of fluctuation of production with a delay of 6 days.
Scientific novelty. For the first time it was established that the histograms of variation of stable production from controlled bottomholes are asymmetric and shifted towards the planned load, and in weakly controlled ones - symmetric, and the amplitude of variation of production from bottomholes is exponentially dependent on its value, which increases reliability. results of quantitative forecast of risks of loss of rhythm of the main and auxiliary processes of coal mining.
Practical implications. A method of monitoring the dynamics of production is proposed, which provides a timely response to the negative trend of controllability of the treatment face. The application of such a technique allows you to quickly take measures to stabilize or improve the controllability of the lava and, as a consequence, to ensure a sustainable level of production.
|
| issn |
2664-17716 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/180307 |
| citation_txt |
Методика моніторингу динаміки роботи очисних вибоїв за параметрами розподілу вуглевидобутку / А.В. Мерзлікін // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2021. — Вип. 23. — С. 216-228. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT merzlíkínav metodikamonítoringudinamíkirobotiočisnihviboívzaparametramirozpodíluvuglevidobutku AT merzlíkínav metodikamonitoringadinamikirabotyočistnyhzaboevpoparametramraspredeleniâugledobyči AT merzlíkínav methodofmonitoringthedynamicsoflongwallsworkbyparametersofundergroundmining |
| first_indexed |
2025-11-25T21:10:16Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:10:16Z |
| _version_ |
1850551649850884096 |
| fulltext |
Физико-технические проблемы горного производства 2021, вып. 23
216
УДК 622.014.2 https://doi.org/10.37101/ftpgp23.01.014
МЕТОДИКА МОНІТОРИНГУ ДИНАМІКИ РОБОТИ ОЧИСНИХ
ВИБОЇВ ЗА ПАРАМЕТРАМИ РОЗПОДІЛУ ВУГЛЕВИДОБУТКУ
А.В. Мерзлікін1*
1Донецький національний технічний університет, м. Покровськ, Україна
*Відповідальний автор: e-mail: artem.merzlikin@donntu.edu.ua
METHOD OF MONITORING THE DYNAMICS OF LONGWALLS
WORK BY PARAMETERS OF UNDERGROUND MINING
Merzlikin Artem1*
1Donetsk National Technical University, Pokrovsk, Donetsk region, Ukraine
*Corresponding author: e-mail: artem.merzlikin@donntu.edu.ua
ABSTRACT
Purpose. Development of methods for monitoring the dynamics of coal production
from treatment pits on the basis of analysis of their work on the distribution of daily
and monthly coal production. The tasks of the research are the analysis of
histograms of distribution and establishment of quantitative connection between the
indicator of rhythm of lava and the degree of its controllability.
Method. Statistical analysis of daily production from complex mechanized
treatment pits is performed. It is proved that stable values of the first initial, as well
as the second and third central statistical moments are provided under the condition
of using a sliding window lasting 16-18 days.
Findings. A significant statistical relationship was found between the duration of
continuous daily growth of the coefficient of variation of production and its
subsequent steady decline. It is shown that a continuous increase in the coefficient
of variation of production for 5-6 days is dangerous (critical) and leads to a decrease
in the level of controllability of the treatment face. It was found that the lava
responds to a critical level of fluctuation of production with a delay of 6 days.
Scientific novelty. For the first time it was established that the histograms of
variation of stable production from controlled bottomholes are asymmetric and
shifted towards the planned load, and in weakly controlled ones - symmetric, and
the amplitude of variation of production from bottomholes is exponentially
dependent on its value, which increases reliability. results of quantitative forecast
of risks of loss of rhythm of the main and auxiliary processes of coal mining.
Practical implications. A method of monitoring the dynamics of production is
proposed, which provides a timely response to the negative trend of controllability
of the treatment face. The application of such a technique allows you to quickly
take measures to stabilize or improve the controllability of the lava and, as a
consequence, to ensure a sustainable level of production.
Физико-технические проблемы горного производства 2021, вып. 23
217
Keywords: variation of mining, controllability, stable work, distribution histogram
1. ВСТУП
Нарощування обсягів видобутку вугілля в Україні є важливим пунктом
державної енергетичної політики, і не потребує спеціального коментування.
