Цой Самен Викторович

Теоретические основы подземной разработки рудных месторождений

Posted by Цой Самен Викторович on Sunday, 01 September 2013 in Книги и Монографии

С.Цой, Р.Б.Юн (Теоретические основы подземной разработки рудных месторождений. Алматы, 2004, 316 с.)

В книге изложены методы определения основных параметров рудников по многим критериям, оптимальной раскройки месторождения на ряд шахтных полей, синтеза оптимальных сетей вскрытия шахтных полей, выбора оптимальной системы разработки, определения местоположения технологической линии отбойки руды в зависимости от любого заданного качества добываемой руды при разработке сложноструктурных месторождений и другие методы решения различных задач, связанных с проектированием, планированием и управлением производственными процессами при подземной разработке рудных месторождений.

Предисловие

Учебное пособие "Теоретические основы подземной разработки рудных месторождений" по дисциплине "Проектирование горных предприятий", написанное известными учеными в области горной науки, посвящено теоретическим основам проектирования, планирования и управления технологическими процессами при подземной разработке рудных месторождений.
В учебном пособии изложены оригинальные математические методы решения многих ключевых вопросов, занимающих особое место в списке нерешенных проблемных задач. Практическая реализация каждого метода их решения осуществляется применением компьютерной технологии.
Все главы в учебном пособии размещены логично в соответствии с последовательностью проведения горных работ как при строительстве, так и при эксплуатации рудников.
В первых двух главах учебного пособия дается методология предварительной стадии проектирования рудников, в которой изложены методы определения ценности, рентабельности, самоокупаемости разработки месторождений, а так же метод определения критических содержания и себестоимости, минимальной внутренней нормы рентабельности и других показателей.
В последующих главах учебного пособия рассматриваются совершенно новые методы решения различных вопросов, имеющих важное значение для дальнейшего развития как горнорудной промышленности, так и горной науки. В них изложены:
- метод определения основных параметров рудников на основе оптимизации по многим критериям;
- метод оптимальной раскройки месторождения на ряд шахтных полей;
- синтез оптимальных сетей вскрытия шахтного поля, в котором даны способы построения графа сетей горных выработок, кодирования исходной информации и алгоритм отыскивания допустимых путей по матрице совместности, а также математическая модель и ее реализация;
- метод выбора оптимальной системы разработки по многим критериям;
метод определения оптимальной технологической схемы производственных процессов;
- теоретические основы системы автоматизированного проектирования технологии добычи руд в условиях месторождений со сложными по морфологии приконтактными зонами. Изложен универсальный метод определения местоположения технологической линии отбойки руды в зависимости от заданного качества добываемой горной массы. При этом метод позволяет определить параметры буровзрывных работ, нормативные потери и разубоживание руды;
- метод планирования горных работ с применением математического программирования и сетевого планирования;
- методы определения параметров сложных вентиляционных сетей и их синтеза в условиях регламентированной депрессии;
- метод составления оптимального графика движения рудничного локомотивного транспорта с применением имитационного моделирования;
инновационная технология производства цветных металлов непосредственно на местах подземной добычи руд.
Из вышеизложенного следует, что содержание учебного пособия полностью соответствует учебной программе дисциплины "проектирование горных предприятий".
Материалы, изложенные во всех главах учебного пособия, за исключением первых двух - результат фундаментальных исследований, проведенных на протяжении многих лет авторами данной работы, поэтому они не могут быть найдены в других литературных источниках. Таким образом, они являются новыми, содержательными и вызовут большой интерес у студентов. Учебное пособие станет одним из основных источников подготовки горных инженеров на высшем уровне.
Выход в свет подобного содержательного учебного пособия свидетельствует о высоком уровне научно-педагогической деятельности кафедры "Подземная разработка полезных ископаемых" Горного института Казахского Национального технического университета им. К. И. Сатпаева.

Заведующий лабораторией
специальных методов разработки недр
ИГД им. Д.А.Кунаева,
академик HAH PK,
доктор технических наук, профессор Алтаев Ш. А.

Заведующий кафедрой открытых горных работ
Горного института Казахского национального
технического университета им. К.И.Сатпаева,
академик HAH PK,
доктор технических наук, профессор Ракишев Б. Р.

