ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ. Τιμητικός Τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη

Transcript

1 ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τιμητικός Τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη ΧΑΝΙΑ, 200

2 Τιμητικός τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη 43 Μεθοδολογία καθορισμού του απολήψιμου λιγνίτη, κατά την εξόρυξή του με καδοφόρους εκσκαφείς, με στόχο τη βέλτιστη αξιοποίηση του κοιτάσματος Μ. Γαλετάκης Τμήμα Μηχανικών Ορυκτών Πόρων, Πολυτεχνείο Κρήτης X. Ρούμπος και Φ. Παυλουδάκης Δημόσια Επιχείρηση Ηλεκτρισμού ΠΕΡΊΛΗΨΗ Για τον υπολογισμό των απολήψιμων αποθεμάτων και της ποιότητας των πολυστρωματικών λιγνιτικών κοιτασμάτων έχει αναπτυχθεί μια ειδική μεθοδολογία καθορισμού των εκμεταλλεύσιμων λιγνιτικών στρωμάτων που λαμβάνει υπόψη της τις παραμέτρους εκμετάλλευσης (ελάχιστο πάχος εκλεκτικής εξόρυξης λιγνιτικών και αγόνων στρωμάτων) και τις προδιαγραφές της ποιότητας για τον εξορυσσόμενο λιγνίτη (ποσοστό της τέφρας). Ο καθορισμός των χρησιμοποιούμενων σήμερα συμβατικών τιμών των παραμέτρων αυτών γίνεται εμπειρικά και βασίζεται κυρίως στη σύγκριση των απολογιστικών στοιχείων της παραγωγής και στους περιορισμούς που τίθενται από τον χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό εξόρυξης. Για τον καθορισμό των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων αυτών, που οδηγούν στην ορθολογική εκμετάλλευση του κοιτάσματος εξασφαλίζοντας ταυτόχρονα συμμόρφωση με τις προδιαγραφές της ποιότητας και υψηλή απόδοση του εξορυκτικού εξοπλισμού, προτείνεται μια νέα τεχνική βασισμένη στην μεθοδολογία της ανάλυσης της επιφάνειας απόκρισης (Respose Surface Aalyss). Ως παράμετροι σχεδιασμού της διαδικασίας αξιολόγησης επιλέχθηκαν τα ελάχιστα πάχη εκλεκτικής εξόρυξης για τα λιγνιτικά στρώματα και άγονα στρώματα και το μέγιστο επιτρεπόμενο ποσοστό της τέφρας των εξορυσσόμενων λιγνιτικών τμημάτων. Ως μεταβλητές απόκρισης ε- πιλέχθηκαν το ποσοστό τέφρας του εξορυσσόμενου λιγνίτη, ο συντελεστής ανάκτησης της καύσιμης ύλης και ο αριθμός των εκμεταλλεύσιμων λιγνιτικών στρωμάτων που προκύπτουν. ABSTRACT For the estmato of grade ad toage of the multple-layer lgte deposts a specfc evaluato methodology, based o explotato ad qualty crtera, s used. More specfcally, ths evaluato methodology takes to accout the mmum thckess for the selectve mg of lgte ad sterle layers, as well as the maxmum allowable ash cotet of med lgte. Sce these parameters are usually determed emprcally by takg to cosderato the exstg producto data ad the lmtatos of the excavato equpmet, the selected values are ot always optmal. For the estmato of the optmal values of the prevous parameters, a ew methodology based o Respose Surface Aalyss (RSA), s suggested. The mmum thckess for selectve excavato of lgte ad sterle layers as well as the maxmum allowable ash cotet of the med lgte were cosdered as the desg parameters, whle the recovery of the combustble matter of the lgte, the ash cotet of the med lgte ad the umber of the explotable lgte blocks were selected as the respose varables. The estmated optmal values of the desg parameters esure the maxmzato of the depost recovery ad equpmet utlzato, as well as the coformace of the qualty (ash cotet) of the med lgte to specfcatos.. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Για τη σχεδίαση της υπαίθριας εκμετάλλευσης πολυστρωματικών λιγνιτικών κοιτασμάτων, έ-

3 44 Τιμητικός τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη χει αναπτυχθεί μια ειδική μεθοδολογία, που έχει ως στόχο να αντιμετωπίσει τα τεχνικά προβλήματα που προκύπτουν από τη φύση του κοιτάσματος (εναλλασσόμενα στρώματα λιγνιτών με ενδιάμεσα άγονα ή και ανθρακομιγή, ποικίλλοντος πάχους και λιθολογικής σύστασης) και να εξασφαλίσει την ορθολογική απόληψη των κοιτασμάτων, με χαμηλό κόστος. Για την εξασφάλιση χαμηλού κόστους, την επίτευξη υψηλών ρυθμών παραγωγής και την εκλεκτική εξόρυξη των λιγνιτικών στρωμάτων, έχει επιλεγεί ως η πλέον κατάλληλη, η μέθοδος υπαίθριας εκμετάλλευσης συνεχούς λειτουργίας, με χρήση μεγάλης κλίμακας εξορυκτικού εξοπλισμού εκμετάλλευσης (καδοφόροι εκσκαφείς, ταινιόδρομοι, αποθέτες). Ένα από τα πιο κρίσιμα στάδια κατά την εκπόνηση της μελέτης εκμετάλλευσης είναι ο καθορισμός των τμημάτων του απολήψιμου λιγνίτη. Ο καθορισμός του απολήψιμου λιγνίτη είναι μια διαδικασία ενοποίησης λιγνιτικών και ενδιάμεσων αγόνων ή ανθρακομιγών στρωμάτων σε απολήψιμα τμήματα ικανού πάχους, ώστε να εξασφαλίζεται η αποδοτική λειτουργία του μεγάλης κλίμακας εξορυκτικού εξοπλισμού που χρησιμοποιείται και ταυτόχρονα να ικανοποιούνται οι απαιτήσεις ποιότητας που έχουν τεθεί (Γαλετάκης 996, Γαλετάκης και Καβουρίδης 998). Η παραπάνω διαδικασία έχει ως αποτέλεσμα την ποιοτική υποβάθμιση του εξορυσσόμενου λιγνίτη σε σχέση με την ποιότητα των διακεκριμένων λιγνιτικών στρωμάτων. Την υποβάθμιση της ποιότητας την επιτείνει ακόμη περισσότερο η αναπόφευκτη ρύπανση εκμετάλλευσης (πρόσμιξη με άγονα υλικά), η οποία σχετίζεται με την αδυναμία του εξοπλισμού εξόρυξης να διαχωρίσει πλήρως τα λιγνιτικά από τα μη λιγνιτικά στρώματα (Galetaks 997). Η απώλεια και η ρύπανση εκμετάλλευσης λαμβάνουν χώρα κατά τις εναλλαγές των πακέτων εκσκαφής, από τα απολήψιμα λιγνιτικά τμήματα στα αντίστοιχα άγονα (διεπιφάνειες λιγνίτη-αγόνων στρωμάτων). Οι βασικές παράμετροι που επηρεάζουν τη διαμόρφωση των τμημάτων του απολήψιμου λιγνίτη είναι (Καβουρίδης και Γαλετάκης 996, Καραμαλίκης 2004): - τα ελάχιστα πάχη εκλεκτικής εξόρυξης λιγνιτικού και στείρου στρώματος - η μέγιστη επιτρεπόμενη τέφρα απολήψιμου λιγνιτικού στρώματος - το ποσοστό ρύπανσης και απώλειας εκμετάλλευσης Επειδή ο αριθμός των παραμέτρων αξιολόγησης και οι δυνατές τιμές που λαμβάνουν, δημιουργούν πλήθος συνδυασμών, χωρίς να είναι δυνατόν να διαχωριστεί η επίδραση της κάθε μιας παραμέτρου στο τελικό αποτέλεσμα, κρίνεται αναγκαία η ύπαρξη αλγορίθμου εύρεσης των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων αξιολόγησης, βάσει συγκεκριμένων κριτηρίων. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μια μεθοδολογία για τον καθορισμό των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων αξιολόγησης των πολυστρωματικών λιγνιτικών κοιτασμάτων που έχει ως στόχο να επιτύχει ταυτόχρονα τη μεγαλύτερη δυνατή ανάκτηση της περιεχόμενης καύσιμης ύλης του λιγνίτη, την υψηλή απόδοση του εξοπλισμού εξόρυξης και τη συμμόρφωση της ποιότητας του εξορυσσόμενου λιγνίτη με τις προδιαγραφές. Αρχικά παρουσιάζεται η εφαρμοζόμενη μεθοδολογία αξιολόγησης των στοιχείων των ερευνητικών γεωτρήσεων σε πολυστρωματικά λιγνιτικά κοιτάσματα και διερευνάται η επίδραση των παραμέτρων της αξιολόγησης στην ποιότητα του εξορυσσόμενου λιγνίτη, στην απόδοση του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού και στην ανάκτηση του λιγνίτη. Στη συνέχεια αναπτύσσεται η μεθοδολογία καθορισμού των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων αξιολόγησης και εφαρμόζεται στο λιγνιτικό κοίτασμα του Νοτίου Πεδίου και συγκεκριμένα στους Τομείς 0,. Τέλος σχολιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν και εξάγονται τα συμπεράσματα. 2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΣΤΟΙ- ΧΕΙΩΝ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ ΑΠΟ ΠΟΛΥΣΤΡΩ- ΜΑΤΙΚΑ ΛΙΓΝΙΤΙΚΑ ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΑ 2. Καθορισμός της απολήψιμης λιγνιτικής στοιβάδας Για την αξιολόγηση των στοιχείων γεωτρήσεων από πολυστρωματικά λιγνιτικά κοιτάσματα με στόχο τον καθορισμό των τμημάτων εκείνων των λιγνιτικών στρωμάτων, που είναι τεχνικά και

