Energetyka: OPTiCoalMine

Krótki opis usługi

Usługa obliczeniowa OPTiCoalMine przeznaczona jest do optymalizacji produkcji w podziemnych kopalniach węgla kamiennego stosujących ścianowy system eksploatacji.

Opracowany model obliczeniowy umożliwia odwzorowanie planowanych robót eksploatacyjnych w kopalni lub grupie kopalń węgla kamiennego z uwzględnieniem aspektu ryzyka związanego z procesem wydobywczym.

Zaprojektowany algorytm ewolucyjnym (oparty na programowaniu ewolucyjnym z selekcją elitarną) umożliwia wybór najlepszego wariantu prowadzenia robót ze względu na wybrane kryterium.

Usługa może znaleźć zastosowanie:

- w ocenie propozycji rozcięcia złoża,

- wyznaczenia kolejności eksploatacji partii pokładów,

- doboru wyposażenia do planowanych wyrobisk.

Aktywowanie usługi

Aby korzystać z zasobów obliczeniowych PL-Grid należy założyć konto użytkownika, dostać grant obliczeniowy oraz aktywować niezbędne usługi.

1. Zakładanie konta w portalu PL-Grid

Pierwszym krokiem jest rejestracja nowego użytkownika w portalu PL-Grid (portal.plgrid.pl). Dokładny opis rejestracji w portalu można znaleźć w Podręczniku użytkownika PL-Grid. Studenci oraz osoby, które będą wykonywać obliczenia pod opieką już zarejestrowanego użytkownika powinni zaznaczyć w polu 'Typ OPI'  opcję ' Jestem podopiecznym osoby zarejestrowanej w bazie OPI' .

2. Uzyskanie certyfikatu Simple CA

Po zalogowaniu się na swoje kontro w portalu PL-Grid, należy wygenerować certyfikat Simple CA (Aplikowanie, rejestracja i użycie certyfikatu). Certyfikat ten należy pobrać i zapisać na lokalnym dysku (warto zapisać go także na dysku przenośnym, tak by mieć do niego dostęp na innych stacjach roboczych). Następnie można zarejestrować certyfikat w używanej przez siebie przeglądarce internetowej. 

3. Aktywacja wymaganych usług

Kolejnym krokiem jest aplikowanie o usługi globalne i dostępowe. Podręcznik wyjaśnia, w jaki sposób tego dokonać. Dla potrzeb usługi OPTiCoalMine należy zaaplikować o usługę dostępową Dostęp do klastra ZEUS.

4. Aktywacja usługi OPTiCoalMine

W celu skorzystania z usługi OPTICoalMine należy zaaplikować na swoim koncie o dostęp do niej, wybierając ją z listy dostępnych usług dziedzinowych.

Pierwsze kroki

Okno startowe usługi

Usługa OPTiCoalMine jest udostępniona pod adresem: XXXXXXXXXXXX w Wirtualnym Laboratorium GridSpace 2 (Rys. 1).

Rys. 1

Po zalogowaniu na klaster ZEUS, otwiera się strona eksperymentu umożliwiająca przeprowadzenie obliczeń z wykorzystaniem opracowanej usługi (Rys. 2).

Rys. 2

Widok na stronie usługi obejmuje pięć części:

1. Okno 1 - Snippet 1 OPTIMine configuration – kod umożliwiający wprowadzenie nowych ustawień parametrów algorytmu obliczeniowego.
2. Okno 2 - Input/Output 1 OPTIMine parameters – okno umożliwiające podgląd i edycję wprowadzonych parametrów algorytmu.
3. Okno 3 - Input/Output 2 OPTIMine input – okno umożliwiające podgląd i edycję danych wejściowych do algorytmu.
4. Okno 4 - Snippet 2 OPTIMine PBS – okno umożliwiające uruchomienie usługi OPTiCoalMine, uruchomienie kolei PBS na klastrze ZEUS oraz podgląd postępu obliczeń.
5. Okno 5 - Input/Output 3 OPTIMine works plan – okno umożliwiające podgląd i edycję danych wyjściowych z usługi.

Przygotowanie danych wejściowych

Aby móc skorzystać z usługi należy przygotować plik .xml o odpowiedniej strukturze (Rys. 3). Można w tym celu wykorzystać opublikowany na stronie usługi w Oknie 3 plik (ściągnięcie jest możliwe poprzez ikonę download file (Rys. 4)).

Rys. 3. Struktura plik wejściowego do usługi

Rys. 4. Okno 3 usługi

Struktura pliku (Rys.3) składa się z następujących części:

• "ściany", w której zapisane są parametry projektowanych wyrobisk ścianowych,
• "ciągi", w której zapisane są dane dotyczące ciągów produkcyjnych,
• "zestawy", w której określone zostają zestawy (kompleksy) ścianowe,
• "mws", w której zapisane jest przyporządkowanie zestawów ścianowych do projektowanych wyrobisk ścianowych,
• "mps", w której zapisane są wartości średnie rozkładu postępu robót eksploatacyjnych w projektowanych wyrobiskach, przy wykorzystaniu zdefiniowanych zestawów ścianowych,
• "mos", w której zapisane są wartości odchyleń standardowych rozkładu postępu robót eksploatacyjnych w projektowanych wyrobiskach, przy wykorzystaniu zdefiniowanych zestawów ścianowych.

Przykład zapisu danych w sekcji "ściany" przedstawiono na Rys. 5. Przedstawiony fragment zapisu dotyczy dwóch wyrobisk w kopalni nr 1, w ciągu nr 1. (Parametry, które są podawane dla projektowanych wyrobisk ścianowych: name - nazwa wyrobiska, ls - długość ściany [m], h - wysokość ściany [m], L - wybieg ściany [m], g - ciężar objętościowy [Mg/m3], Q - wartość opałowa węgla [KJ/kg], S - zasiarczenie węgla [%], A - zapopielenie węgla [%]).