Заведующий лабораторией
основ теории технологии добычи
твердых полезных ископаемых
ИГД им. Д.А.Кунаева,
академик HAH PK,
доктор технических наук, профессор Рогов Е. И.

ВВЕДЕНИЕ

Горнорудная промышленность создает огромные материальные ценности и служит одним из основных источников жизнедеятельности всех отраслей товарного производства. Вся ее промышленная деятельность основана на эксплуатации невозобновляемых природных минеральных ресурсов. Эта особенность накладывает на горнорудную промышленность особую ответственность за полноту извлечения геологических запасов полезных ископаемых. Следовательно, вопросы разработки балансовых и забалансовых руд с предельно минимальными допустимыми потерями являются одной из основных современных геотехнологических и геоэкологических проблем рационального использования и охраны недр. Важность этого вопроса особо подчеркивается законом Республики Казахстан "О недрах и недропользовании", согласно которому все горнодобывающие предприятия независимо от формы собственности должны обеспечивать полноту извлечения и качество добываемых полезных ископаемых, рациональное и комплексное использование минеральных ресурсов на всех этапах недропользования, а также вести достоверный учет извлекаемых и оставляемых в недрах запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых. Таким образом, решение указанной проблемы имеет актуальное значение в дальнейшем развитии как горной науки, так и горнорудной промышленности.
Для успешного решения указанной проблемы требуется проведение фундаментальных исследований по каждым производственным параметрам и процессам, связанным с технологией добычи и переработки руд. При этом особое внимание следует уделить разработке теоретических основ определения оптимальных параметров и процессов, без которых невозможно создавать ни системы автоматизированного проектирования (САПР), ни автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП) с применением компьютерной технологии.
Следует отметить, что теоретические работы возникают и развиваются, исходя из потребности и запросов промышленности, из опыта и практики, из развития производительных сил и производственных отношений.
Следовательно, единство науки и практики выступает как производительная сила и определяет производственные отношения. Таким образом, разработка теоретических основ оптимизации параметров и производственных процессов, а также управления ими с помощью компьютерной технологии, является одной из основных задач ускорения развития как горной науки, так и технического прогресса.
Анализ существующих различных методов проектирования, планирования и управления, применяемых в отраслях горнорудной промышленности, показывает, что в арсенале горной науки, имеющиеся теоретические работы, служащие основой создания САПР, АСУТП и алгоритмов решения различных технических, экономических и организационных задач, находятся далеко не на должном уровне. В связи с указанным, целью настоящего учебного пособия является изучение и освоение сущности математических методов, применяемых как научные основы решения различных задач, с использованием компьютерной технологии.
В данном учебном пособии рассматриваются теоретические основы решения различных задач, возникающих как при проектировании и планировании, так и при управлении производственными процессами технологии добычи и переработки руд.
В первых двух главах излагаются основные технико-экономические показатели, дана методология предварительной оценки месторождений, где рассмотрены методы определения ценности, рентабельности, чистой прибыли, самоокупаемости разработки месторождений, критической себестоимости и критического содержания полезного компонента.
В третьей, четвертой и пятой главах, соответственно, рассматриваются сущность нового метода определения основных параметров рудников на основе оптимизации по многим критериям, математическая модель оптимальной раскройки месторождения на ряд шахтных полей и синтез оптимальных сетей вскрытия шахтных полей, в котором изложены методы построения графа, кодирования исходной информации и отыскания допустимых путей по матрице совместности, математическая модель и ее реализация.
Шестая и седьмая главы, соответственно, посвящены выбору системы разработки, определению оптимальной технологической схемы производственных процессов и вопросу возможности увеличения выемочной мощности рудного тела за счет вовлечения в добычу и переработку забалансовой руды.
В восьмой главе изложены теоретические основы системы автоматизированного проектирования технологии добычи руд в условиях месторождений полезных ископаемых со сложными по морфологии приконтактными зонами. Здесь дан универсальный метод решения проблемной задачи определения местоположения технологической линии отбойки руды в приконтактных зонах любой конфигурации, что обеспечивает требуемое экономически выгодное соотношение объемов добываемых руды и породы, позволяет определить параметры буровзрывных пород и все геотехнологические показатели: коэффициенты потерь и разубоживания руды, балансовые и забалансовые запасы руды и другие. Реализация всех проектных решений осуществляется компьютерной технологией.
В девятой главе определяются вскрытые, подготовленные и готовые к выемке запасы руды, рассматриваются оптимальное планирование добычи руд с применением линейного программирования и оптимальное распределение капиталовложений методом динамического программирования, а также применение сетевого планирования горных работ.
В десятой и одиннадцатой главах, соответственно, изложена теория вентиляционных сетей, в которой даны методы кодирования топологии сети, построения дерева сети, независимых контуров. Приведен алгоритм контурного метода расчета вентиляционных сетей, а также дан метод оптимизации вентиляционной сети в условиях регламентированной депрессии.
В двенадцатой главе, автором которой является кандидат технических наук А.Г. Казанский, приводится решение одной из проблем рудничного транспорта - составление оптимального графика движения подземного локомотивного транспорта методом имитационного моделирования.
Тринадцатая глава, написанная при участии кандидата технических наук Ю.А. Каткова, посвящена разработке инновационной технологии и техники для производства цветных металлов непосредственно на местах подземной добычи руд путем применения блокового выщелачивания с многократным использованием продуктивных растворов. Данная технология позволяет продлить срок жизнедеятельности как действующих, так и строящихся рудников за счет валового извлечения всех балансовых и забалансовых руд, что обеспечивает рациональное недропользование и охрану недр.

