A mathematical model of optimization of the implementation of high technologies to the coal-mining industry of Ukraine
One of the main causes for the low efficiency of enterprises of the coal-mining industry is the high level of depreciation of the equipment for cleaning and preparatory operations, underground transport, etc.During the period of economic difficulties in the country, one of the important issues in th...
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/455 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871103831623860224 |
|---|---|
| author | Stohniy O.V Makortetskiy M.M. |
| author_facet | Stohniy O.V Makortetskiy M.M. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Stohniy O.V",
"institution": null
},
{
"author": "Makortetskiy M.M.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Stohniy O.V |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:39Z |
| description | One of the main causes for the low efficiency of enterprises of the coal-mining industry is the high level of depreciation of the equipment for cleaning and preparatory operations, underground transport, etc.During the period of economic difficulties in the country, one of the important issues in the field of modernization of enterprises of the coal-mining industry is the optimal usage of state’s means, i.e. ensuring the maximum productivity of an installed equipment at the minimum power consumption during its operation.A model of optimization of the facilities of coal-mining complexes is proposed. The productivity of the industry at a minimum consumption of electric power and minimum expenditures on the modernization of mines is chosen as the optimization criterion.The approbation of the model on the formation of Ukraine’s coal-mining complexes by the developed algorithm testifies to its workability and adequacy to the object under study. The results of simulations indicate a high efficiency of the optimum variant of the implementation of high technologies. |
| first_indexed | 2026-03-24T02:01:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
27ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2012, вип. 2 (29)
Про чисельні проблеми вуглевидобувної галу-
зі сказано і написано багато. Серед найакту-
альніших – відновлення шахтного фонду.
Одна з основних причин низької ефектив-
ності вуглевидобувних підприємств – високий
рівень фізичного та морального зносу устатку-
вання для очисних і підготовчих робіт, підзем-
ного транспорту тощо. Багато втрачає галузь і
від використання застарілої техніки. В очис-
них вибоях близько 75% механізованих ком-
плексів не відповідають необхідному технічно-
му рівню, є малонадійними і не пристосовани-
ми для роботи у складних гірничо-геологічних
умовах.
У свою чергу, головними причинами «ста-
ріння» шахтного фонду країни є:
– незадовільне відтворення потужностей,
викликане систематичним недостатнім виді-
ленням капітальних коштів на розвиток і тех-
нічне переоснащення галузі;
– зношення промислово-виробничих фон-
дів вуглевидобувних підприємств.
На незадовільному стані шахтного фонду, і
передусім гірничих робіт, негативно позначи-
лось відставання у створенні технічної бази,
призначеної для видобутку вугілля на тонких,
пологих і крутих пластах.
Підприємства вуглевидобувної галузі
України протягом останніх років своєї діяль-
ності отримують державну підтримку в сумі
понад 3 млрд грн щорічно. Вступ України до
Світової організації торгівлі передбачає істот-
не обмеження субсидування промислових під-
приємств, яке, як вказується в «Угоді щодо
субсидій і компенсаційних заходів», негативно
впливає на міжнародну торгівлю і конкурен-
цію [1]. Таким чином, в нових умовах господа-
рюючі суб’єкти, що знаходяться в державній
власності, будуть вимушені працювати на
принципах комерційного розрахунку.
За всю історію своєї діяльності вугільна
промисловість колишнього СРСР (1917–
–1991 рр.), із врахуванням видобутку вугілля
на розрізах, працювала без збитків в окремі
періоди у сумі не більше 9 років, після кожно-
го чергового підвищення цін на вугілля.
Проте, із врахуванням державних вкладень у
вугільну промисловість, самодостатньою
галузь не була ніколи. Станом на 2006 рік з
138 державних шахт лише 15 (11%) – фінансо-
во збалансовані, збитки по галузі становили
близько 3 млрд грн [2]. В таких умовах навіть
високорентабельні підприємства не можуть
забезпечити просте відтворення основних фон-
дів, заповнити інфляційні втрати оборотних
коштів і, зрештою, вимушені скорочувати
обсяги виробництва.