4 Τιμητικός τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη 45 Σειρά λιγνιτικών και αγόνων στρωμάτων Απολήψιμα τμήματα o απολήψιμο λιγνιτικό τμήμα πάχους d ε, o εκλεκτικά απολήψιμο άγονο στρώμα d d 2 d 3 Ρύπανση και απώλειες Λιγνιτικό στρώμα Άγονο στρώμα Σχήμα. Διαδικασία ενοποίησης λιγνιτικών και agόνων στρωμάτων σε απολήψιμα τμήματα. οικονομικά εφικτό να εξορυχθούν, απαιτείται να καθοριστούν οι παρακάτω παράμετροι: - Τα πάχη για την εκλεκτική εξόρυξη των λιγνιτικών στρωμάτων, d λ,m και των ενδιαμέσων αγόνων ή ανθρακομιγών ενστρώσεων, d σ,m. Οι ελάχιστες τιμές των παχών εκλεκτικής εξόρυξης καθορίζονται από τον χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό εξόρυξης και από τη μέθοδο προσβολής του μετώπου. - Το μέγιστο επιτρεπόμενο ποσοστό τέφρας επί ξηρού, AWF max, για τον χαρακτηρισμό ενός στρώματος ως λιγνιτικού. Καθορίζεται από τις απαιτήσεις ποιότητας του καταναλωτή, οι οποίες, στην περίπτωση της χρήσης του λιγνίτη για ηλεκτροπαραγωγή, είναι οι προδιαγραφές του ατμοηλεκτρικού σταθμού (ΑΗΣ). - Το απορριπτόμενο πάχος λιγνίτη, d ο, από κάθε απολήψιμο λιγνιτικό τμήμα λόγω της απώλειας υλικού κατά την εξόρυξη (απώλεια εκμετάλλευσης). - Το πάχος του αγόνου υλικού, d ρ, που προστίθεται σε κάθε απολήψιμο λιγνιτικό τμήμα λόγω της αναπόφευκτης ρύπανσης που συμβαίνει κατά την εξόρυξη. - Τα ειδικά βάρη λιγνίτη και ενδιάμεσων στείρων. - Η τέφρα επί ξηρού, υγρασία και ή κατώτερη θερμογόνος δύναμη των ενδιαμέσων αγόνων και ανθρακομιγών στρωμάτων. Η ρύπανση και οι απώλειες της εκμετάλλευσης σχετίζονται με τα τεχνικά χαρακτηριστικά του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού εξόρυξης, τη μέθοδο προσβολής του μετώπου και τις συνθήκες εργασίας στο μέτωπο. Τα βήματα που περιλαμβάνει η διαδικασία αξιολόγησης των πρωτογενών στοιχείων των γεωτρήσεων (Σχήμα ) είναι τα ακόλουθα: - Εξετάζονται τα στρώματα της υπό αξιολόγηση γεώτρησης μέχρι να εντοπιστεί άγονο στρώμα που ικανοποιεί τις προϋποθέσεις εκλεκτικής απόληψης αγόνου, όπως για παράδειγμα το πρώτο εκλεκτικά απολήψιμο άγονο στρώμα του Σχήματος. Στη συνέχεια ενοποιούνται προσωρινά τα στρώματα που προηγούνται του εκλεκτικά απολήψιμου αγόνου δημιουργώντας ένα απολήψιμο τμήμα (όπως το πρώτο απολήψιμο τμήμα του Σχήματος ). Ακολούθως υπολογίζεται η μέση σταθμική τέφρα του απολήψιμου τμήματος, AWF ε, λαμβάνοντας υπόψη και τα φαινόμενα ρύπανσης και απωλειών κατά την εκμετάλλευση με βάση την παρακάτω σχέση (Γαλετάκης 996):