Last modified on Sunday, 01 September 2013

Цой Самен Викторович

Академик казахской национальной академии естественных наук, академик международной академии информатизации, вице-президент народной академии экологии доктор технических наук, профессор, родился 10 ноября 1921 году в г.Сугане Приморского края Российской федеративной Республики.

Цой Самен – выпускник Карагандинского горного техникума и Казахского горно-металлургического института – является представителем той школы горных инженеров, чья учеба проходила в тяжелейшие годы Великой Отечественной войны 1941-1945гг. Сочетая учебу в институте с работой электромонтера, будущий горный инженер получил первые жизненные уроки борьбы за выживание и крепкие трудовые навыки, которые стали основой его будущих успехов в науке.

Горный факультет Казахского национального технического университета вправе гордиться своим выпускником 1948г., который прошел путь от рядового горного инженера до академика многих академий наук и до профессора кафедры «Подземная разработка полезных ископаемых» - одной из ведущих в КазНТУ.

Видный ученый в области горной науки С. Цой внес крупный вклад в развитие отечественной науки и техники, в подготовку специалистов для горной промышленности и научных кадров высшей квалификации.

Работая главным инженером треста угольной промышленности Хакасской автономной области РСФСР, преподавателем Карагандинского горного техникума, заведующим лабораторией оптимизации параметров и процессов и сектором кибернетики института горного дела АН КазССР, профессором кафедры КазНТУ С.Цой проявлял исключительное трудолюбие, личную ответственность, высокий профессионализм, требовательность к себе и своим ученикам и студентам, оставаясь при этом истинным интеллигентом по своим человеческим качествам.

Его жизненный путь – яркий пример становления ученого гражданина педагога-воспитателя научных и инженерных кадров.

Прежде всего, отметим его личные качества: порядочность, прямолинейность, пунктуальность, доброту, особое трудолюбие в другом измерении, когда он видит отдых в труде.

Нередко мы обсуждаем и задумываемся над тем, какие заслуги привели его к столь высокому авторитету в горной науке.

За время своей более полувековой научной деятельности проф. С. Цой провел обширный комплекс фундаментальных исследований по актуальным вопросам разработки инновационной технологии добычи руд и их переработки.

Эрудиция и обширность знаний в различных областях науки и техники позволили ему проявить всю многогранность таланта ученого исследователя.

Им опубликовано свыше 350 научных трудов, в том числе 29 книг (монографии, учебники и учебные пособия), общий объем которых составляет более 300пл, получено 60 авторских свидетельств, предварительных и инновационных патентов на изобретения. Под его научным руководством защищено 58 кандидатских и докторских диссертаций.