Ще однією важливою специфічною харак-
теристикою (особливістю) вуглевидобувних
підприємств є те, що на відміну від підпри-
ємств інших галузей промисловості вони,
навіть в ідеальній економіці, в принципі, не
можуть забезпечувати просте відтворення
основних фондів на основі амортизаційних
відрахувань. Це пов’язано з тим, що кожного
наступного періоду вугілля видобувається з
глибших горизонтів, в складніших гірничо-гео-
логічних умовах, а це вимагає додаткових капі-
тальних вкладень. Шахти, які мають іннова-
ційний потенціал, після реконструкції і техніч-
УДК 622:001.12/.18:658.589 О.В. СТОГНІЙ, канд. техн. наук, М.М. МАКОРТЕЦЬКИЙ
Інститут загальної енергетики НАН України, м. Київ
МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ОПТИМІЗАЦІЇ ВПРОВАДЖЕННЯ ПЕРЕДОВОЇ ТЕХНІКИ
У ВУГЛЕВИДОБУВНІЙ ГАЛУЗІ УКРАЇНИ
Запропоновано модель оптимізації устаткування вуглевидобувних комплексів. Вибрано
критерієм оптимальності максимальну продуктивність галузі при мінімальному спожи-
ванні електроенергії та мінімальних фінансових витратах на модернізацію шахт.
Проведено апробацію моделі під час формування вуглевидобувних комплексів вітчиз-
няного виробництва.
К л ю ч о в і с л о в а: вуглевидобувна галузь, математична модель, програмно-інформа-
ційний комплекс, гірниче устаткування, капіталовкладення.
© О.В. СТОГНІЙ, М.М. МАКОРТЕЦЬКИЙ , 2012
ного переозброєння за рахунок коштів держав-
ного бюджету зможуть відносно тривалий
період обходитися без дотацій і, таким чином,
відповідати «Угоді щодо субсидій і компенса-
ційних заходів». Тому єдине, що може забез-
печити стабільне існування галузі – це техніч-
не переоснащення підприємств.
В ситуації, коли економіка країни пережи-
ває складний період, важливим питанням у
модернізації підприємств вугільної галузі є
оптимальне використання державних коштів,
тобто забезпечення максимальної продуктив-
ності встановленого обладнання при міні-
мальних енергетичних витратах у результаті
його експлуатації. В даній роботі розгляда-
ється задача визначення оптимального варі-
анта технічного устаткування вуглевидобув-
них комплексів. Критерієм оптимальності
вибрано продуктивність галузі при мінімаль-
ному споживанні електроенергії та мінімаль-
них фінансових витратах на модернізацію
шахт, тобто
Комплексна характеристика продуктивно-
сті технічного комплексу в загальному випад-
ку визначається з виробничо-технічних харак-
теристик обладнання, на якому він ґрунту-
ється, тобто є функцією складових комплексу
Отримані залежності є основою математич-
ної моделі, яка надає можливість проводити
багатоваріантні розрахунки технічного пере-
оснащення вугільної галузі, визначати еконо-
мічно доцільні оптимальні варіанти. Крім
того, спираючись на результати розрахунків,
можна виробити рекомендації щодо диферен-
ційованого виділення державних коштів на
технічне переоснащення вуглевидобувних під-
приємств.
Алгоритм розглянутої моделі передбачає
наявність у базі даних переліку гірничого
обладнання з його виробничо-технічними
характеристиками, такими як:
– діапазон гранично допустимих характери-
стик за потужністю пласта, м;
– діапазон гранично допустимих характери-
стик за кутом падіння пласта, град;
28 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2012, вип. 2 (29)
О.В. СТОГНІЙ, М.М. МАКОРТЕЦЬКИЙ
– продуктивність, т/хв;
– потужність приводу, кВт;
– ресурс до капітального ремонту, млн т;
– вартість, грн;
– допустимі варіанти комплектації.
Крім того, використано, як базові, стати-
стичні дані результатів роботи шахт України в
2011 році. Наведені показники входять до
складу бази даних програмно-інформаційного
комплексу (ПIК), який створений і експлуату-
ється в Iнституті загальної енергетики НАН
України.