5 46 Τιμητικός τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη AWF ε KK + = ( d ( d Σ = - d Σ = - d d ρ - d o o d ρ - d ) AWF ρ + ( ρ + ρ )+ d ) AWF ρ + d o o ρ d AWF ( ρ + ρ )+ d - = 2 AWF όπου: AWF,d και ρ είναι αντίστοιχα η τέφρα επί ξηρού (%), το πάχος (cm) και η πυκνότητα (g/cm 3 ), του στρώματος που ανήκει στο ενοποιούμενο λιγνιτικό τμήμα που αποτελείται από συνολικά στρώματα. d o, d ρ είναι τα ισοδύναμα πάχη (cm) των απωλειών και της ρύπανσης κατά την εκμετάλλευση. - Αν το πάχος, d ε, και η μέση σταθμική τέφρα, AWF ε, του τμήματος που προκύπτει ικανοποιεί τις προϋποθέσεις του απολήψιμου λιγνίτη (d ε > d λ,m και AWF ε < ΑWF max), τότε αυτό χαρακτηρίζεται ως απολήψιμο λιγνιτικό στρώμα. Αν υπάρχουν διαθέσιμα στοιχεία από τις γεωτρήσεις υπολογίζονται με ανάλογο τρόπο και άλλες παράμετροι ποιότητας, όπως η υγρασία επί φυσικού και η κατώτερη θερμογόνος δύναμη. Στη συνέχεια η διαδικασία ενοποίησης επαναλαμβάνεται στο επόμενο τμήμα μέχρι να εξεταστούν όλα τα στρώματα της γεώτρησης. - Αν όμως ο σταθμικός μέσος όρος της τέφρας του παραπάνω τμήματος δεν ικανοποιεί τις προϋποθέσεις ποιότητας πάχους που έχουν τεθεί (δηλαδή είναι AWF ε >ΑWF max ), τότε αφαιρείται το τελευταίο στρώμα του τμήματος και επαναλαμβάνεται η διαδικασία υπολογισμών της μέσης σταθμικής τέφρας έως ότου βρεθεί ένας συνδυασμός στρωμάτων του τμήματος που ικανοποιεί τις προδιαγραφές του απολήψιμου στρώματος λιγνίτη τόσο ως προς την τέφρα, όσο και ως προς το πάχος. Το τμήμα αυτό χαρακτηρίζεται ως λιγνίτης και συνεχίζεται η ίδια διαδικασία με όλους τους δυνατούς συνδυασμούς των στρωμάτων που απομένουν εντός του εξεταζόμενου τμήματος. Σ ρ ρ σ ρ σ ρ ρ σ σ ρ Στην περίπτωση που μετά από συνεχείς αφαιρέσεις στρωμάτων κανένας συνδυασμός στρωμάτων δεν δίνει απολήψιμο τμήμα λιγνίτη, αξιολογείται κάθε ένα στρώμα του τμήματος μεμονωμένα. Η διαδικασία αυτή αξιολόγησης των πρωτογενών γεωτρήσεων πραγματοποιείται με τη χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή και ειδικού λογισμικού METAL (Καραμαλίκης 2004), με τη βοήθεια του οποίου είναι δυνατή η γρήγορη και αξιόπιστη αξιολόγηση μεγάλου αριθμού γεωτρήσεων. Η ταχύτητα και η αξιοπιστία που επιτυγχάνονται κατά την επεξεργασία των στοιχείων των γεωτρήσεων με τη βοήθεια υπολογιστή, δίνει τη δυνατότητα να πραγματοποιηθούν πολλές διαφορετικές αξιολογήσεις και, με σύγκριση των αποτελεσμάτων της αξιολόγησης με τα πραγματικά στοιχεία εκμετάλλευσης, να καθορισθούν οι βέλτιστες τιμές των κρίσιμων παραμέτρων της αξιολόγησης Διερεύνηση της επίδρασης των παραμέτρων της αξιολόγησης στον καθορισμό του απολήψιμου λιγνίτη Από τις παραμέτρους που καθορίζουν τη σύνθεση των διαμορφούμενων απολήψιμων λιγνιτικών τμημάτων, η ρύπανση και η απώλεια της εκμετάλλευσης, εκτιμώνται με βάση τα τεχνικά χαρακτηριστικά του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού εξόρυξης (στη συγκεκριμένη περίπτωση, από τα τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά του καδοφόρου εκσκαφέα), ενώ η τέφρα επί ξηρού των ενδιαμέσων αγόνων ενστρώσεων καθώς και οι πυκνότητες του λιγνίτη και των αγόνων υπολογίζονται από τις υπάρχουσες αναλύσεις των πυρήνων των γεωτρήσεων και των δειγμάτων του μετώπου. Οι παράμετροι της αξιολόγησης των οποίων οι βέλτιστες τιμές καθορίζονται μέσω των επαναληπτικών αξιολογήσεων με τη βοήθεια του λογισμικού METAL είναι το ελάχιστο πάχος εκλεκτικής απόληψης ενδιάμεσου στείρου στρώματος, d σ,m, το ελάχιστο πάχος εκλεκτικής εξόρυξης λιγνιτικού στρώματος, d λ,m και η μέγιστη επιτρεπόμενη τέφρα επί ξηρού AWF max του διαμορφούμενου απολήψιμου τμήματος. Ο αριθμός, το πάχος και η ποιότητα των διαμορφούμενων απολήψιμων λιγνιτικών