Однією з ключових проблем, вирішення якої сприятиме стабільному розви-
тку галузі, є підвищення навантаження на очисні вибої. У даний час більше
половини видобутку вугілля забезпечується високонавантаженими лавами,
які використовують сучасне очисне обладнання. Це дає можливість зберегти
конкурентоспроможність вугільних шахт і, взагалі, галузі у жорстких умовах
ринкової економіки. Разом з тим практика показує, що зі збільшенням наван-
таження на очисні вибої, як правило, знижується стійкість і ритмічність їх ро-
боти [1, 2]. У зв'язку з тим, що для забезпечення ефективності експлуатації
сучасної дорогої вугледобувної техніки переважна кількість високонаванта-
жених лав працює на межі максимальних показників, будь-яка нестабільність
породжує варіацію видобутку в меншу від планового рівня сторону. Діапазон
і характер цієї варіації істотно впливають на стійкість роботи лав. Тому дос-
лідження показників розподілення видобутку очисних вибоїв дозволяє розі-
братися в глибинних причинах їх несталої роботи та обґрунтувати заходи
щодо підвищення ефективності і надійності роботи очисних вибоїв. Крім
того, розробка і дослідження об'єктивних критеріїв оцінки стійкості і керова-
ності роботи вуглевидобувних ділянок актуальні для об'єктивної оцінки ме-
неджменту і мотивації персоналу шахт.
Автори [1] пропонують характеризувати роботу очисного вибою за ритмі-
чністю і керованістю. При цьому ритмічність оцінюється за величиною варі-
ації добового видобутку з лави, а керованість – за варіацією видобутку за мі-
сяць. Режим роботи очисного вибою розглядається як ритмічний, якщо варі-
ація добового видобутку змінюється від 0% до 20%. Зміна відхилень в межах
20% – 40% характеризується відносно ритмічною роботою, а понад 40% – не-
ритмічною роботою з переходом в нестійкі режими (рис. 1а). На рис. 1б пока-
зано розподіл за рівнем керованості. При цьому рівень відхилень від планових
показників видобутку за місяць в межах 0 – 10% характеризує керований ре-
жим роботи, від 10% до 20% – частково керований режим і понад 20% – по-
гано керований і некерований режими.
Протиріччя такого підходу полягає в тому, що показник ритмічності ви-
значається за даними добового навантаження, а ступінь керованості – за да-
ними навантаження за місяць. Крім того, не обґрунтовано інтервали варіації
видобутку, за яких ритмічні і керовані режими змінюються на неритмічні і
некеровані.
Таким чином, очисний вибій з рівнем варіації добового видобутку до 20%
вважається ритмічним, проте за рівнем керованості цей вибій буде за тією ж
варіацією відноситься до лав з частково керованим режимом роботи. Більше
того, цілком можливо, коли повністю некерований режим роботи буде здійс-
нюватися в процесі його цілком ритмічної роботи. Очевидно, що при такому
підході до визначення критерію ритмічності та керованості вони є незалеж-
ними, що призводить до неоднозначної оцінки стійкості роботи лави.
Физико-технические проблемы горного производства 2021, вып. 23
218
Рисунок 1. Розподіл лаво-місяців: а – за рівнем ритмічності виробничого
процесу; б – за рівнем керованості [1]
Разом з тим, неритмічність роботи лави автоматично означає її погану ке-
рованість. Якщо лава працює в постійно сприятливих гірничо-геологічних
умовах, безаварійно з високим рівнем якості ремонтно-профілактичних робіт
з використанням високонадійної сучасної техніки, тоді показники видобутку
за добу і тим більше за місяць будуть однаковими, а їх розподіл або гістограма
буде виглядати у вигляді одного стовпчика. На рис. 2 цей видобуток прийнято
умовно за одиницю і відповідає максимально можливому для конкретних
умов або нормативному видобутку за високим рівнем оптимізації розрахун-
кових показників.