I. В области рудничной (шахтной) вентиляции существовала исторически одна «измученная» проблема – определение естественного и искусственного распределения количества воздуха по сложным сетям горных выработок, имеющая исключительно важное значение в обеспечении жизнедеятельности горнорабочих на шахтах и рудниках. Эта проблема не поддавалась решению в течение более 100 лет (1854-1966 гг. задача Аткисона), хотя на протяжении всего указанного периода ученые многих стран мира работали над ее решением. Только в 1966г. проф. Цой С. Впервые дал решение этой проблемы в своей докторской диссертации «Исследование шахтных вентиляционных сетей и управление их параметрами». Высокую оценку этой работы дал на общей академической сессии АН КазССР в 1966г. один из членов президиума АН СССР акад. Н.В. Мельников.

Проф. Цой С. со своими учениками опубликовал пять монографий и один учебник «Основы аэрологии горных предприятий» общим объемом – 100 пл, не имеющих аналогов в мировой технической литературе в области рудничной вентиляции.

Следует отметить, что ни в одном из отраслевых, академических научно-исследовательских, учебных институтов Советского Союза и зарубежных стран не выполнялись подобные фундаментальные работы. Из приведенной объективно существующей действительности следует, что проф. Цой С. является не только крупным теоретиком, но и основоположником создания теории шахтных вентиляционных сетей и оптимального управления ими. Этого следовало ожидать, так как будучи младшим научным сотрудником лаборатории рудничной вентиляции института горного дела АН КазССР, он опубликовал в 1959 году оригинальную работу о возможности регулирования воздушных потоков в горных выработках с помощью воздушных завес типа свободной плоской струи. В том же году акад. А.А. Скочинским и проф. В.Б. Комаровым в широко известном учебнике «Рудничная вентиляция» для студентов ВУЗов (М: углеиздат, 1959 С.339-340) было изложено содержание работы горного инженера Цой С. с высокой ее оценкой.

II. Как всегда Цой С.внимательно следит за развитием науки и техники в развитых странах мира. Несмотря на появление в философских словарях в Советском Союзе того времени (М: гос. изд-во политической литературы, 1951-1954гг.) трактовки понятия кибернетики как «реакционной лженауки….» он со своими учениками опубликовал несколько монографий в том числе:

1. Цой С. Управление и теория графов. – Алма-Ата, Казахстан 1965. – 104 С.(соавторы Рогов Е.И., Горбенко В.Н.);

2. Цой С. Прикладная теория графов. Алма-Ата, наука, 1971, 500 С. (соавтор Цхай С.М.,);

3. Цой С. (соавтор Пак И.Т.) Промышленная математика. Алматы, Ғылым, 1997, 220 С.

В Советском Союзе эти фундаментальные работы появились одними из первых, оказавшими большое влияние на развитие технической кибернетики и ее применение в различных отраслях промышленности.

III. Обладая высокой интеллектуальной способностью, проф. Цой полностью отдал себя созданию системы автоматизированного проектирования шахт и рудников (САПР-рудник).

Он был и остается лидером среди ученых, занятых в этой сложнейшей сфере науки и техники в Советском Союзе. Им и его учениками опубликовано одна за другой 10 монографий, не дающих опережать их ни одному из научно-исследовательских институтов.

Его труды, насыщенные новыми идеями и четкими алгоритмами решения различных сложных задач, вызывает глубокое уважение к нему и его ученикам-соавторам.

Для подтверждения нашей оценки приведем следующие монографии:

1. Цой С. Синтез оптимальных сетей горных выработок. Алма-Ата, наука, 1969, -212с (соавтор Данилина Г.П.);

2. Цой С. Автоматизация проектирования вскрытия шахтных полей Алма-Ата, наука, 1973, -236с (соавтор Данилина Г.П.);

3. Цой С. Синтез оптимальных сетей и систем управления горными предприятиями. –– Алма-Ата, наука, 1974, -175с. (соавторы Цай С.М, Мастяева Е.И.);

4. Цой С. Математические основы автоматизированной системы проектирования шахт. - Алма-Ата, наука, 1979, -310с.;

5. Цой С. Дискретные модели горного предприятия. – Алма-Ата, наука, 1989, -245с. (соавтор Шерман А.И.);

6. Цой С. Математические приемы в САПР-рудник. Алма-Ата, КазПТИ, 1991, -184с.;

7. Цой С. Методы оптимизации в САПР-рудник, учебное пособие - Алма-Ата, КазПТИ, 1992, -176с.;

8. Цой С. Методологические основы проектирования рудников, учебное пособие. – Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, наука, 2001, -370с. (соавторы ЮН Р.Б., Сулейменов Б.Е.);

9. Цой С. Основы проектирования рудников, учебник Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева. 2001, -370с.;

10. Цой С. Основы проектирования рудника будущего. Алматы, КазНТУ 2011, -516с. (учебник).