6 Τιμητικός τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη απόδοση εσκαφέα % λόγος πάχους εκσκαπτόμενου πακέτου προς την ακτίνα του καδοτροχού Σχήμα 2. Απόδοση καδοφόρου εκσκαφέα (επιτυγχανόμενη ωριαία παραγωγή σε σχέση με την ονομαστική) κατά την εκλεκτική εξόρυξη λεπτών στρωμάτων, ως συνάρτηση του λόγου του πάχους των προς την ακτίνα του καδοτροχού (Γαλετάκης 996). τμημάτων επηρεάζονται καθοριστικά από τις παραπάνω παραμέτρους. Με επιλογή συνδυασμών d λ,m, d σ,m, AWF max που ευνοούν την εκλεκτική εξόρυξη στρωμάτων μικρού σχετικά πάχους, εξασφαλίζεται μικρό ποσοστό αγόνων ενστρώσεων στο τμήμα του απολήψιμου λιγνίτη, αλλά προκύπτει μεγάλος αριθμός απολήψιμων λιγνιτικών τμημάτων μικρού πάχους. Μολονότι η περίπτωση αυτή εξασφαλίζει περιορισμένη συνεξόρυξη ενδιαμέσων στείρων στρωμάτων, εντούτοις είναι δυσμενής από άποψη εκμετάλλευσης, αφού οδηγεί σε μειωμένη απόδοση του εξοπλισμού λόγω του μικρού πάχους των στρωμάτων (Σχήμα 2) και επιπλέον παρουσιάζεται αυξημένη ρύπανση και απώλεια εκμετάλλευσης λόγω της συχνής εναλλαγής κατά την εξόρυξη από λιγνιτικά σε άγονα στρώματα. Αντίθετα, συνδυασμοί d λ,m, d σ,m, AWF max που δίνουν μικρό αριθμό λιγνιτικών στρωμάτων μεγάλου πάχους, είναι μεν ευνοϊκοί από πλευράς ρύπανσης-απωλειών εκμετάλλευσης και απόδοσης του εξοπλισμού εξόρυξης, αλλά οδηγούν σε υψηλό ποσοστό συμμετοχής στείρων ενστρώσεων στα διαμορφούμενα εκμεταλλεύσιμα τμήματα, που έχει ως συνέπεια την υποβάθμιση της ποιότητας του παραγόμενου λιγνίτη. Είναι φανερό λοιπόν, ότι απαιτείται να αναπτυχθεί μια μεθοδολογία καθορισμού των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων d λ,m, d σ,m και AWF max που να εξασφαλίζουν ποιότητα εξορυσσόμενου λιγνίτη εντός των προδιαγραφών, ενώ ταυτόχρονα θα μεγιστοποιούν την απόληψη του κοιτάσματος (βασική αρχή της ορθολογικής εκμετάλλευσης των κοιτασμάτων) και θα εξασφαλίζουν ικανοποιητική απόδοση του εξορυκτικού εξοπλισμού. Η εφαρμοζόμενη σήμερα διαδικασία καθορισμού των βέλτιστων τιμών περιλαμβάνει τη διενέργεια μια σειράς αξιολογήσεων και επιλογής των βέλτιστων τιμών στη συνέχεια με απλά εμπειρικά κριτήρια και μέσω απλών διαγραμμάτων συσχέτισης. Η μέθοδος αυτή αδυνατεί να εντοπίσει τις πραγματικές βέλτιστες τιμές, εφόσον απαιτείται η ταυτόχρονη επίτευξη περισσότερων του ενός στόχων και ο εφαρμοζόμενος εμπειρικός τρόπος δεν μπορεί να τις εντοπίσει. Για την εύρεση των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων αξιολόγησης αναπτύσσεται στην εργασία αυτή μια μεθοδολογία, η οποία βασίζεται στην τεχνική της βελτιστοποίησης μέσω των ε- πιφανειών απόκρισης (respose surface) που προκύπτουν κατά την υλοποίηση του παραγοντικού σχεδιασμού πειραμάτων (Myers 999).

7 48 Τιμητικός τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη 3. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΕΥΡΕΣΗΣ ΤΩΝ ΒΕΛΤΙ- ΣΤΩΝ ΤΙΜΩΝ ΤΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΑΞΙΟ- ΛΟΓΗΣΗΣ 3. Παραγοντικός σχεδιασμός και επιφάνειες α- πόκρισης Βελτιστοποίηση Ο παραγοντικός σχεδιασμός πειραμάτων είναι η οργανωμένη και συστηματοποιημένη σχεδίαση, εκτέλεση και ανάλυση μιας σειράς πειραμάτων, με στόχο τη διερεύνηση σχέσεων που διέπουν τις παραμέτρους σχεδιασμού και τις αποκρίσεις ενός συστήματος. Με βάση τις σχέσεις αυτές, είναι δυνατό στη συνέχεια να γίνει η βέλτιστη επιλογή των τιμών των ελεγχόμενων παραμέτρων μιας διαδικασίας (παράμετροι σχεδιασμού), έτσι ώστε το αποτέλεσμα της διαδικασίας (μεταβλητές α- πόκρισης) να προσεγγίζει όσο περισσότερο γίνεται τις επιθυμητές τιμές (Box ad Drapper 987). H μεθοδολογία της επιφάνειας απόκρισης (Respose Surface Methodology), για τη βέλτιστη επιλογή τιμών των ελεγχόμενων παραμέτρων μιας διαδικασίας, αποτελεί ένα συνδυασμό στατιστικών και μαθηματικών τεχνικών, που έχει αποδειχτεί αποτελεσματικός σε προβλήματα βελτιστοποίησης μιας μεταβλητής απόκρισης y, οι τιμές της οποίας επηρεάζονται από τις τιμές των μεταβλητών σχεδιασμού x, x 2,, x k σύμφωνα με τη γενική σχέση y=f(x, x 2,, x k ). Η συνάρτηση f προσδιορίζεται συνήθως προσεγγιστικά με μοντέλα πολλαπλής παλινδρόμησης (συνήθως ου και 2 ου βαθμού). Για την βελτιστοποίηση της f χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνικές μαθηματικού προγραμματισμού με συνηθέστερη τη μέθοδο της μέγιστης ανόδου εφόσον η f είναι παραγωγίσιμη σε όλο το πεδίο τιμών της, ή ευρετικοί αλγόριθμοι αν η συνάρτηση f δεν είναι παραγωγίσιμη (Myers ad Motgomery 2002). Για την ταυτόχρονη βελτιστοποίηση περισσότερων μεταβλητών απόκρισης y κατασκευάζεται μια νέα μεταβλητή z που συνδυάζει όλες τις προς βελτιστοποίηση μεταβλητές απόκρισης y λαμβάνοντας υπόψη την βαρύτητα κάθε μεταβλητής στο επιδιωκόμενο αποτέλεσμα. Για την κατασκευή της μεταβλητής z απαιτείται να μετασχηματιστούν κατάλληλα οι τιμές των y σε νέες z που λαμβάνουν τιμές εντός του διαστήματος [0, ], έτσι ώστε η τιμή να εκφράζει πάντοτε την επιθυμητή τιμή. Οι απαιτούμενοι μετασχηματισμοί των y σε z, ανάλογα με το επιδιωκόμενο αποτέλεσμα της βελτιστοποίησης (ελαχιστοποίηση, μεγιστοποίηση ή τιμή στόχος), δίνονται από τους παρακάτω σχέσεις (Harrgto 965, Derrger ad Such 980): Όταν επιζητείται μεγιστοποίηση της y : 0 y < L z y = U s L L L y y > U U Όταν επιζητείται ελαχιστοποίηση της y : y < L s U y z = L y U U L y > U 0 () (2) Όταν επιζητείται επίτευξη συγκεκριμένης τιμής Τ για την y : 0 y < L s y L L y T T L z = (3) t y U T y U T U 0 y > U όπου L, U και Τ η ελάχιστη, η μέγιστη και η επιθυμητή τιμή στόχος της παραμέτρου απόκρισης y αντίστοιχα. Οι εκθέτες s και t στις σχέσεις έως 3 καθορίζουν την μορφή της z (Σχήμα 3) και αντικατοπτρίζουν την επίδραση της απόκλισης από την επιθυμητή τιμή, στον επιδιωκόμενο στόχο της βελτιστοποίησης. Για s= και t= η απόκλιση της y σχετίζεται γραμμικά με την z.