Рисунок 2. Розподіл нормованого видобутку за ідеальної роботи виїмкової
дільниці
а) б)
Физико-технические проблемы горного производства 2021, вып. 23
219
2. МЕТОДИ
У реальності деяка варіація видобутку з лави неминуча за рахунок впливу
випадкових чинників і, в першу чергу, таких, як природна варіація потужності
пласта, що виймається і умов його залягання, міцнісних властивостей і будови
гірничих порід, аварійність обладнання, порушення в роботі транспортного
ланцюжка, електропостачанні і т.п. Для дослідження структури розподілу ви-
добутку за добу та місяць було проаналізовано роботу низки типових для
умов Донбасу очисних вибоїв. У таблиці 1 наведено перелік шахт, і характе-
ристики очисних вибоїв, прийнятих до аналізу. Видно, що діапазон довжин
лав змінюється в 1,4 рази, потужність пласта відрізняється в 2,5 рази, глибина
розробки в 6,5 разів. При цьому в лавах, що аналізуються працювало очисне
обладнання, яке широко застосовується в галузі. Таким чином, вихідна вибі-
рка даних є досить представницькою для типових умов комплексно-механі-
зованих вибоїв України, що дозволяє говорити про об'єктивність виконаного
статистичного аналізу.
Таблиця 1. Характеристики очисних вибоїв
Назва
шахти
Назва лави,
пласта
Середня
потуж-
ність
пласта,
м
Дов-
жина
лави
Гли-
бина
роз-
робки
Видобу-
вне обла-
днання
Трива-
лість
ро-
боти,
міс.
1 2 3 4 5 6 7
ш. ім. Ба-
жанова
2-га зах. лава
пл.m3
1,28 220 1012 3КД90Т
РКУ-13
12
зах. лава пан
20 пл.m3
1,28 220 1012 3КД90Т
КДК-500
12
західна лава
пан 2 пл. m3
1,28 220 1012 3КД90Т
УКД-200
12
ш/у Пок-
ровське
5-та півд.
лава бл. 2
1,7 285 575 3КД90Т
РКУ-13
18
4-та півд.
лава бл. 2
1,7 285 575 3КД90Т
РКУ-13
15
5-я півн. лава
бл. 2
1,7 285 575 3КД90Т
РКУ-13
10
3 півн. лава
центр. пан.
бл. 8
0,88 265 585 DBT
Струг
RHH-42
16
ш. Щегло-
вська-Гли-
бока
5-я зах. лава
пл. m3
1,43 212 12200 3КД-90Т
РКУ-10
10
2-я східн.
лава пл.l1
1,36 204 1070 ДМ
УКД-200
12
4-я зах. лава
пл. k8
1,06 211 1155 ДМ
УКД-200
18
Физико-технические проблемы горного производства 2021, вып. 23
220
Назва
шахти
Назва лави,
пласта
Середня
потуж-
ність
пласта,
м
Дов-
жина
лави
Гли-
бина
роз-
робки
Видобу-
вне обла-
днання
Трива-
лість
ро-
боти,
міс.
Красноли-
манська
2-я зах. лава
пл.l3
3,40 245 720 3КД-90Т
КДК-500
25
11-а півд.
лава пл.k5
2,1 306 825 КДД
РКУ-13
11
ш. ім. За-
сядько
13-я зах. лава
пл. m3
2,00 260 1100 3КД90Т
РКУ-13
19
ш.Пів-
денно-
Донбаська
№1
21-а східн. біс
лава с10
2
0,80 250 570 КМК-98
К-103
12
20 східн. біс
лава с10
2
0,80 250 570 КМК-98
К-103
12
19 східн. біс
лава с10
2
0,80 250 270 КМК-98
К-103
12
ш. ім. За-
сядько
14-а зах.
лава пл. m3
2,00 260 1150 3КД90Т
РКУ-13
17
ш. Ком-
сомолець
Донбасу
1-а зах. лава
пл.l7
0,96 255 640 МДТ
MB-280E
13
10-а
зах.лава пл. l7
0,96 300 640 1КД-90
MB-220E
17
ш.
Emerald
32-а панель 1,50 280 180 DBT
CR-620
8
Для більшої достовірності результатів аналізу вибірку вихідних даних по
кожній шахті намагалися робити такою, щоб загальна кількість даних була не
менша за 30-40. У цілому ж вибірки містили від 32 даних (для шахти Пів-
денно-Донбаська №1) до 245 даних для сучасної американської шахти
Emerald [3]. На рис. 3 показані гістограми розподілу видобутку з очисних ви-
боїв. На осі абсцис відкладена величина видобутку, виражена у відносних
одиницях і обчислюється як відношення фактичного видобутку до планового
чи нормативного значення. На осі ординат показано число випадків, а над ко-
жним стовпчиком гістограми вказано частоту, з якою зустрічався даний ви-
добуток у загальній вибірці аналізованих даних шахти.