У даній роботі розглядається варіант ком-
плектації комплексів вуглевидобувною техні-
кою на базі серійного обладнання, що виготов-
ляється вітчизняними підприємствами. В
практичних розрахунках оптимального варіан-
та оснащення галузі новою технікою викори-
стано техніко-економічні характеристики тако-
го обладнання: 39 різних типів кріплення N1,
24 типи конвеєрів N2, а також 35 видів вий-
мальної техніки N3. Задача (1) – (4) сформу-
льована як задача лінійного програмування,
пошук оптимального розв’язку якої лежить в
області методів розв’язування екстремальних
задач. Однак практичне використання класич-
них методів такого класу для пошуку опти-
мального плану розглянутої задачі є непри-
йнятним. Проблема в тому, що залежність
функціонала (1) від різноманітних варіантів
комплектації вуглевидобувної техніки, а також
від геологічних характеристик конкретної
шахти чи лави є дискретною і не монотонною,
тобто не задовольняє вимоги неперервності як
самої цільової функції, так і її частинних
похідних за багатьма незалежними змінними.
З іншого боку задача є фізично коректною,
тобто існує варіант набору устаткування вугле-
видобувного комплексу, який забезпечить
максимальну продуктивність і-го вибою при
оптимальному співвідношенні виробничих і
вартісних характеристик впровадженого
обладнання, тобто існує
По-перше за своїми технічними характери-
стиками кожна із трьох складових комплексу
W може бути доповнена обмеженим набором
устаткування інших складових; по-друге, такі
геологічні характеристики пласта, як його
потужність і кут нахилу повинні бути в межах
відповідних допустимих технічних характери-
стик складових комплексу. Тільки ті елементи
матриці, які відповідають цим умовам, будуть
дійсними величинами, всі інші – не мають
числових значень, тобто:
29ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2012, вип. 2 (29)
Математична модель оптимізації впровадження передової техніки у вуглевидобувній галузі України
(8)
30 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2012, вип. 2 (29)
О.В. СТОГНІЙ, М.М. МАКОРТЕЦЬКИЙ
Рис. 1. Оптимальний варіант технічного переоснащення лави
Алгоритм реалізації розглянутої моделі побудо-
вано на використанні функціональних особливо-
стей ПIК і його бази даних в середовищі Microsoft
Excel. Структурно він адаптований до ПIК і є його
невід’ємною складовою, що надає можливість
отримувати результати розрахунків і аналізува-
ти їх за різноманітними критеріями. Програмно
алгоритм побудований на використанні вбудова-
них в Excel функцій з використанням різнома-
нітних критеріїв, які формуються відповідно
заданим обмеженням у розроблених формах.
31ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2012, вип. 2 (29)
Математична модель оптимізації впровадження передової техніки у вуглевидобувній галузі України
Для отримання оптимального варіанта ком-
плектації лави необхідно ввести її порядковий
номер до відповідної комірки інтерфейсної
форми (рис. 1). У результаті розраховуються і
відображаються на рис. 1 всі фактичні характе-
ристики шахти, якій належить даний пласт, а
також оптимальний варіант комплексу з його
виробничо-технічними характеристиками, що
може забезпечити максимальну продуктив-
ність цієї лави відповідно до розглянутого
алгоритму.
кріплення – 1КД80; конвеєр – СП250; ком-
байн – КА200, цей склад елементів комплексу
з їх кодами і відображений на рис. 1. Введення
кодів для складових комплексу покликане
бажанням спростити створення програмних
засобів, що реалізують розроблений алгоритм.
Всі техніко-економічні характеристики скла-
дових комплексу відповідно до отриманих
(рис. 1) кодів програмно визначаються з бази
даних ПІК, яка містить у своєму складі найме-
нування гірничого обладнання вітчизняного
виробництва та його виробничо-технічні
характеристики. Отримані результати фік-
суються як значення у відповідних таблицях
Excel. Така процедура отримання оптимально-
го варіанта формування комплексу викону-
ється послідовно для всіх лав галузі.
