Assessment of the factors influencing on the formation of energy-oriented modes of electric power consumption by water-drainage installations of the mines

Abstract

Purpose. Performing the analysis to determine energy-efficient modes and assess the characteristics of the main indicators of electric power consumption by mine water-drainage installations based on the developed research mathematical model. Methods. To achieve the purpose set, a methodology is used to develop the multiple multifactor correlation-regression modeling with respect to the modes of electric power consumption by electrical and mechanical complexes of mine waterdrainage installations. The amount of consumed electric power is found as an effective feature. The expediency of using the nonlinear multiple regression analytical ratios has been substantiated during the model development. A comparative analysis of a multiple multifactor regression model, presented in the form of a power and linear function, has been performed. Findings. The research results make it possible to determine that the greatest influence on the electric power consumption is made by water inflow, and the smallest influence – by the depth of water pumping from underground horizons. The expediency of using a multiple multifactor regression model in the form of a power function has been substantiated. The elaborated quantitative values of the factors of electric power consumption by electrical and mechanical complexes of mine waterdrainage installations have become the basis for the introduction of innovative technological solutions at the relevant iron ore enterprises to optimize the cost characteristics of the electric power consumption. Originality. For the first time for the analysis and assessment of the operating modes of the main water-drainage installations of mines, the use of mathematical modeling based on the multiple correlation-regression method is proposed. The developed model takes into account a complex of technological parameters of influence on the water-pumping process. The analysis of the proposed model makes it possible to identify significant factors influencing the modes of electric power consumption by electrical and mechanical complexes of water-drainage installations in the mines and to conduct waterdrainage assessment for constructing an algorithm for optimal control of this process in the cost-target direction. Practical implications. The research tactics are proposed for determining the energy-efficient operating modes of the main water-drainage installations of the mines by the method of mathematical modeling. The analysis of the obtained results of mathematical and statistical modeling makes it possible to take into account the complex of technological parameters of the influence on the water-pumping process, to identify and assess the modes of electric power consumption by the main waterdrainage installations, as well as to obtain the initial data for the development of the structure of the control algorithm for mine stationary installations of this type in the cost-target aspect.

Мета. Проведення аналізу з визначення енергоефективних режимів та оцінювання характеристик основних показників споживання електричної енергії водовідливними установками шахт на основі розробленої дослідницької математичної моделі. Методика. Для досягнення поставленої мети застосована методика побудови множинного багатофакторного кореляційно-регресійного моделювання щодо режимів електроспоживання електромеханічними комплексами водовідливних установок шахт. В якості результативної ознаки визначено кількість спожитої електричної енергії. Доведено доцільність застосування в процесі розбудови моделі нелінійних множинних регресійних аналітичних співвідношень. Проведено порівняльний аналіз множиної багато-факторної регресійної моделі представленої у формі степеневої та лінійної функції. Результати. Результати дослідження дозволили установити, що найбільший вплив на споживання електричної енергії становить водоприток, а найменший – глибина відкачування води з підземних горизонтів. Обгрунтовано доцільність застосування множиної багатофакторної регресійної моделі у формі степеневої функції. Опрацьовані кількісні значення чинників електроспоживання електромеханічними комплексами водовідливних установок шахт стали підгрунтям щодо впровадження іноваційних технологічних рішень на відповідних залізорудних підприємствах задля оптимізації вартісних характеристик споживання електричної енергії. Наукова новизна. Вперше, для аналізу та оцінки режимів функціонування головних водовідливних установок шахт, запропоновано застосування математичного моделювання на засадах множинного кореляційно-регресійного методу. Побудована модель враховує комплекс технологічних параметрів впливу на процес водовідкачування. Аналіз запропонованної моделі дозволяє виявити суттєві чинники впливу щодо режимів електроспоживання електромеханічними комплексами водовідливних установок шахт та провести відвовідне оцінювання задля розбудови алгоритму оптимального керування цим процесом у вартісно-цільовому спрямуванні. Практична значимість. Запропонована тактика досліджень з встановлення енергоефективних режимів функціонування головних водовідливних установок шахт методом математичного моделювання. Аналіз отриманих результатів математико-статистичного моделювання дозволяє враховувати комплекс технологічних параметрів впливу на процес водовідкачування, виявити та провести оцінювання режимів споживання елект-роенергії головними водовідливними установками та отримати вихідні дані для розбудови структури алгоритму керування даним видом стаціонарних установок шахт у вартісно-цільовому аспекті.

Цель. Проведение анализа по определению энергоэффективных режимов и оценки характеристик основных показателей потребления электрической энергии водоотливными установками шахт на основе разработанной исследовательской математической модели. Методика. Для достижения поставленной цели применена методика построения множественного многофакторного корреляционно-регрессионного моделирования относительно режимов электропотребления электромеханическими комплексами водоотливных установок шахт. В качестве результативного признака определено количество потребленной электрической энергии. Доказана целесообразность применения в процессе развития модели нелинейных множественных регрессионных аналитических соотношений. Проведен сравнительный анализ множественной многофакторной регрессионной модели представленной в форме степенной и линейной функции. Результаты. Результаты исследования позволили установить, что наибольшее влияние на потребление электрической энергии составляет водоприток, а наименьшее – глубина откачки воды из подземных горизонтов. Обоснована целесообразность применения множественной многофакторной регрессионной модели в форме степенной функции. Обработаны количественные значения факторов электропотребления электромеханическими комплексами водоотливных установок шахт стали основой по внедрению инновационных технологических решений на соответствующих железорудных предприятиях для оптимизации стоимостных характеристик потребления электрической энергии. Научная новизна. Впервые для анализа и оценки режимов функционирования главных водоотливных установок шахт, предложено применение математического моделирования на основе множественного корреляционно-регрессионного метода. Построенная модель учитывает комплекс технологических параметров влияния на процесс водооткачки. Анализ предложенной модели позволяет выявить существенные факторы воздействия в отношении режимов электропотребления электромеханическими ком-плексами водоотливных установок шахт и провести соответствующее оценивание для развития алгоритма оптимального управления этим процессом в ценностно-целевом направлении. Практическая значимость. Предложенная тактика исследований по установлению энергоэффективных режимов функционирования главных водоотливных установок шахт методом математического моделирования. Анализ полученных результатов математико-статистического моделирования позволяет учитывать комплекс технологических параметров влияния на процесс водооткачки, вы-явить и провести оценку режимов потребления электроэнергии главными водоотливными установками и получить исходные данные для развития структуры алгоритма управления данным видом стационарных установок шахт в ценностно-целевом аспекте.

The authors express their deep gratitude to the administration of NVK Kryvorizhelektromontazh for assistance in selecting materials and sponsorship for the publication of this paper, as well as the staff of electrical supervisor and energy management of Kryvyi Rih Iron Ore Plant (KZHRK) for the opportunity to conduct experimental research.