У більшості випадків зустрічається одномодальний розподіл, коли на гіс-
тограмі є тільки один максимум (наприклад шахти Щегловська-Глибока, ш/у
Покровське). Деякі лави характеризуються багатомодальними розподілами
(шахта Emerald), що може бути пояснено виникненням декількох режимів ро-
боти, що обумовлено варіацією гірничо-геологічних умов та іншими факто-
рами. У цілому спостерігається досить широкий діапазон навантажень та їх
розмах. Так на шахті Південно-Донбаська №1 навантаження в очисних ви-
боях змінювалося в діапазоні від 0,16 до 0,5 від планового рівня, який прийн-
ято за одиницю. У ш/у Покровське деякі лаво-місяці характеризувалися пере-
вищенням фактичного видобутку над плановим навантаженням в 1,3 рази.
Физико-технические проблемы горного производства 2021, вып. 23
221
Такі перевищення можуть бути обумовлені різними причинами. Зокрема при-
родна варіація газоносності пласта і вміщуючих порід дає можливість підви-
щувати на деяку величину фактичний видобуток з лави на тих ділянках, де
рівень метановиділення менший за прогнозний, за яким розраховано норма-
тивне навантаження на очисний вибій [4].
Рисунок 3. Гістограми видобутку за місяць з очисних вибоїв шахт
Разом з тим існують також причини, які чинять негативний вплив при пе-
ревищенні фактичного видобутку над плановим її рівнем. Зокрема, інтенси-
фікація вуглевидобутку за рахунок порушення регламентів техобслугову-
вання і ремонтів призводить до підвищеного і невиправданого зносу облад-
нання, а іноді до порушення правил безпеки, що може супроводжуватися ава-
ріями різної тяжкості.
Физико-технические проблемы горного производства 2021, вып. 23
222
Відомо [5], що гістограма необмежено наближається до теоретичного роз-
поділу щільності ймовірності зі збільшенням числа вихідних даних, на основі
яких ця гістограма побудована. До того ж розподіл ймовірності є вичерпною
характеристикою випадкової величини, в якості якої, в даному випадку, роз-
глядається видобуток з лави. Для узагальненої характеристики гістограм ви-
добутку запропоновано використовувати три перші статистичні моменти ви-
падкової величини, якою є видобуток з очисного вибою за добу, тиждень або
місяць. Першим моментом, як відомо, є середнє, другим дисперсія і третім
асиметрія розподілу [5]. Перший момент є початковим, другий і третій – цен-
тральними, і обчислюються за відомими формулами:
ii
K
i
PAA
1
, (1)
ii
K
i
PAAS
2
1
)( , (2)
ii
K
i
PAAAs
3
1
)( , (3)
де A, S і As – середній видобуток, дисперсія й асиметрія відповідно; Аi – фак-
тичний видобуток за добу або місяць; Pi – частота або ймовірність значень
фактичного видобутку в межах i-го інтервалу; К – кількість інтервалів, на які
розбивається гістограма видобутку.
Скористаємося формулою Стерджеса для обчислення кількості інтервалів,
на які рекомендується розбити вихідну вибірку даних для побудови гістог-
рами.
nК lg322,31 , (4)
де n – кількість даних.
Важливо, щоб статистичні оцінки розподілу видобутку (гістограми) були
стійкими. Для цього необхідно обґрунтувати достатню кількість вихідних да-
них, за якими визначаються статистичні моменти розподілів (гістограм). Для
перевірки стабільності статистичних моментів були виконані спеціальні дос-
лідження, за результатами яких, число інтервалів, на які розбивалися вихідні
вибірки даних і будувалися гістограми, змінювалося від 3 до 8. Це означає,
що згідно з формулою (4) гістограми видобутку будувалися на діапазоні ви-
хідних даних від 4 до 93. У зв'язку з тим, що часто за довжиною виїмкового
стовпа гірничо-геологічні умови відпрацювання лави змінюються, величину
видобутку доцільно нормувати шляхом ділення абсолютної величини видо-
бутку на нормативне значення. У цьому випадку можна порівнювати показ-
ники роботи лави по всій довжині виїмкового стовпа, і, таким чином, аналі-
зувати динаміку зміни стійкості її роботи.