Аналіз отриманих результатів показує висо-
ку ефективність отриманого варіанта впровад-
Рис.2. Результати розрахунків порівняно з фактичними
32 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2012, вип. 2 (29)
О.В. СТОГНІЙ, М.М. МАКОРТЕЦЬКИЙ
Т
аб
ли
ца
1
. Ф
ра
гм
ен
т
м
ат
ри
ці
д
об
ут
ку
п
ри
ве
де
ни
х
ве
ли
чи
н
пр
од
ук
ти
вн
ос
ті
к
ом
пл
ек
су
«К
рі
пл
ен
ня
К
он
ве
єр
К
ом
ба
йн
»
33ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2012, вип. 2 (29)
Математична модель оптимізації впровадження передової техніки у вуглевидобувній галузі України
Т
аб
ли
ця
2
.О
пт
им
ал
ьн
і р
ез
ул
ьт
ат
и
ро
зр
ах
ун
кі
в
те
хн
іч
но
го
п
ер
ео
сн
ащ
ен
ня
ш
ах
т
ження нової техніки, що видно, наприклад, з
рис. 2: на шахтах з проектною потужністю
понад 800 тис. т і виробничою потужністю до
800 тис. т, які видобувають енергетичне вугіл-
ля, мають пласти потужністю понад 0,8 м і
значні промислові запаси (забезпеченість запа-
сами при існуючих виробничих потужностях
понад 20 років) при оснащенні лав новою тех-
нікою видобуток вугілля може бути збільше-
ний приблизно у 2,5 рази. При цьому коефіці-
єнт машинного часу під час визначення опти-
мального варіанта комплексу для кожної лави
дорівнював фактичному, а для тих лав, де він
невідомий (внаслідок неповних даних вироб-
ничо-технічних характеристик фактично пра-
цюючого обладнання), був прийнятий як
середньозважений по галузі відносно обсягів
видобутку вугілля. Як бачимо з рис. 2, серед-
ньозважене значення цього коефіцієнта в
результаті перерозподілу прогнозних обсягів
видобутку вугілля між окремими шахтами
дещо відрізняється від фактичного. Детальні
результати розрахунків для цієї групи шахт
наведено в таблиці 2. Отримані результати
необхідно розглядати як верхню межу потен-
ційних можливостей вуглевидобувної галузі
при впровадженні обладнання відповідно до
отриманого оптимального варіанта на основі
наявного в базі даних ПIК обладнання.
Доречно зауважити, що в розрахунках викори-
стано, в основному, експертні оцінки вартості
обладнання, причиною цього є відсутність цих
даних в інформаційних джерелах, тому досто-
вірність розрахунків може бути досягнута
лише за наявності в базі даних ПIК реальних
вартісних характеристик обладнання. Крім
того, практично обсяги вугілля, що видобу-
ваються на конкретній шахті, обмежені її про-
ектною потужністю, тому реальні показники
роботи нового обладнання на деяких шахтах
будуть нижчими від розрахованих за приведе-
ним алгоритмом. Враховуючи ці обставини
потенціал вуглевидобувної галузі при опти-
мальному технічному переоснащенні забезпе-
чує вирішення проблеми енергетичної безпеки
держави відповідно до енергетичної стратегії.
А якщо взяти до уваги те, що нове обладнан-
ня може працювати значний термін з вищим
коефіцієнтом машинного часу, то результати
будуть ще оптимістичними.
На основі виконаних досліджень зроблено
такі висновки:
– запропонована модель оптимізації розвит-
ку шахтного фонду України за рахунок забез-
печення максимальної продуктивності вста-
новленого обладнання при мінімальних енер-
гетичних витратах є ефективним вирішенням
важливої проблеми модернізації підприємств
вуглевидобувної галузі за рахунок ефективно-
го використання державних коштів;
– проведена апробація моделі при форму-
ванні вуглевидобувних комплексів у вугільній
промисловості України за розробленим алго-
ритмом засвідчила працездатність моделі та її
адекватність об’єкту дослідження.
1. Світова організація торгівлі: перспективи
та виклики для України. – К.:ДП «Нора-
Друк», 2005. – 104 с.
2. Акмаев А.И., Белозерцев В.Н. Оценка воз-
можностей функционирования угледобы-
вающих предприятий Минуглепрома
Украины на принципах коммерческого
расчета [Електронний ресурс]. Офіційний
веб-сайт Міністерства вугільної промисло-
вості України. – Режим доступу:
http://www.mvp.gov.ua/mvp/control/uk/pub-
lish/article?art_id=71610&cat_id=70075.
Надійшла до редакції 31.05.2012 р.
