МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ АЭРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И АЛГОРИТМЫ БЕЗОПАСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОВЕТРИВАНИЕМ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі "Стан проблеми і основні завдання досліджень" проведено аналіз стану робіт в області автоматизації керування провітрюванням видобувних дільниць вугільних шахт. Встановлено, що не існує алгоритмів диспетчерського керування видобувними дільницями по газу, які враховують реальну множину станів дільниць при відпрацьовуванні потрібного режиму вентиляції в умовах дії газодинамічних впливів, із використанням критеріїв швидкодії і обмеження концентрації метану на безпечному рівні в штатних режимах провітрювання. Показано необхідність розробки моделей і засобів програмної підтримки контурів диспетчерського керування провітрюванням видобувних дільниць по газу як підсистем типової мікропроцесорної системи КАГІ АСУ ТП вугільних шахт.

Проблема математичного опису аеродинамічних процесів у керованих гілках шахтних мереж досить детально розглянута в загальному випадку, проте питання адекватності приблизних моделей аеродинаміки видобувних дільниць як об'єктів керування в сучасній літературі не знайшли належного обґрунтування. Відомі моделі гілок шахтних мереж досліджувалися і побудовані для окремих випадків граничних умов - для відкритих або закритих локальних гілок шахтних мереж. Аналіз показує, що у складі реальних ШВМ умови їх роботи в загальному випадку значно відрізняються від вказаних режимів роботи.

Ідентифікація параметрів математичного опису видобувних дільниць як об'єктів керування по газу в літературі детально описана з використанням стохастичних методів та методів активного експерименту. Показано, що більш плідним підходом є побудова адекватних математичних моделей газодинамічних процесів видобувних дільниць з використанням природних газодинамічних параметрів шахтних дільниць, їх гірничотехнічних і фільтраційних властивостей.

На підставі проведеного аналізу виявлено актуальні проблеми в досліджуваній області, обґрунтовано напрямок розробок та сформульовано мету досліджень.

Другий розділ "Математичний опис і розробка моделей аеродинамічних процесів гілок шахтної мережі  як об'єктів керування провітрюванням" присвячено розробці адекватних математичних моделей шахтних виробок із зосередженими і розподіленими параметрами з урахуванням реального частотного спектру впливів у шахтній вентиляційній мережі.

Запропоновано новий підхід до розробки аеродинамічних моделей як коротких, так і довгих гілок шахтної вентиляційної мережі, який відрізняється тим, що для оцінки якості приблизних аеродинамічних моделей локальних гілок мережі використані частотні характеристики дійсних виробок, узгоджених по входу та виходу, які незмінні для довільного спектру аеродинамічних завад.

Відомо, що якщо навантажувальний опір шахтної виробки дорівнює її хвилевому опору (Z_в), то вхідний опір шахтної гілки є дійсним, постійним і також визначається її хвилевим опором: , де Н_н=Н(р,0), Q_н=Q(р,0) – відповідно зображення по Лапласу вхідного тиску і витрат повітря на її вході; - хвилевий опір, кг²м^-8с^-2; L₀ (кг×м^-5),  С₀ (м³×с²×кг^-1) – відповідно питомі маса і гнучкість повітряного потоку.

Для реальної вентиляційної мережі при відносно низькому темпі виробничих завад, тобто при l <<l (l - довжина гілки, l =аТ - довжина хвилі граничної частоти реального спектра завад в ШВМ, а  - швидкість поширення ударної хвилі (звуку) у гілці (м/с), Т - період граничної частоти спектру завад в реальних ШВМ), телеграфні рівняння було зведено до простих математичних моделей. У роботі для типових в шахтних мережах співвідношень l/l розроблені приблизні моделі аеродинамічних процесів в класі чотириполюсників із зосередженими параметрами: моделі із зосередженими акустичними масою (L) і гнучкістю (С) на основі Т- і Г-чотириполюсників (Т-модель і LC-модель), а також схема заміщення без урахування акустичної гнучкості (L-модель).

Для визначення області параметрів, за яких наближені Т, LC і L-моделі коротких гілок адекватні оригіналу, досліджено їх частотні характеристики для реального  спектру  виробничих  завад в ШВМ (ω_max=0.5 рад/с, l_min=3400м). Аналіз результатів досліджень показав, що для коротких гілок  при похибці частотних характеристик вище 1% найбільш ефективними є Т-моделі, які адекватно відтворюють в реальному спектрі виробничих завад властивості дійсних коротких гілок довжиною до 300м. Простіші LС-моделі коротких гілок адекватні властивостям шахтних гілок при довжині останніх до 80м. Найпростіші L-моделі мають достатню точність для гілок довжиною до 40 м.