На рис. 4 наведені графіки залежності середнього видобутку з очисного ви-
бою від кількості інтервалів на гістограмах. У цілому середній рівень видобу-
тку змінюється від 0,33 (для шахти Південно-Донбаська №1) до 0,72-0,87 (для
Физико-технические проблемы горного производства 2021, вып. 23
223
шахти ім. Засядько і ш/у Покровське). Видно, що величина середнього видо-
бутку для будь-якої шахти дещо зменшується з ростом кількості інтервалів.
При цьому починаючи з 5-6 інтервалів спостерігається стабілізація значень
середнього видобутку, причому його зміна з подальшим збільшенням числа
інтервалів не перевищує 5% від середнього рівня.
Рисунок 4. Графіки залежності величини середнього видобутку з очисного
вибою від кількості інтервалів на гістограмах
Висока стабільність відзначена також для показників розсіювання видобу-
тку й асиметрії з кількістю інтервалів 5-6 і більше. Приклади графіків зміни
дисперсії видобутку на рис. 5 ілюструють цю закономірність. З фізичної то-
чки зору це означає, що статистичний показник безперервного стохастичного
процесу, яким є гірничі роботи [6], можна виділити, взявши за основу ковзне
вікно вибірки не менше 16-18 діб.
Виконаний статистичний аналіз дозволив встановити кількісний зв'язок
між показником ритмічності лави і ступенем її керованості. Як уже зазнача-
лося на початку статті, ці показники повинні бути пов'язаними між собою.
Для встановлення такої залежності був виконаний додатковий аналіз кореля-
ції між темпами зміни коефіцієнта варіації видобутку та самого видобутку.
При цьому в якості кількісної характеристики ритмічності було використано
коефіцієнт варіації видобутку, а величина середньої видобутку з лави по від-
ношенню до нормативного рівня відображала керованість. Чим вищий коефі-
цієнт варіації видобутку, тим менш ритмічно працює лава, і чим менший її
видобуток у порівнянні з нормативним рівнем, тим гірша її керованість. Гра-
фіки видобутку та коефіцієнта варіації були продиференційовані в часі. Це
дозволило оцінити динаміку роботи очисного вибою в часі.
Оцінку керованості очисного вибою від ритмічності його роботи прово-
дили виходячи з концепції, згідно з якою можна розглядати лаву як відкриту
термодинамічну систему, що пропускає через себе потоки енергії та речовини
[7]. Стійкість такої системи визначається флуктуаціями певних параметрів. У
Физико-технические проблемы горного производства 2021, вып. 23
224
даному випадку в якості флуктуації розглядалась варіація або дисперсія ви-
добутку з лави. За визначеним рівнем або тривалістю флуктуації очисний ви-
бій може змінити свій режим роботи. Концептуально чим більша амплітуда
флуктуації або її тривалість, тим вища ймовірність переходу лави з більш
стійкого або керованого режиму роботи в менш стійкий з втратою видобутку
як наслідок цього переходу. Другим опорним моментом висунутої концепції
є добре відомий факт затримки реакції складних відкритих термодинамічних
систем на флуктуації [8]. Саме час затримки часто використовують для того,
щоб встигнути прореагувати на негативну тенденцію розвитку процесу, який
запускається флуктуацією. Важливо тепер знайти кількісний показник флук-
туації, який є критичним і вирішальним для переходу системи «очисний ви-
бій» в менш керований режим.
Рисунок 5. Графіки залежності дисперсії від кількості інтервалів
Для цього на графіках похідних коефіцієнта варіації та видобутку виділя-
лися окремі ділянки шкали часу, на яких спостерігалось безперервне зростання
коефіцієнту варіації видобутку, що виражалося в позитивному знаку його по-
хідної за часом. Після цього визначався кореляційний зв'язок між величинами
похідних коефіцієнту варіації та видобутку. Для встановлення часу затримки
реакції лави на зростання варіації видобутку використовувався зсув у часі між
числовим рядом похідної коефіцієнту варіації та рядком похідної видобутку.