34 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2012, вип. 2 (29)
О.В. СТОГНІЙ, М.М. МАКОРТЕЦЬКИЙ
|
| id | systemreorg-article-455 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:14:27Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/30/8a1ea3a0226215d93bfe1c6db660ab30.pdf |
| spelling | systemreorg-article-4552026-07-18T12:57:39Z A mathematical model of optimization of the implementation of high technologies to the coal-mining industry of Ukraine Математична модель оптимізації впровадження передової техніки у вуглевидобувній галузі України Stohniy O.V Makortetskiy M.M. coal-mining industry, mathematical model, software complex, mining equipment, capital investments. вуглевидобувна галузь, математична модель, програмно-інформаційний комплекс, гірниче устаткування, капіталовкладення. One of the main causes for the low efficiency of enterprises of the coal-mining industry is the high level of depreciation of the equipment for cleaning and preparatory operations, underground transport, etc.During the period of economic difficulties in the country, one of the important issues in the field of modernization of enterprises of the coal-mining industry is the optimal usage of state’s means, i.e. ensuring the maximum productivity of an installed equipment at the minimum power consumption during its operation.A model of optimization of the facilities of coal-mining complexes is proposed. The productivity of the industry at a minimum consumption of electric power and minimum expenditures on the modernization of mines is chosen as the optimization criterion.The approbation of the model on the formation of Ukraine’s coal-mining complexes by the developed algorithm testifies to its workability and adequacy to the object under study. The results of simulations indicate a high efficiency of the optimum variant of the implementation of high technologies. Одна з основних причин низької ефективності вуглевидобувних підприємств – високий рівень фізичного та морального зносу устаткування для очисних і підготовчих робіт, підземного транспорту тощо.В ситуації, коли економіка країни переживає складний період, важливим питанням у модернізації підприємств вугільної галузі є оптимальне використання державних коштів, тобто забезпечення максимальної продуктивності встановленого обладнання при мінімальних енергетичних витратах у результаті його експлуатації.Запропоновано модель оптимізації устаткування вуглевидобувних комплексів. Вибрано критерієм оптимальності продуктивність галузі при мінімальному споживанні електроенергії та мінімальних фінансових витратах на модернізацію шахт.Апробація моделі під час формування вуглевидобувних комплексів у вугільній промисловості України за розробленим алгоритмом засвідчила працездатність моделі та її адекватність об’єкту дослідження. Отримані результати показують високу ефективність оптимального варіанта впровадження нової техніки. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2012-10-19 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/455 System Research in Energy; No. 2 (29) (2012): The Problems of General Energy; 27-34 Системні дослідження в енергетиці; № 2 (29) (2012): Проблеми загальної енергетики; 27-34 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/455/391 Copyright (c) 2012 Stohniy O.V, Makortetskiy M.M. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | coal-mining industry mathematical model software complex mining equipment capital investments. Stohniy O.V Makortetskiy M.M. A mathematical model of optimization of the implementation of high technologies to the coal-mining industry of Ukraine |
| title | A mathematical model of optimization of the implementation of high technologies to the coal-mining industry of Ukraine |
| title_alt | Математична модель оптимізації впровадження передової техніки у вуглевидобувній галузі України |
| title_full | A mathematical model of optimization of the implementation of high technologies to the coal-mining industry of Ukraine |
| title_fullStr | A mathematical model of optimization of the implementation of high technologies to the coal-mining industry of Ukraine |
| title_full_unstemmed | A mathematical model of optimization of the implementation of high technologies to the coal-mining industry of Ukraine |
| title_short | A mathematical model of optimization of the implementation of high technologies to the coal-mining industry of Ukraine |
| title_sort | mathematical model of optimization of the implementation of high technologies to the coal-mining industry of ukraine |
| topic | coal-mining industry mathematical model software complex mining equipment capital investments. |
| topic_facet | coal-mining industry mathematical model software complex mining equipment capital investments. вуглевидобувна галузь математична модель програмно-інформаційний комплекс гірниче устаткування капіталовкладення. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/455 |
| work_keys_str_mv | AT stohniyov amathematicalmodelofoptimizationoftheimplementationofhightechnologiestothecoalminingindustryofukraine AT makortetskiymm amathematicalmodelofoptimizationoftheimplementationofhightechnologiestothecoalminingindustryofukraine AT stohniyov matematičnamodelʹoptimízacíívprovadžennâperedovoítehníkiuvuglevidobuvníjgaluzíukraíni AT makortetskiymm matematičnamodelʹoptimízacíívprovadžennâperedovoítehníkiuvuglevidobuvníjgaluzíukraíni AT stohniyov mathematicalmodelofoptimizationoftheimplementationofhightechnologiestothecoalminingindustryofukraine AT makortetskiymm mathematicalmodelofoptimizationoftheimplementationofhightechnologiestothecoalminingindustryofukraine |