Rys. 5. Parametry projektowanych wyrobisk

Kolejnym elementem, szczególnie ważnym dla algorytmu obliczeniowego, jest wskazanie następstwa czasowego projektowanych wyrobisk ścianowych (określenie ciągów produkcyjnych) oraz ich wzajemnych zależności w czasie (wskazanie dat początku ciągów produkcyjnych). Na Rys. 6 wskazano sposób zapisu tych danych.

Rys. 6. Definiowanie ciągów produkcyjnych

Przedstawione dane dotyczą dwóch ciągów produkcyjnych, dla których podano: name - nazwa ciągu, start - data rozpoczęcia ciągu, ściana - wyrobisko ścianowe wchodzące w skład ciągu produkcyjnego. Kolejność zapisu wyrobisk w ciągu wskazuje na ich następstwo czasowe. W kolejnej sekcji pliku znajdują się nazwy zestawów ścianowych, które są możliwe do zastosowania w projektowanych wyrobiskach (Rys.7).

Rys. 7. Określenie zestawów ścianowych

Kolejnym elementem pliku jest zapis przyporządkowania zestawów ścianowych do planowanych wyrobisk (Rys. 8).

Rys. 8. Przyporządkowanie zestawów ścianowych do projektowanych wyrobisk

Z uwagi na niepewność związaną z dostępnością określonego typu wyposażenia, w algorytmie obliczeniowym umożliwiono wprowadzenie zapisu prawdopodobieństwa przyporządkowania danego zestawu do wyrobiska ścianowego (dla poprawnego działania algorytmu konieczne jest zachowanie zasady, aby suma prawdopodobieństw wynikająca z możliwości przyporządkowania zestawów w danym wyrobisku była równa 1). W takim przypadku algorytm losuje przyporządkowanie z dostępnych opcji.

Następną grupą danych w pliku są parametry rozkładu robót eksploatacyjnych w planowanych wyrobiskach przy zastosowaniu zdefiniowanych zestawów ścianowych. Przyjęto, że postęp tych robót jest zmienną losową o rozkładzie normalnym. W kolejnych częściach należy podać wartość średnią postępu robót eksploatacyjnych (Rys. 9) i odchylenie standardowe (Rys. 10)

Rys. 9. Określenie wartości średniej postępu w poszczególnych wyrobiskach z określonym wyposażeniem

Rys. 10. Zapis odchyleń standardowych postępu robót eksploatacyjnych w pliku wejściowym

Do pozostałych danych wejściowych należą:

• wydobycie planowane [Mg/m-c],
• czasookres analizy [m-c],
• czas trwania robót zbrojeniowych i likwidacyjnych [m-c],
• współczynnik strat eksploatacyjnych i przeróbczych [%],
• liczba losowań postępu robót eksploatacyjnych w planowanych wyrobiskach (N = min. 30),

oraz ustawienia algorytmu ewolucyjnego takie jak:

• liczebność populacji bazowej P,
• liczebność populacji rodzicielskiej l,
• liczebność elity h,
• liczba iteracji (generacji) algorytmu.

Są one zdeterminowane wewnątrz algorytmu obliczeniowego, natomiast istnieje możliwość ich zmiany, co opisano w sekcji Zaawansowane użycie.

Uruchomienie obliczeń

Wprowadzenie pliku wejściowego następuje poprzez naciśnięcie ikony Upload file w Oknie 3. Symulacja uruchamiana jest w Oknie 4 przyciskiem Run (Rys. 11).

Rys. 11. Uruchomienie obliczeń - Okno 3

Dane wyjściowe

Wyniki obliczeń prezentowane są w postaci liczbowej (pilk .xml) jak i graficznej (wykres wartości wydobycia w analizowanych miesiącach wraz z wydobyciem planowanym i możliwym odchyleniem – w Oknie 5 (Rys. 12).

 Rys. 12. Okno 5 - wyniki eksperymentu obliczeniowego

Struktura pliku .xml z wynikami obliczeń przedstawiona została na Rys. 13. Jest on dostępny w Oknie 5, po naciśnięciu ikony download file.

Rys. 13. Struktura pliku wyjściowego

Podstawowymi elementami struktury pliku wyjściowego są:

• numer planu,
• lista ciągów produkcyjnych,
• podanie daty rozpoczynającej analizowany okres (domyślnie okres ten wynosi 24 miesiące),
• wielkość wydobycia w analizowanym okresie - wartość średnia sumy wydobycia z poszczególnych ciągów produkcyjnych wchodzących w skład kopalni (lub przedsiębiorstwa wielozakładowego) [Mg],
• odchylenie standardowe wydobycia w analizowanym okresie [Mg].

W rozwinięciu listy ciągów produkcyjnych znajdują się szczegółowe informacje dotyczące (Rys. 14):

• numerów ścian wchodzących w skład ciągu,
• wybranych zestawów ścianowych do planowanych wyrobisk,
• średnie postępy robót eksploatacyjnych – wylosowane z zadanego (w danych wejściowych) rozkładu [m/d],
• daty rozpoczęcia i zakończenia robót zbrojeniowych,
• daty rozpoczęcia i zakończenia robót likwidacyjnych.

Rys. 14. Szczegóły pliku obliczeniowego

Zaawansowane użycie

Ewentualnie jako osobny podrozdział.

Gdzie szukać dalszych informacji?

Strony zewnętrzne (jeśli są), odnośnik do helpdesku lub strony dokumentacji o pomocy.