Мещанінов Сергій Кармінович. Наукові основи забезпечення надійності функціонування очисного вибою як керуємого геомеханічного об’єкту

brief description

Мещанінов Сергій Кармінович. Наукові основи забезпечення надійності функціонування очисного вибою як керуємого геомеханічного об’єкту : Дис... д-ра наук: 05.15.09 - 2009.

Мещанінов С.К. Наукові основи забезпечення надійності функціонування очисного вибою, як керуємого геомеханічного об'єкту. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.09 «Геотехнічна та гірнича механіка». Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2009.
Дисертація присвячена проблемі забезпечення надійності функціонування очисного вибою шляхом розробки комплексного підходу до оцінки надійності функціонування очисної виробки як складної технічної системи, що складається з послідовно сполучених підсистем. Ідея роботи полягає в розгляді надійності функціонування очисного вибою на основі термодинамічного підходу.
Розроблені локальний, інтегральний і ентропійно-інтегральний критерії руйнування елемента гірської породи і ділянки порідного масиву.
Виконане моделювання та розроблені структурна, математична й оптимізаційна математична моделі керування надійністю функціонування очисного вибою за критерієм адаптації, а також математична й імітаційна комп'ютерна моделі комплексної системи контролю й керування надійністю функціонування очисного вибою.

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій на основі вперше встановленого зв’язку ентропії гірських порід приконтурної області породного масиву та її стану як основної підсистеми очисної виробки, розроблених ентропійних критеріїв руйнування та результатів моделювання очисного вибою як складної технічної системи, вирішена актуальна наукова проблема забезпечення надійності функціонування очисного вибою як керуємого геомеханічного об'єкту. В процесі виконання даної роботи отримані наступні основні наукові висновки і результати:
1. Надано наукове обґрунтування нового наукового підходу до вирішення комплексної проблеми забезпечення надійності й ефективності функціонування очисних вибоїв як основної виробничої одиниці сучасної вугільної шахти, виходячи з потреб держави в кам'яному вугіллі. В основу підходу покладено уявлення про очисний вибій як складну технічну систему типу «людина машина середовище». Обґрунтований набір інформативних параметрів, контроль яких дає можливість визначати рівень надійності функціонування очисного вибою у будь-який момент часу.
2. Встановлений взаємозв'язок між ентропією порід приконтурної області масиву, що вміщує очисний вибій, і його стійкістю. Результати проведених досліджень були покладені в основу наукового відкриття «Закономерность изменения устойчивости породных обнажений при периодических нагрузках», зареєстрованого в 2000 р. (диплом № 151).
3. Показано, що надійність функціонування очисного вибою визначається функцією від множини ймовірностей надійної роботи за групами чинників: «газовому», «стійкості приконтурної області», «роботи технологічного устаткування» і «людському». Кожний з перерахованих чинників містить набір контрольованих параметрів, частина з яких не змінюється протягом всього періоду відпрацювання очисного вибою, частина є квазіпостійними протягом однієї зміни видобування, і ті, що змінюються безперервно.
4. Встановлено, що приріст ентропії порід приконтурної області масиву при їх відбиванні від масиву знаходиться в лінійній залежності від об'єму відбиваємих порід, коефіцієнта Пуассона, діючих напружень, зміни внутрішньої енергії і в обернено пропорційній залежності від модуля Юнга і температури відбиваних порід, є інтегральним параметром, що характеризує напружено-деформований стан порід приконтурної області масиву, їх фізико-механічні та термодинамічні властивості.
5. Сформульовані локальний і інтегральний критерії руйнування елемента гірської породи і ділянки породного масиву, що містить очисну виробку, і ентропійно-інтегральний критерій руйнування ділянки породного масиву.
6. Для аналізу техніко-економічного стану очисного вибою отримана умова його надійного функціонування і математична модель роботи комплексної системи контролю й керування.
7. Розроблена структурна модель комплексної системи контролю й керування надійністю функціонування очисного вибою і математична модель надійності його функціонування, котрий як основна виробнича одиниця вугільної шахти, на відміну від аналогічних виробничих систем в інших галузях промисловості, характеризується значною невизначеністю робочих місць, що викликане відсутністю достовірних даних про властивості та стан гірського масиву і технологічного устаткування (чинники стійкості приконтурної області і роботи технологічного устаткування); атмосферу робочого простору очисного вибою (газовий чинник); поведінку обслуговуючого персоналу (людський чинник).
8. Вперше розроблена імітаційна комп'ютерна модель комплексної системи контролю й керування надійністю функціонування очисного вибою (високонавантаженої лави). В основу ідеї моделювання покладено урахування впливу і взаємовпливу чинників надійності функціонування очисного вибою.
9. Розроблена оптимізаційна математична модель надійності функціонування очисного вибою. Як критерій оптимізації вибраний критерій «надійність функціонування».