№70-04
Методологія проєктування багатопараметричних процесів управління напружено-деформованим станом масиву гірських порід
А.О. Хорольський1, А.В. Косенко1, І.І. Чоботько1
1 Відділення фізики гірничих процесів Інституту геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України, Дніпро, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2022, 70:46-56
https://doi.org/10.33271/crpnmu/70.046
Full text (PDF)
АНОТАЦІЯ
Мета. Розробити новий підхід щодо проєктування багатопараметричних процесів управління напружено-деформованим станом масиву гірських порід на основі застосування декомпозиційного підходу й алгоритмів оптимізації.
Методика. Для вирішення поставленої задачі застосовано комплексний метод, що полягає у формалізації альтернативних технологічних рішень щодо управління напружено-деформованим станом масиву гірських порід шляхом перетворення у мережеві моделі. Подальше застосування алгоритмів оптимізації на мережевих моделях і графах дозволяє обрати найбільш оптимальну технологію спорудження чи експлуатації гірничих виробок.
Результати. Розроблено методологічний підхід щодо проєктування процесів управління напружено-деформованим станом масиву гірських порід. Для цього, у якості інструменту прийняття рішень, застосовано декомпозиційний підхід, що дозволило врахувати багатоманіття параметрів, які впливають на ефективність спорудження чи експлуатації виробок. Після вибору інструментів прийняття рішень було запропоновано критерій оцінки ефективності спорудження чи експлуатації гірничих виробок, який враховує ймовірнісну надійність і витрати на спорудження або експлуатацію. Для проєктування багатопараметричних процесів управління напружено-деформованим станом було досліджено технологічні цикли зі зведення та експлуатації кріплення гірничих виробок із застосуванням альтернативних технологій і матеріалів, що дозволило виявити загальні етапи та перейти до формалізації задачі із пошуку оптимальної технології. Процедура формалізації передбачала представлення альтернативних технологій та рішень у вигляді мережевої моделі. Подальше застосування алгоритмів оптимізації дозволило визначити найбільш оптимальний тип кріплення з позиції мінімізації оптимізаційного параметру.
Наукова новизна. Розроблено та наведено алгоритмічну процедуру процесу проєктування багатопараметричних процесів управління напружено-деформованим станом масиву гірських порід на основі застосування декомпозиційного підходу, що дозволило врахувати багатоманіття, за природою і ступенем впливу параметрів, а також визначити найбільш оптимальні способи спорудження чи експлуатації гірничих виробок.
Практична значимість. Визначено критерії ефективності процесу спорудження чи експлуатації виробок, що дозволило перейти до узагальнення технологічних етапів спорудження й експлуатації гірничих виробок незалежно від типу кріплення. На основі застосування алгоритмів оптимізації на мережах і графах створено систему підтримки прийняття рішень, яка дозволяє автоматизувати процес проєктування, а також визначати найбільш оптимальну технологію спорудження й експлуатації виробок залежно від заданого оптимізаційного параметру.
Ключові слова: масив гірських порід, проєктування, параметр, технологія, експлуатація, гірнича виробка, вироблений простір, програмне забезпечення.
Перелік посилань
1. BazalukO, PetlovanyiM, ZubkoS, LozynskyiV. & SaiK. (2021). Instability Assessment of Hanging Wall Rocks during Underground Mining of Iron Ores. Minerals, 11(8):858.
https://doi.org/10.3390/min11080858
2. Fomychov, V., Fomychova, L., Khorolskyi, A., Mamaikin, O., & Pochepov, V. (2020). Determining optimal border parameters to design a reused mine working. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 15(24), 3039-3049.
3. Bondarenko, V. I., Kovalevska, I. A., Podkopaiev, S. V., Sheka, I. V., & Tsivka, Y. S. (2022, June). Substantiating arched support made of composite materials (carbon fiber-reinforced plastic) for mine workings in coal mines. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science(Vol. 1049, No. 1, p. 012026). IOPPublishing.
https://doi.org/10.1088/1755-1315/1049/1/012026
4. Шека, І. В., & Цівка, Є. С. (2021). Обґрунтування вуглепластику як інноваційного матеріалу для кріплення гірничих виробок вугільних шахт. Збірник Наукових Праць НГУ, 64, 112–121.
https://doi.org/10.33271/crpnmu/64.112
5. Bazaluk, O., Ashcheulova, O., Mamaikin, O., Khorolskyi, A., Lozynskyi, V., & Saik, P. (2022). Innovative Activities in the Sphere of Mining Process Management. Frontiers in Environmental Science, 304.