8 Τιμητικός τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη 49 z L y U L T U y Σχήμα 3. Μορφές της μεταβλητής z για διάφορες τιμές των s και t. Το αριστερό διάγραμμα αφορά την περίπτωση όπου επιζητείται μεγιστοποίηση της y και το δεξιό όταν επιζητείται επίτευξη συγκεκριμένης τιμής. Για την περίπτωση όπου επιζητείται ελαχιστοποίηση της y το διάγραμμα που προκύπτει είναι το ανάστροφο της μεγιστοποίησης (Magusstcs, 2005). Η νέα συνολική προς βελτιστοποίηση μεταβλητή απόκρισης, z, ορίζεται ως ο γεωμετρικός μέσος των επιμέρους μεταβλητών z, όπως δίνεται από τη σχέση 4. Επειδή κάθε μεταβλητή z βελτιστοποιείται όταν λαμβάνει την τιμή, είναι προφανές ότι και η z λαμβάνει τη βέλτιστη τιμή της για την ίδια τιμή. z = z (4) = Όταν οι επιμέρους μεταβλητές z έχουν διαφορετικό συντελεστή βαρύτητας, w, στη συνολική μεταβλητή, τότε η z υπολογίζεται από τη σχέση 5 (Myers ad Motgomery, 2002). ( / w w w2 w3 w z z z3... z ) (5) = z = 3.2 Μεθοδολογία εύρεσης των βέλτιστων παραμέτρων αξιολόγησης Με βάση την προηγηθείσα περιγραφή της διαδικασίας αξιολόγησης των στοιχείων των γεωτρήσεων, προκύπτει ότι οι παράμετροι σχεδιασμού της διαδικασίας αξιολόγησης είναι τα ελάχιστα πάχη εκλεκτικής εξόρυξης για τα λιγνιτικά στρώματα d λ,m, τα άγονα στρώματα d σ,m και το μέγιστο επιτρεπόμενο ποσοστό της τέφρας AWF max των εξορυσσόμενων λιγνιτικών τμημάτων. Ως μεταβλητές απόκρισης επιλέχθηκαν το μέσο ποσοστό τέφρας του εξορυσσόμενου λιγνίτη, AWF ε, ο συντελεστής ανάκτησης της καύσι- μης ύλης που περιέχεται στο λιγνίτη, R θ και ο αριθμός των προκυπτόντων εκμεταλλεύσιμων λιγνιτικών στρωμάτων, λ. Όσο πλησιέστερα στις προδιαγραφές του ατμοηλεκτρικού σταθμού είναι το ποσοστό της τέφρα του εξορυσσόμενου λιγνίτη, τόσο πιο ομαλή και αποδοτική γίνεται η λειτουργία του ατμοηλεκτρικού σταθμού. Παράλληλα η επίτευξη υψηλού βαθμού ανάκτησης της καύσιμης ύλης του λιγνίτη, οδηγεί στην ορθολογική εκμετάλλευση του κοιτάσματος. Το ποσοστό της καύσιμης ύλης του λιγνίτη επί ξηρού υπολογίζεται με αφαίρεση του αντίστοιχου ποσοστού της τέφρας (AWF) από το 00. Τέλος η εκσκαφή του λιγνιτικού κοιτάσματος σε ενοποιημένα στρώματα μεγάλου σχετικά πάχους (μικρός αριθμός διαμορφούμενων εκμεταλλεύσιμων στρωμάτων, λ ) εξασφαλίζει την αποδοτική λειτουργία του εξοπλισμού της εξόρυξης. Ως μεταβλητή απόκρισης επιλέχθηκε ο βαθμός ανάκτησης της καύσιμης ύλης, αντί του συνηθισμένου συντελεστή απόληψης του κοιτάσματος, επειδή για τη συγκεκριμένη χρήση του λιγνίτη (καύση για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας) η ορθολογική εκμετάλλευση του κοιτάσματος επιτυγχάνεται με τη μεγιστοποίηση της ανάκτησης του ενεργειακού περιεχομένου του λιγνιτικού κοιτάσματος, το οποίο θεωρείται ανάλογο της περιεχόμενης καύσιμης ύλης. Στο Σχήμα 4 δίνεται σχηματικά η διαδικασία με τις επιλεγείσες παραμέτρους σχεδιασμού και τις μεταβλητές απόκρισης. Το ποσοστό της τέφρας του απολήψιμου λιγνίτη, AWF ε, υπολογίζεται απευ-

9 50 Τιμητικός τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη Σχήμα 4. Σχηματική απεικόνιση της διαδικασίας αξιολόγησης των στοιχείων των γεωτρήσεων και καθορισμός των παραμέτρων σχεδιασμού και των μεταβλητών απόκρισης. θείας από το λογισμικό METAL, ενώ ο συντελεστής R θ με βάση τη σχέση 6: Μέσο πάχος απολήψιμου λιγνίτη (00 AWFε ) (6) R θ = Μέσο πάχος γεωλογικού λιγνίτη (00 AWF ) Το μέσο πάχος του γεωλογικού και του απολήψιμου λιγνίτη καθώς και τα αντίστοιχα ποσοστά της τέφρας, AWF γ και AWF ε υπολογίζονται από το λογισμικό METAL. Ως γεωλογικός λιγνίτης θεωρούνται όλα τα λιγνιτικά στρώματα ανεξαρτήτως πάχους και ποιότητας του κοιτάσματος. Ο παρονομαστής στη σχέση 6 αποτελεί το μέτρο της συνολικής καύσιμης ύλης του λιγνιτικού κοιτάσματος, ενώ ο αριθμητής αποτελεί το μέτρο της απολαμβανόμενης καύσιμης ύλης. Τα στάδια της μεθοδολογία εύρεσης των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων σχεδιασμού d λ,m, d σ,m και AWF max είναι: - Καθορισμός των επιπέδων μεταβολής των παραμέτρων σχεδιασμού και αξιολόγηση των στοιχείων των γεωτρήσεων με βάση τους συνδυασμούς που προκύπτουν. - Υπολογισμός των κυρίων επιδράσεων και των αλληλοεπιδράσεων των παραμέτρων γ σχεδιασμού στις μεταβλητές απόκρισης (AWF ε και R θ ) καθώς και των εξαρτήσεων τους (γραμμικές ή μη). - Ανάπτυξη εμπειρικών μοντέλων παλινδρόμησης που συνδέουν τις παραμέτρους σχεδιασμού με τις μεταβλητές απόκρισης. - Βελτιστοποίηση με βάση τη μεθοδολογία των επιφανειών απόκρισης που αναπτύχθηκε παραπάνω. 4. ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΤΩΝ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ ΓΙΑ ΤΟΝ ΤΟΜΕΑ 0 ΤΟΥ ΝΟΤΙΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΤΗΣ ΠΤΟΛΕΜΑΪΔΑΣ Για την εφαρμογή της μεθοδολογίας εύρεσης των βέλτιστων τιμών αξιολόγησης, επιλέχτηκαν οι Τομείς 0, του λιγνιτικού κοιτάσματος του Νοτίου Πεδίου που βρίσκεται στην περιοχή των ορυχείων Πτολεμαΐδας του Λιγνιτικού Κέντρου Δυτικής Μακεδονίας. Το τμήμα αυτό του κοιτάσματος έχει ήδη εξορυχθεί και έτσι, πλην των στοιχείων των γεωτρήσεων, υπάρχουν διαθέσιμα

