Гл. 7 Мои алгоритмы

               
                Глава 7
                МОИ  АЛГОРИТМЫ

     Алгоритм первый (статика).  В Экибастузском бассейне разрабатывают очень сложные угольные пласты - при мощности в 150 метров они включает в себя более 300 угольных и породных прослоев от нескольких сантиметров до нескольких метров.

   В одном из проектов нам пришлось рассматривать несколько вариантов работы роторных экскаваторов. Они различались глубиной селекции (тщательностью разделения угля и породы в забое), поэтому объём и качество добытого угля у них будут разные. Чтобы определить эту «разность», надо обследовать  множество разведочных скважин, учесть мощность и зольность не одной тысячи угольных и породных прослоев.
               
  Вручную такое не сделаешь. И я решил использовать входившие тогда в практику, но ещё мало мне знакомые электронно-вычислительные машины (ЭВМ).

   В нашем институте была ЭВМ  -  МИНСК-22. На ней по стандартным программам рассчитывали конструкции, составляли сметы. Но для  наших задач программ, конечно, не было.

     Покопавшись  в литературе и поняв логику вычислений, я составил технолого-математический алгоритм, по которому ЭВМ анализировала строение пласта, формировала в нём  раздельно отрабатываемые угольные и породные интервалы  (комплексы) и определяла объём и зольность добытого  угля.

   Формирование  «комплексов» не было простым сложением прослоев. Надо было учитывать их взаимное положение, требование к качеству угля,  технические возможности роторного экскаватора и многое другое.

   Наши «математики» (из школьных учителей) переложили алгоритм на цифровой язык, подготовили программу расчётов. Программу и исходные данные печатали на телеграфной ленте (это происходило в шестидесятых годах), для этого у нас стояли списанные телеграфные аппараты.

   Я  не работал на ЭВМ, за ней сидели наши «математики», но я хорошо знал свой алгоритм - когда происходили сбои в расчётах (ошибка исходных, не пробито или «запало» отверстие в телеграфной ленте), я находил ошибку по выданным машиной разультатам.

   Мы приступили к расчётам – обработали большую группу скважин и  установили запасы и качество угля при различных вариантах глубины селекции.

    Но этим дело не закончилось. В южной части Экибастузского бассейна обнаружили  глинозёмсодержащие породы (из них получают алюминий). Минуглепромовские геологи обратились к нам, и я разработал вариант алгоритма для подсчёта запасов глинозёмного сырья на угольном месторождении. ЭВМ выделяла теперь не два, как раньше, а три вида раздельно отрабатываемых комплексов: угольные, породные и глинозёмсодержащие. Для первых двух определялись объёмы и зольность горной массы,  для третьего ещё и содержание глинозёма.
 
      Глинозёмное сыръё разведали и на Ангренском угольном месторождении, в Узбекистане. Для него я разработал вариант алгоритма, выделявший уже четыре вида комплексов – угольный, слабоугольный (подлежащий обогащению), породный и глинозёмсодержащий.

    Алгоритм второй (динамика).  Я уже говорил, что  зольность экибастузских углей может достигать больших значений. Но каких? И какова динамика этих колебаний?

   Мой первый алгоритм ответить на это не мог - он решал статическую задачу (что-то вроде «средней температуры по больнице»). Для динамики качества угля я разработал алгоритм, главным элементом которого была  имититация процесса отработки забоя роторным экскаватором.

   Эта часть алгоритма оказалась  самой непростой. Ковши экскаватора описывают сложную траекторию – вращается роторное колесо и поворачивается экскаватор. Что отрабатывают ковши, какой уголь поступает в вагон?  Но «погоню» за сложной траекторией ковшей мне удалось заменить исследованием прямой линии, на которой собрана нужная для расчётов информация. В обоснование такой «замены» я  не вдаюсь, оно опубликовано в московском журнале «Уголь» (№ 5  за 1973 год).
   
    Исходными для  расчётов были сведения о строении угольного пласта (мощность и зольность прослоев), параметры добычных забоев и экскаваторов. ЭВМ устанавливала, какую часть пласта отрабатывает каждый забой, и формировала план отработки всего горизонта. Потом имитировалась отработка всех забоев и горизонта в целом.

     На выходе мы получали зольность угля в каждом вагоне и в каждом маршруте за рабочую смену, за  сутки, за год и за весь период отработки горизонта (обычно, это 2 – 2,5 года).

   Материала было много - только вагонов  не одна сотня тысяч, и в заключительную часть алгоритма я включил элементы статистической обработки материала. Но дисперсный анализ показался мне недостаточным, я дополнил его обобщённым графиком колебаний качества угля и придумал некоторые приёмы его анализа. Потом оказалось, что я «изобретал велосипед»  (сказался недостаток образования) –  подобный метод анализа (более, конечно, полный) был описан у Е. C. Венцель, в теории случайных процессов.

   Объёмы расчётов были большими, наша МИНСК-22 не справлялась. Но мы нашли выход – в Карагандинском филиале Академии наук стояла более мощная ЭВМ -  МИНСК-32, и  нам разрешили на ней работать, правда, по ночам. А «математикам» пришлось перейти на перфокарты.

  Имитационное моделирование дало очень интересные и очень наглядные результаты. С их учётом  был принят новый стандарт качества угля, их использовали при многих проектных решениях, таких, как строительство крупных усреднительных
комплексов (пропускной способностью до 30 млн. тонн угля в год).

    Третий алгоритм (оптимизация).  Предыдущие расчёты показали, что глубина селекции (тщательность разделения угля и породы в процессе добычных работ) определяет количество добытого угля и его качество. От объёма добытого угля напрямую зависит его себестоимость, а  качество добытого угля влияет на затраты электростанций. И всё вместе это отражается на себестоимости  конечного продукта энергетических углей -  выработанной электроэнергии.

   Моей задачей было выбрать такое сочетание затрат разрезов и электростанций, при котором стоимость электроэнергии будет минимальной.

   Для решения этой задачи я составил алгоритм, охватывающий весь топливно-энергетический комплекс, куда входили  экибастузские разрезы  и электростанции Казахстана, Сибири и Урала. Технолого-математическая модель разреза, очень детальная, определяла затраты на добычу угля при разных вариантах глубины селекции. Стоимость перевозки угля и затраты самих электростанций определялись по зависимостям, установленным другими институтами. С учётом этих затрат  ЭВМ  определяла себестоимость киловаттчаса выработанной электроэнергии в зависимости от качества угля и района его потребления.

   Расчёты прояснили многое, но главное – было установлено оптимальное «для народного хозйства» (так тогда говорили) качество экибастузского угля и соответствующая ему технология угледобычи.

                * * *