Характер неутомимого новатора проявился в нем, когда руководимая им лаборатория оптимизации параметров и процессов институт горного дела АН КазССР впервые разработала и внедрила в практику системы автоматизированного проектирования горных предприятий-САПР (рудник).

Это направление в горной науке, основоположником которого признаны проф. Цой С. и его научная школа, получило широкие признание, принесло народному хозяйству значительный экономический эффект и дало сильный импульс дальнейшему развитию горной науки и производства. Результаты научной работы в этом направлении широко известны в странах СНГ и далеко за их пределами (Кунаев Д.А. Советский Казахстан М: изд-во политической литературы 1978, -с 101).

IV. По инициативе проф. Цой С. в институте горного дела КазНТУ им. К.И. Сатпаева создан научный центр «Рудника будущего», где под его руководством разработана уникальная инновационная технология добычи руд с управляемой взрывной энергией кумулятивных зарядов ВВ, а переработка отбитых руд осуществляется инновационной технологией биохимического выщелачивания в циркуляционном турбулентном потоке с применением пресс-фильтра. При этом из продуктивного фильтрата извлекаются растворенные в нем различные полезные компоненты (металлы) известными в металлургии методами, а хвосты (кек) используются в качестве строительных материалов (кирпичи, черепицы и др.). При применении указанных технологии добычи и переработки руд непосредственно на местах добычи руд не требуется применение стационарной обогатительной фабрики и хвостохранилища.

Внедрение указанных инновационных технологий добычи и переработки руд непосредственно на местах их залегания в производство позволит получить крупномасштабную экономическую эффективность.

На эти инновационные технологии добычи и переработки руд получены четыре инновационные патенты.

На пятой международной научно-практической конференции геотехнологи – 2010 (13-15 октября 2010г. г. Житикара РК) принято решение 6. Одобрить и рекомендовать для широкого внедрения инновационные технологии добычи и переработки руд непосредственно в местах освоения месторождений полезных ископаемых (рудник будущего КазНТУ им. К.И. Сатпаева).

По инновационным технологиям добычи руд и их переработки опубликованы две монографии:

1. Цой С. Подготовка к разработке инновационной технологии подземной добычи и переработки руд. Алматы, КазНТУ, 2006. 260 с.;

2. Цой С. и др. инновационная технология добычи и переработки руд. Алматы, КазНТУ 2010. - 160 с.

Профессор Цой С. является одним из обладателей патентов на прогнозирование землетрясений, высокоэффективный световой генератор электрической энергии, рентгенорадиометрический сепаратар нового класса для сортировки руды и пустых пород и другие, а также автором разработки новой технологии как подземного, так и открытого горно-обогатительного комплекса рудника будущего и многих других технологических разработок.

Как знак признания больших творческих достижений в науке и технике профессор Цой С. избран в 1996г. академиком и вице президентом Народной академии Казахстана «Экология», академиком международной академии информатизации и в 2009 году он избран академиком Казахстанской Национальной Академии Естественных наук.

Академик, доктор технических наук, профессор Цой С. награжден юбилейной медалью «За доблестный труд» в ознаменование 100-летия со дня рождения В.И. Ленина, медалями «Ветеран труда» и «50 лет Победы в Великой Отечественной Войне» и за развитие науки РК почетным дипломом о занесении Цой С. в «Золотую Книгу Почета КазССР», Почетными Грамотами АН КазССР, МВО и Науки КазССР и РК, КазП ТИ, КазНТУ.

Вышеприведенные фактические данные говорят о многом: масштабность научного мышления, высокий уровень знаний и эрудиция во многих областях науки и техники, способность и генерирования новых идей, ответственность, требовательность и другие качества, свойственные крупному ученому. Вся научно-педагогическая деятельность акад. Цой С. прекрасный пример для воспитания молодого поколения научных работников, инженеров и студентов.