10 Τιμητικός τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη 5 και στοιχεία για τα ποιοτικά και ποσοτικά μεγέθη για τον λιγνίτη που παράχθηκε. Το γεγονός αυτό παρέχει τη δυνατότητα να ελεγχθούν τα αποτελέσματα των αξιολογήσεων, αλλά και να διερευνηθεί αν η διενεργεθείσα εκμετάλλευση εξασφάλισε τις τεθείσες προδιαγραφές ποιότητας, εξασφαλίζοντας παράλληλα το μέγιστη α- νάκτηση του καύσιμου υλικού του λιγνίτη και την υψηλή απόδοση του εξοπλισμού. Για τον υπολογισμό του πάχους και της τέφρας επί ξηρού του απολήψιμου λιγνίτη χρησιμοποιήθηκαν τα στοιχεία 90 γεωτρήσεων που έχουν εκτελεστεί στον τομέα αυτό. Επιλέχθηκε να μελετηθούν οι παράμετροι σχεδιασμού σε τρία επίπεδα η καθεμιά, δημιουργώντας έτσι ένα πλήρες παραγοντικό σχέδιο 27 Πίνακας. Επίπεδα των παραμέτρων σχεδιασμού και αποτελέσματα των αξιολογήσεων. No d λ,m cm d σ,m cm AWF max % λ d λ cm d λ,total m AWF ε (%) R θ (%) Γεωλογικός λιγνίτης

11 52 Τιμητικός τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη AWFε % λ Rθ % AWFmax % dλ,m cm dσ,m cm Σχήμα 5. Επίδραση των παραμέτρων σχεδιασμού στην τέφρα του εξορυσσόμενου λιγνίτη, AWF ε, στον αριθμό των εκμεταλλεύσιμων στρωμάτων, λ και στον συντελεστή ανάκτησης καύσιμης ύλης, R θ. περιπτώσεων (Νο έως 27 στον Πίνακα ). Επιπλέον των περιπτώσεων αυτών, δημιουργήθηκαν και 9 συνδυασμοί (Νο 28 έως 36 στον Πίνακα ) με τιμές των παραμέτρων σχεδιασμού που δεν χαρακτηρίζονται ως τυπικές. Οι υπόλοιπες παράμετροι που απαιτούνται για την αξιολόγηση των στοιχείων των γεωτρήσεων (απώλειες και ρύπανση εκμετάλλευσης και ποιοτικά χαρακτηριστικά αγόνων στρωμάτων) δεν θεωρήθηκαν ως παράμετροι σχεδιασμού και χρησιμοποιήθηκαν οι τιμές που έχουν προκύψει από τη στατιστική ανάλυση στοιχείων της παραγωγής (Γαλετάκης και Καβουρίδης, 998). Τα χαρακτηριστικά που απολήψιμου λιγνίτη, που υπολογίστηκαν με την διαδικασία αξιολόγησης, είναι ο αριθμός λ, το πάχος d λ, η μέση τέφρα επί ξηρού, AWF ε των απολήψιμων λιγνιτικών τμημάτων (αφού ληφθεί υπόψη και η ρύπανση της εκμετάλλευσης). Στη συνέχεια υπολογίστηκε το συνολικό πάχος του απολήψιμου λιγνίτη, d λ,total = λ d λ και ο συντελεστής ανάκτησης της καύσιμης ύλης R θ με βάση τη σχέση 6. Το συνολικό πάχος και η τέφρα επί ξηρού του γεωλογικού λιγνίτη για τον Τομέα 0 υπολογίστηκαν σε 54 m και 25.% αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα της διαδικασίας αξιολόγησης δίνονται στον Πίνακα. Η ανάλυση του παραπάνω παραγοντικού σχεδίου μέσω του υπολογισμού των κυρίων επιδράσεων και αλληλοεπιδράσεων δίνεται στο σχήμα 5. Από την ανάλυση προκύπτει ότι οι παράμετροι σχεδιασμού που έχουν τη μεγαλύτερη επίδραση στις μεταβλητές απόκρισης AWF ε, R θ και λ, είναι η μέγιστη τέφρα επί ξηρού AWF max και το ελάχιστο πάχος εκλεκτικής απόληψης ενδιάμεσου άγονου στρώματος d σ,m. Η επίδραση του ελάχιστου πάχους εκλεκτικής εξόρυξης λιγνιτικού στρώματος, d λ,m, στις μεταβλητές απόκρισης AWF ε και R θ, εμφανίζεται μικρότερη αλλά όχι αμελητέα. Η AWF max εμφανίζει μη γραμμική συσχέτιση με όλες τις παραμέτρους απόκρισης. Το d λ,m εμφανίζει γραμμική συσχέτιση με AWF ε και λ, και μη γραμμική με R θ. Tο d σ,m εμφανίζει γραμμική συσχέτιση με AWF ε και R θ και μη γραμμική με λ. Από την ανάλυση των επιδράσεων προέκυψε ότι τα πλέον κατάλληλα μοντέλα, που συνδέουν τις παραμέτρους σχεδιασμού με τις μεταβλητές απόκρισης, είναι τα μοντέλα παλινδρόμησης δευτέρου βαθμού της μορφής: y =a 0 +a x +a 2 x 2 +a 3 x 3 +a 4 x 2 +a 5 x x 2 +a 6 x x 3 + +a 7 x 2 2 +a 8 x 2 x 3 +a 9 x 3 2 όπου y είναι R θ ή AWF ε ή λ και x = AWF max, x 2 = d λ,m και x 3 =d σ,m.