Таким чином, було перевірено тривалість безперервного зростання коефіцієнта
варіації за 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 діб та затримки реакції лави на період від доби до
15 діб. Всього було виконано 120 чисельних експериментів. Як критерій вели-
чини кореляції використовувався стандартний показник тісноти зв'язку R2. Та-
ким чином, було виявлено критичну тривалість флуктуації, а також затримку
в часі, з якою лава реагує на цю критичну флуктуацію.
Виявилося, що переважна кількість пар наборів похідних коефіцієнту варіа-
ції видобутку і похідної самого видобутку за часом, продемонстрували слабку
Физико-технические проблемы горного производства 2021, вып. 23
225
взаємну залежність, величина показника тісноти зв'язку якої становила від ти-
сячних до декількох десятих. Відомо, що кореляційний зв'язок можна вважати
досить достовірним або значущим, якщо показник тісноти зв'язку переви-
щує 0,5. Найбільше значення показника тісноти зв'язку виявилося у пари набо-
рів, яка відповідає тривалості в шість діб, безперервного зростання коефіцієнту
варіації видобутку та затримки реакції очисного вибою тривалістю в 6 і 12 діб
(рис. 6). Показник тісноти зв'язку при цьому змінювався в межах від 0,56 до
0,73, що слід визнати як вельми значущий зв'язок. Очевидно, що затримка реа-
кції на 12 діб кратна мінімальної тривалості затримки в 6 діб, і по суті, є дода-
тковим підтвердженням встановленого зв'язку.
Рисунок 6. Залежність падіння видобутку з лави із зниженням ритмічності
її роботи
3. ОБГОВОРЕННЯ
Отримана залежність має дуже важливе практичне значення. Якщо органі-
зувати щодобовий моніторинг видобутку з лави, можна з високою вірогідні-
стю прогнозувати керованість її роботи за показником ритмічності, в якості
якого використовується коефіцієнт варіації. Методика моніторингу полягає в
наступному. Щодоби визначається коефіцієнт варіації роботи очисного ви-
бою. При цьому дисперсію та варіацію видобутку визначають у ковзному ві-
кні тривалістю 18 діб, як описано на початку даної статті. Сигнал «небезпе-
чно» видається в тому випадку, коли протягом 5-6 діб коефіцієнт варіації про-
довжує зростати. У цьому випадку немає необхідності чекати закінчення мі-
сяця, щоб підвести підсумки роботи лави і прийняти невчасне управлінське
рішення. Про необхідність прийняття оперативних заходів з повернення лави
до керованого режиму роботи свідчить безперервне зростання коефіцієнту ва-
ріації видобутку протягом 5-6 діб роботи лави. Зауважимо, що за цей період
середній рівень видобутку може залишатися однаковим або незначно зміню-
ватись. Однак виникнення 5-6 денного безперервного зростання коефіцієнту
Физико-технические проблемы горного производства 2021, вып. 23
226
варіації свідчить про наявність стійкої негативної тенденції, яка з ймовірні-
стю більше 95% може привести до зниження рівня керованості очисного ви-
бою, що позначиться у вигляді зниження місячного рівня видобутку вугілля.
Тому подібний аналіз дозволяє менеджменту шахти своєчасно вжити адеква-
тних заходів щодо стабілізації роботи очисного вибою.
4. ВИСНОВКИ
Виконано статистичний аналіз добового видобутку з комплексно механі-
зованих очисних вибоїв. Доведено, що стійкі значення першого початкового
(середнього рівня видобутку), а також другого (дисперсії) і третього (асимет-
рії) центральних статистичних моментів забезпечуються за умови викорис-
тання ковзного вікна тривалістю 16-18 діб.
Знайдена значуща статистична залежність між тривалістю безперервного
щодобового зростання коефіцієнту варіації видобутку та її подальшим стій-
ким падінням. Показано, що безперервне зростання коефіцієнта варіації ви-
добутку протягом 5-6 діб є небезпечним (критичним) і призводить до зни-
ження рівня керованості очисного вибою. Встановлено, що лава реагує на
критичний рівень флуктуації видобутку із затримкою в 6 діб.