https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.878977
6. Petlovanyi M.V., Zubko S.A., Popovych V.V., & Sai K.S. 2020. Physicochemical mechanism of structure formation and strengthening in the backfill massif when filling underground cavities. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Technologii, 6, 142-150.
https://doi.org/10.32434/0321-4095-2020-133-6-142-150
7. Petlovanyi, M., Malashkevych, D., Sai, K., Bulat, I., & Popovych, V. (2021). Granulometric composition research of mine rocks as a material for backfilling the mined-out area in coal mines. Mining of Mineral Deposits, 15(4), 122-129.
https://doi.org/10.33271/mining15.04.122
8. Kosenko, A. V. (2021). Improvement of sub-level caving mining methods during high-grade iron ore mining. Natsional'nyi Hirnychyi Universytet. Naukovyi Visnyk, (1), 19-25.
https://doi.org/10.33271/nvngu/2021-1/019
9. Khorolskyi, A., Hrinov, V., & Kaliushenko, O. (2019). Network models for searching for optimal economic and environmental strategies for field development. Procedia Environmental Science, Engineering and Management, 6(3), 463-471.
10. Griniov, V., Nazymko, V., Zakharova, L., & Diedich, I. (2017). Distant interaction of rock mass clusters around underground opening. Mining of Mineral Deposits,11(2), 79-83.
https://doi.org/10.15407/mining11.02.079
11. Гріньов, В. Г., & Хорольський, А. О. (2019). Оптимальне проектування параметрів гірничозбагачувальних підприємств для раціонального освоєння цінних родовищ України. Физико-технические проблемы горного производства, (21), 128–145.
12. Хорольський, А. О., & Гріньов, В. Г. (2020). Оцінка і вибір параметрів при розробці родовищ корисних копалин. Физико-технические проблемы горного производства, (22), 118-140.
https://doi.org/10.37101/ftpgp22.01.009
13. Гріньов, В.Г., Хорольський, А.О., & Виноградов, Ю.О. (2019). Технологічні аспекти спорудження виробок у складних гідрогеологічних умовах. Геотехнічна механіка, (149), 132-141.
https://doi.org/10.15407/geotm2019.149.132
14. Szurgacz, D., & Brodny, J. (2020). Adapting the powered roof support to diverse mining and geological conditions. Energies, 13(2), 405.
https://doi.org/10.3390/en13020405
15. Szurgacz, D., Borska, B., Zhironkin, S., Diederichs, R., & Spearing, A. J. (2022). Optimization of the Load Capacity System of Powered Roof Support: A Review. Energies, 15(16), 6061.
https://doi.org/10.3390/en15166061
16. Khorolskyi, A., Mamaikin, O., Medianyk, V., Lapko, V., & Sushkova, V. (2021). Development and implementation of technical and economic model of the potential of operation schedules of coal mines. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 16(18), 1890-1899.
17. Spanjol, J., Mühlmeier, S., & Tomczak, T. (2012). Strategic orientation and product innovation: Exploring a decompositional approach. Journal of Product Innovation Management, 29(6), 967-985.
https://doi.org/10.1111/j.1540-5885.2012.00975.x
18. Shin, H. C., & Marsh, J. C. (2022). Identifying relative strength of methadone versus health and social services in comprehensive substance use disorder treatment using a variance decomposition approach. Evaluation and Program Planning, 92, 102060.
https://doi.org/10.1016/j.evalprogplan.2022.102060
19. Szeliski, R. (2022). Computer vision: algorithms and applications. Springer Nature.
20. Arora, R. K. (2015). Optimization: algorithms and applications. CRC Press.
21. Hrinov, V., & Khorolskyi, A. (2018). Improving the process of coal extraction based on the parameter optimization of mining equipment. In E3S Web of Conferences (Vol. 60, p. 00017). EDP Sciences.
https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000017
22. Krukovska, V., & Vynohradov, Y. (2019). Water stability influence of host rocks on the process of water filtration into mine working with frame and roof-bolting support. In E3S Web of Conferences (Vol. 109, p. 00041). EDP Sciences.
https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910900041
23. Krukovskyi, O., Krukovska, V., Vynohradov, Y. (2017). Mathematical modeling of unsteady water filtration in anchored mine workings. Mining of Mineral Deposits, 11(2), 21-27.
https://doi.org/10.15407/mining11.02.021
24. Vladyko, O., Kononenko, M., & Khomenko, O. (2012). Imitating modeling stability of mine workings. Geomechanical processes during underground mining, 147-150.