12 Τιμητικός τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη 53 ου Πίνακας 2. Συντελεστές μοντέλων παλινδρόμησης 2 βαθμού. Συντελεστές R AWF θ ε λ Οι συντελεστές a που υπολογίστηκαν δίνονται στον Πίνακα 2. Για τον καθορισμό των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων σχεδιασμού, ως στόχοι τέθηκαν η μεγιστοποίηση του R θ και η επίτευξη ποσοστού τέφρας εξορυσσόμενου λιγνίτη, AWF ε, που α- ντιστοιχεί στις προδιαγραφές του ατμοηλεκτρικού σταθμού, το οποίο στη συγκεκριμένη περίπτωση θεωρήθηκε 3%. Στη συνέχεια έγιναν οι μετασχηματισμοί των R θ, AWF ε και λ με βάση τις σχέσεις και 3 και δημιουργήθηκε η συνολική μεταβλητή απόκρισης, z όπως ορίζεται από τη σχέση 5. Για τον μετασχηματισμό των τιμών θεωρήθηκε s=t= (γραμμική συσχέτιση της z με τη y ) και w =w 2 =w 3 =3 (οι βελτιστοποιούμενες παράμετροι z έχουν την ίδια βαρύτητα). Η μορφή της επιφάνειας απόκρισης της τελικής βελτιστοποιούμενης παραμέτρου z ως συνάρτηση των AWF max, και d σ,m όταν d λ,m = 35 cm, δίνεται στο Σχήμα 6. Η μέγιστη τιμή της z υπολογίστηκε με τη χρήση ευρετικών αλγορίθμων, με τη βοήθεια z a a a a a a a a a a d λ,m =35 cm AWF max % d σ,m cm Σχήμα 6. Επιφάνεια απόκρισης για d λ,m = 35 cm. του λογισμικού Statgraphcs (Magustcs 2005). Η χρήση τέτοιων αλγορίθμων είναι επιβεβλημένη δεδομένου ότι η προς μεγιστοποίηση συνάρτηση z δεν είναι παραγωγίσιμη σε όλα τα σημεία του πεδίου ορισμού της (σημεία L, T και U). Οι βέλτιστες τιμές των AWF max, d σ,m και d λ,m που αντιστοιχούν στη μέγιστη τιμή της z καθώς και οι αντίστοιχες τιμές των R θ, λ και AWF ε, υπολογίστηκαν για τρία σενάρια που α- ντιπροσωπεύουν διαφορετικές στρατηγικές εκμετάλλευσης. Στο πρώτο σενάριο θεωρήθηκε ότι και οι τρεις προς βελτιστοποίηση μεταβλητές (ποιότητα, απόδοση εξοπλισμού και ανάκτηση του θερμιδικού περιεχομένου του κοιτάσματος) έχουν την ίδια βαρύτητα. Για την περίπτωση αυτή, η επιθυμητή τιμή για την τέφρα επί ξηρού (χαρακτηριστική παράμετρος ποιότητας) είναι αυτή των προδιαγραφών (3%). Για τη μεγιστοποίηση της απόδοσης του εξοπλισμού εξόρυξης, απαιτείται τα διαμορφούμενα προς εξόρυξη στρώματα να είναι λίγα σε αριθμό και μεγάλου πάχους. Επειδή ως τυπική παράμετρος απόδοσης του εξοπλισμού θεωρήθηκε ο αριθμός των διαμορφούμενων προς εξόρυξη λιγνιτικών στρωμάτων, η μεγιστοποίηση της απόδοσης επιτυγχάνεται με ελαχιστοποίηση του αριθμού λ των στρωμάτων αυτών. Τέλος θεωρήθηκε ότι η μέγιστη απόληψη του λιγνιτικού κοιτάσματος επιτυγχάνεται με τη μεγιστοποίηση του συντελεστή θερμιδικής απόληψης R θ. Με βάση τα παραπάνω, οι συντελεστές βαρύτητας w, w 2, και w 3 των AWF ε, λ και R θ αντίστοιχα, καθορίστηκαν σε w =w 2 =w 3 =3. Στο δεύτερο σενάριο υπολογίζονται οι βέλτιστες τιμές των παραμέτρων αξιολόγησης

13 54 Τιμητικός τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη AWF max, d σ,m και d λ,m για μια διαφορετική στρατηγική εκμετάλλευσης, για την οποία προτεραιότητα θεωρείται η μέγιστη θερμιδική απόληψη του κοιτάσματος, ακολουθούμενη από την ποιότητα και την απόδοση του εξοπλισμού. Οι συντελεστές βαρύτητας w, w 2, και w 3 των AWF ε, λ και R θ αντίστοιχα, καθορίστηκαν σε w = 2, w 2 = και w 3 =5. Τέλος, το τρίτο σενάριο εκφράζει μια άλλη στρατηγική εκμετάλλευσης, στην οποία αυξημένη βαρύτητα έχει η ποιότητα του εξορυσσόμενου λιγνίτη, ακολουθούμενη από τη θερμιδική απόληψη του κοιτάσματος και την απόδοση του εξοπλισμού. Για την περίπτωση αυτή, οι συντελεστές καθορίστηκαν σε w = 2, w 2 = και w 3 =5. Οι στόχοι, οι παράμετροι της διαδικασίας βελτιστοποίησης, οι βέλτιστες τιμές για τα τρία αυτά σενάρια, καθώς και οι τιμές της τελικής συνάρτησης βελτιστοποίησης, z, δίνονται στον Πίνακα 3. Στον ίδιο πίνακα δίνονται επίσης και οι τιμές των AWF ε, λ και R θ που προκύπτουν με την εφαρμογή των τυπικών τιμών των παραμέτρων αξιολόγησης, όπως εφαρμόζονται σήμερα. 5. ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΣΥ- ΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από τα αποτελέσματα του Πίνακα 3 προκύπτει ότι οι βέλτιστες τιμές των παραμέτρων αξιολόγησης εμφανίζονται σημαντικά διαφοροποιημένες για τις τρεις στρατηγικές εκμετάλλευσης (σενάρια -3). Η εφαρμογή των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων αξιολόγησης που υπολογίστηκαν στο σενάριο, εξασφαλίζει πλήρη ε- πίτευξη του στόχου της ποιότητας, την υψηλότερη απόδοση του εξοπλισμού εξόρυξης και ικανοποιητική απόληψη. Η εφαρμογή των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων αξιολόγησης που υπολογίστηκαν στο σενάριο 2, επιτυγχάνει υ- ψηλή απόληψη του κοιτάσματος αλλά με σημαντική απόκλιση από τη ποιότητα των προδιαγραφών και σε σχετικά αυξημένο αριθμό λιγνιτικών στρωμάτων προς εξόρυξη. Η εφαρμογή Πίνακας 3. Βέλτιστες τιμές των παραμέτρων σχεδιασμού και αντιστοιχούσες τιμές των AWF ε, λ και R θ για τρεις διαφορετικές στρατηγικές εκμετάλλευσης. Βέλτιστες τιμές παραμέτρων σχεδιασμού Στόχοι βελτιστοποίησης και επιτευχθείσες τιμές των μεταβλητών απόκρισης Σενάριο : Ίδια βαρύτητα για όλες τις μεταβλητές απόκρισης w =w 2 =w 3 =3, z=0.9 AWF max, % 36.4 AWF ε, % (στόχος = 3%) 3.0 d λ,m, cm 20.0 λ (ελαχιστοποίηση) d σ,m, cm 70.0 R θ, % (μεγιστοποίηση) 88.4 Σενάριο 2: Μέγιστη θερμιδική απόληψη του κοιτάσματος w =2 w 2 = w 3 =5, z=0.79 AWF max, % 46.9 AWF ε, % (στόχος = 3%) 32.5 d λ,m, cm 20.0 λ (ελαχιστοποίηση) 5 d σ,m, cm 49.0 R θ, % (μεγιστοποίηση) 93.4 Σενάριο 3: Καλύτερη δυνατή ποιότητα εξορυσσόμενου λιγνίτη w =5 w 2 = w 3 =2, z=0.82 AWF max, % 4.8 AWF ε, % (στόχος = 3%) 3.0 d λ,m, cm 50.0 λ (ελαχιστοποίηση) 4 d σ,m, cm 39.0 R θ, % (μεγιστοποίηση) 76.3 Τυπικές τιμές που χρησιμοποιούνται κατά την αξιολόγηση z=0.47 AWF max, % 55.0 AWF ε, % (στόχος = 3%) 30.9 d λ,m, cm 50.0 λ (ελαχιστοποίηση) 20.0 d σ,m, cm 20.0 R θ, % (μεγιστοποίηση) 78.6