Запропоновано методику моніторингу динаміки видобутку, що забезпечує
своєчасну реакцію на негативну тенденцію керованості очисного вибою. За-
стосування такої методики дозволяє оперативно вживати заходів зі стабіліза-
ції або поліпшення керованості роботи лави, і як наслідок, забезпечення ста-
лого рівня видобутку.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Федоров В.Н. К вопросу технического регулирования производственных про-
цессов современной шахты // Уголь, 2010. – №2. – С. 49–51.
2. Федоров В.Н. Обеспечение ритмичной работы очистных забоев – главное
условие роста эффективности // Уголь, №1, 2009.- С.70–73.
3. Preusse A. Analysis of the dynamics of mining in range of a product transmission
overhead line//22nd International Conference of Control Mining. Morgantown, WVU,
2003.-Pp.344–347.
4. Ильяшов М.А., Агафонов А.В., Кочерга В.Н., Бондарь А.А. Особенности ме-
тановыделения в высоконагруженных очистных забоях // Уголь. – 2010. – №7. – С.
24–26.
5. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. – М.: Наука, 1969.- 576с.
6. Ильяшов М.А. и др. Исследование зависимости темпов проходки под влия-
нием стохастических факторов // Наукові праці ДонНТУ. Серія гірничо-геологічна.-
Донецьк: ДонНТУ, 2010.-С. 210–222.
7. Бондаренко В.І., Ковалевська І.А., Симанович Г.А. та ін. Геомеханіка безава-
рійної роботи високонавантажених лав шахт // Науковий вісник НГУ, 2010, №11-12.-
С.137–147.
8. Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчи-
вости и флуктуаций. – М.: Мир, 1973.-324с.
9. Бондаренко В., Черняк В., Кейвуд Ф., Черватюк В. (2017). Технологічна без-
пека стійкого розвитку вугільних підприємств. Mining of Mineral Deposits. 11(2), 1–
11. https://doi.org/10.15407/mining11.02.001
Физико-технические проблемы горного производства 2021, вып. 23
227
REFERENCES
1. Fedorov V.N. (2010) K voprosu tekhnycheskoho rehulyrovanyia
proyzvodstvennykh protsessov sovremennoi shakhty. Uhol. 2. 49–51
2. Fedorov V.N. (2011) Obespechenye rytmychnoi rabote ochystnekh zaboev –
hlavnoe uslovye rosta effektyvnosty. Uhol. 1. 70–73.
3. Preusse A. (2003) Analysis of the dynamics of mining in range of a product
transmission overhead line. 22nd International Conference of Control Mining.
Morgantown. WVU. 344–347.
4. Yliashov M.A., Ahafonov A.V., Kocherha V.N., Bondar A.A. (2010) Osobennosty
me-tanovydelenyia v vysokonahruzhennykh ochystnykh zaboiakh. Uhol. 7. 24–26.
5. Venttsel E.S. (2001) Teoryia veroiatnostei. M. Vysshaia shkola. 576.
6. Yliashov M.A. (2010). Issledovanye zavisymosti tempov prokhodki pod vlyianyem
stokhastycheskikh faktorov. Naukovi pratsi DonNTU. Seriia hirnycho-heolohichna.
Donetsk. Don-NTU, 210–222.
7. Bondarenko V.I., Kovalevska I.A., Symanovych H.A. ta in. (2010) Heomekhanika
bezava-riinoi roboty vysokonavantazhenykh lav shakht. Naukovyi visnyk NHU. 11-12.137–147.
8. Hlensdorf P., Pryhozhyn Y. (1973) Termodynamycheskaia teoria struktury,
ustoichivosti i fluktuatsii. M. Mir. 324.
9. Bondarenko V., Cherniak V., Keivud F., Chervatiuk V. (2017). Tekhnolohichna
bezpeka stiikoho rozvytku vuhilnykh pidpryiemstv. Mining of Mineral Deposits. 11(2), 1–
11. https://doi.org/10.15407/mining11.02.001
ABSTRACT (IN UKRAINIAN)
Мета. Розробка методики моніторингу динаміки вуглевидобутку з очисних
вибоїв на основі аналізу їх роботи за розподілом показників добового та міся-
чного видобутку вугілля. Завданнями досліджень є аналіз гістограм розподілу
та встановлення кількісного зв'язку між показником ритмічності лави та сту-
пенем її керованості.