14 Τιμητικός τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη 55 των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων αξιολόγησης που υπολογίστηκαν στο σενάριο 3, εξασφαλίζει πλήρως την επίτευξη του στόχου της ποιότητας, οδηγεί όμως σε απαράδεκτα χαμηλή απόληψη του κοιτάσματος και σε μεγάλο αριθμό διαμορφούμενων λιγνιτικών στρωμάτων, με δυσμενή επίδραση στην απόδοση του εξοπλισμού. Από τα παραπάνω συμπεραίνεται ότι με τις υπολογισθείσες βέλτιστες τιμές των παραμέτρων αξιολόγησης για τη στρατηγική εκμετάλλευσης που αντιπροσωπεύει το σενάριο, επιτυγχάνονται πλήρως οι δυο από τους τρεις στόχους της βελτιστοποίησης (ποιότητα και απόδοση εξοπλισμού), ενώ ταυτόχρονα εξασφαλίζεται και ικανοποιητική απόληψη του κοιτάσματος. Η υπεροχή των βέλτιστων τιμών που αντιπροσωπεύει το σενάριο επιβεβαιώνεται και από την υψηλότερη τιμή (0.9) της συνάρτησης z. Από τη σύγκριση των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων του σεναρίου με εκείνες που χρησιμοποιούνται σήμερα για την αξιολόγηση των λιγνιτικών κοιτασμάτων, συμπεραίνεται ότι υπάρχουν σημαντικές διαφορές, ιδιαίτερα όσον αφορά τα ελάχιστα πάχη εκλεκτικής εξόρυξης λιγνιτικών και αγόνων στρωμάτων. Η τιμή της z για τον συνδυασμό των παραμέτρων αξιολόγησης που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι 0.47 και απέχει σημαντικά από τις βέλτιστες περιοχές και των τριών στρατηγικών που εξετάστηκαν (Σχήμα 7). Ο καθορισμός των χρησιμοποιούμενων σήμερα συμβατικών αυτών τιμών για την αξιολόγηση των λιγνιτικών κοιτασμάτων βασίζεται κυρίως στη σύγκριση των απολογιστικών στοιχείων της παραγωγής (εξορυχθείσα ποσότητα και ποιότητα του λιγνίτη) με τα στοιχεία των αξιολογησθεισών γεωτρήσεων και υπολογίζεται με μια απλή επαναληπτική διαδικασία δοκιμής και σφάλματος, λαμβάνοντας επιπροσθέτως υ- πόψη τους περιορισμούς που τίθενται από τον χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό. Επειδή οι συνδυασμοί των παραμέτρων αξιολόγησης που μπορεί να δώσουν τιμές παραπλήσιες των απολογιστικών είναι πολλοί, είναι προφανές ότι η επιλογή του τελικού συνδυασμού μόνο με εμπειρικά κριτήρια μπορεί να οδηγήσει σε μη βέλτιστες περιοχές. Με βάση τα παραπάνω, είναι προφανές ότι η εφαρμοζόμενη σήμερα μεθοδολογία αξιολόγησης των πολυστρωματικών λιγνιτικών κοιτασμάτων είναι δυνατόν να βελτιωθεί με την προσθήκη διαδικασίας εύρεσης των βέλτιστων τιμών των κρίσιμων παραμέτρων (εκλεκτικά πάχη εξόρυξης λιγνιτικών και αγόνων στρωμάτων και μέγιστο ποσοστό τέφρας του εξορυσσόμε- Δείκτης βελτιστοποίησης, z 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, 0 Σενάριο Σενάριο 2 Σενάριο 3 Εμπειρικός καθορισμός Σχήμα 7. Δείκτης επίτευξης των στόχων της βελτιστοποίησης για τα διαφορετικά σενάρια αξιολόγησης και την εφαρμοζόμενη εμπειρική μέθοδο (z=: πλήρης επίτευξη όλων των στόχων, z=0 πλήρης αδυναμία επίτευξης ενός τουλάχιστον στόχου).

15 56 Τιμητικός τόμος στη μνήμη του Καθηγητή Κωνσταντίνου Καβουρίδη νου λιγνίτη). Προκειμένου τα αποτελέσματα της βελτιστοποίησης να βρίσκονται σε συμφωνία με την επιλεγείσα στρατηγική εκμετάλλευσης του κοιτάσματος, είναι απαραίτητο οι στόχοι (ορθολογική αξιοποίηση του κοιτάσματος, συμμόρφωση της ποιότητας του εξορυσσόμενου λιγνίτη με τις προδιαγραφές, αξιοποίηση του εξοπλισμού κ.α.) να είναι σαφώς καθορισμένοι και ιεραρχημένοι. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Box G. ad Draper N. (987). Emprcal Model-Buldg ad Respose Surfaces, Wley, New York. Derrger, G. ad Such, R. (980). Smultaeous Optmzato of Several Respose Varables, Joural of Qualty Techology, Volume 2, No. 4, pp Galetaks M., 997, Determato of dluto of lgte durg selectve mg wth bucket-wheel excavators usg eural etworks techques, MeIT 97 st Ιteratoal coferece o Iformato Techologes the Meral Idustry (va Iteret) -2 December 997. Harrgto, E.C. Jr. (965). The Desrablty Fucto, Idustral Qualty Cotrol, Volume 2, No. 0, pp Magustcs Ic. (2005). Statgraphcs 5 Plus. User s Gude. Myers R.H. (999), Respose surface methodology - curret status ad future drectos. (wth dscusso) Joural of Qualty Techology, 3, Myers R.H. ad Motgomery D.C. (2002), Respose Surface Methodology. Wley, New York. Γαλετάκης Μ., 996, Προσδιορισμός της ποιότητας του λιγνίτη που εξορύσσεται με τη συνεχή μέθοδο εκμετάλλευσης από πολυστρωματικά κοιτάσματα, Διδακτορική Διατριβή, Πολυτεχνείο Κρήτης, Τμήμα Μηχανικών Ορυκτών Πόρων. Γαλετάκης Μ. και Καβουρίδης Κ.,998, Ποιοτικός Έλεγχος του Λιγνίτη που εξορύσσεται με την Υπαίθρια Συνεχή Μέθοδο Εκμετάλλευσης με Χρήση Στατιστικών Μεθόδων, Τεχνικά Χρονικά, Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, V, τεύχος -2 σελ Καβουρίδης Κ. και Γαλετάκης Μ., 996, Προσδιορισμός της ποιότητας του παραγόμενου λιγνίτη στην περιοχή Πτολεμαΐδας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, Ορυκτός Πλούτος, Νο 98, σελ Καραμαλίκης Ν., 2004, Προσδιορισμός και έλεγχος ποιότητας λιγνιτικών κοιτασμάτων, Διδακτορική διατριβή, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Τμήμα Μηχανικών Μεταλλείων και Μεταλλουργών Μηχανικών.