Методика. Виконано статистичний аналіз добового видобутку з комплексно
механізованих очисних вибоїв. Доведено, що стійкі значення першого почат-
кового, а також другого і третього центральних статистичних моментів забез-
печуються за умови використання ковзного вікна тривалістю 16-18 діб.
Результати. Знайдена значуща статистична залежність між тривалістю без-
перервного щодобового зростання коефіцієнта варіації видобутку та її пода-
льшим стійким падінням. Показано, що безперервне зростання коефіцієнта
варіації видобутку протягом 5-6 діб є небезпечним (критичним) і призводить
до зниження рівня керованості очисного вибою. Встановлено, що лава реагує
на критичний рівень флуктуації видобутку із затримкою в 6 діб.
Наукова новизна. Уперше встановлено, що гістограми варіації стійкого видо-
бутку з керованих очисних вибоїв несиметричні та зміщені у бік планового на-
вантаження, а у слабо керованих – симетричні, причому амплітуда варіації видо-
бутку з очисних вибоїв знаходиться в експоненціальній залежності від його ве-
личини, що дозволяє підвищити надійність результатів кількісного прогнозу ри-
зиків втрати ритмічності основних та допоміжних процесів вуглевидобутку.
Практична значимість. Запропоновано методику моніторингу динаміки ви-
добутку, що забезпечує своєчасну реакцію на негативну тенденцію керовано-
Физико-технические проблемы горного производства 2021, вып. 23
228
сті очисного вибою. Застосування такої методики дозволяє оперативно вжи-
вати заходів зі стабілізації або поліпшення керованості роботи лави, і як на-
слідок, забезпечення сталого рівня видобутку.
Ключові слова: варіація видобутку, керованість, стійка робота, гістограма
розподілу
ABSTRACT (IN RUSSIAN)
Цель. Разработка методики мониторинга динамики угледобычи из очистных
забоев на основе анализа их работы по распределению показателей суточной
и месячной добычи угля. Задачами исследований является анализ гистограмм
распределения и установления количественной связи между показателем
ритмичности лавы и степени ее управляемости.
Методика. Выполнен статистический анализ суточной добычи с комплексно
механизированных очистных забоев. Доказано, что устойчивые значения пер-
вого начального, а также второго и третьего центральных статистических мо-
ментов обеспечиваются при использовании скользящего окна продолжитель-
ностью 16-18 суток.
Результаты. Найдена значимая статистическая зависимость между продол-
жительностью непрерывного посуточного роста коэффициента вариации
добычи и его последующим устойчивым падением. Показано, что непре-
рывный рост коэффициента вариации добычи в течение 5-6 суток является
опасным (критическим) и приводит к снижению уровня управляемости очис-
тного забоя. Установлено, что лава реагирует на критический уровень флук-
туации добычи с задержкой в 6 суток.
Научная новизна. Впервые установлено, что гистограммы вариации устой-
чивой добычи управляемых очистных забоев несимметричные и смещены в
сторону плановой нагрузки, а в слабо управляемых – симметричные, причем,
амплитуда вариации добычи из очистных забоев находится в экспоненциаль-
ной зависимости от ее величины, что позволяет повысить надежность резуль-
татов количественного прогноза рисков потери ритмичности основных и
вспомогательных процессов угледобычи.
Практическая значимость. Предложена методика мониторинга динамики
добычи, обеспечивающая своевременную реакцию на негативную тенденцию
управляемости очистного забоя. Использование такой методики позволяет опе-
ративно принимать меры по стабилизации или улучшения управляемости ра-
боты лавы и как следствие, обеспечение устойчивого уровня добычи.
Ключевые слова: вариация добычи, управляемость, устойчивая работа, гис-
тограмма распределения
ABOUT AUTHORS
Merzlikin Artem, Candidate of Technical Sciences (Ph. D.), Public higher education
institution Donetsk National Technical University, 2 Shybankova Square, Pokrovsk,
Donetsk region, Ukraine, 85300. E-mail: artem.merzlikin@donntu.edu.ua
mailto:artem.merzlikin@donntu.edu.ua
|