МОДЕЛЬНАЯ ПОДДЕРЖКА РАЗРАБОТОК СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ ШАХТ С УЧЕТОМ ГОРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

Короткий зміст

ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі «Аналіз стану розробок в області систем керування вентиляцією шахт» дається короткий опис процесу провітрювання гірничих виробок як основного чинника безпеки шахтарів. Розвиток гірничих робіт в результаті навмисних або випадкових змін аеродинамічних параметрів елементів, що входять в шахтну вентиляційну мережу, призводить до того, що ШВМ відрізняється стохастичною динамікою структури і параметрів. У зв'язку з цим для роботи з ШВМ як з об'єктом керування застосовуються сучасні наукові методи, одним з яких є математичне моделювання процесів провітрювання. Основними об'єктами провітрювання на вугільних шахтах є видобувні дільниці. У схемах провітрювання видобувних дільниць як об'єктах керування витрата повітря (Q) і концентрація метану (С) є величинами, що регулюються. Керуючими діями, що впливають на величину Q, можуть бути депресія дільниці, депресія підсвіжаючих виробок і регульовані аеродинамічні опори, що встановлюються у виробках СПВД. Сторонніми впливами, що зумовлюють величину С, є джерела газовиділення. На величину Q впливають зміни аеродинамічного опору виробок, порушення нормальної роботи вентиляційних споруд, коливання тиску в точках підключення дільниці до мережі, а також керуючі дії сусідніх дільниць. Ці дії є сторонніми і по відношенню до регульованої величини С.

Аналізуючи схеми провітрювання видобувних дільниць, слід визначити загальні закономірності формування метаноповітряної суміші у виробках, впливу вироблених просторів, очисних вибоїв та інших джерел метановиділення. У структурі кожної СПВД можна виділити три елементи:

• з'єднання виробок і виробленого простору;

• джерела метановиділення;

• виробки, в яких формуються метаноповітряні суміші.

До теперішнього часу отримано загальний математичний опис схем провітрювання видобувних дільниць та ШВМ як об'єктів керування з розподіленими параметрами. Але видобувні дільниці з певними допущеннями можуть бути представлені як об'єкти з зосередженими параметрами і описані звичайними диференціальними рівняннями. Практичне використання цих математичних моделей вимагає додаткових досліджень з врахуванням особливостей гірничо-технічних умов і, відповідно, типів СПВД.

Шахтна вентиляційна мережа розглядається як єдина аерогазодинамічна система. У роботах ДонНТУ (ДПІ) спільно з МакНДІ та іншими організаціями запропоновано структури і алгоритми автоматизованої і автоматичної систем керування. Промислові випробування пройшла система автоматизованого контролю та керування АТМОС, апаратні і програмні рішення якої розвиваються у відповідності з новими поколіннями засобів контролю параметрів шахтної атмосфери і керуючої обчислювальної техніки. Так, систему керування розподілом повітряних потоків та контролю метану на шахті ім. О.Ф. Засядька побудовано на базі апаратури КАГІ і АКМ.

Зважаючи на складність топології ШВМ, нелінійність і розподіленість аерогазодинамічних процесів, значна увага приділяється розробці методів і засобів математичного моделювання. Для вирішення завдань моделювання аеродинаміки ШВМ запропоновано методи безпосереднього інтегрування, еквівалентних інерційностей потоків повітря та рішення систем рівнянь ШВМ щодо вектора потоків в гілках дерева і вектора похідних потоків у гілках антидерева.

Аналіз показав, що досвід використання блочно-орієнтованих (БО), рівняння-орієнтованих (РО), об'єктно-орієнтованих (ОО) мов моделювання, імплементованих в персональних комп'ютерах, є досить обмеженим. Для моделювання спільного протікання аерогазодинамічних процесів в СПВД, ШВМ і системах керування обрана БО-мова моделювання Simulink.

В результаті аналізу визначено завдання досліджень і розробок.

У другому розділі «Розробка математичних моделей схем провітрювання видобувних дільниць та шахтної вентиляційної мережі як об'єктів керування» технологічні СПВД шахти ім. О. Ф. Засядька представлено структурними схемами, блоки яких відображають взаємозв'язки всіх елементів дільниці (рис.1). На рис. 1а елемент 1 – це відкатний штрек, лава і вентиляційний штрек, а також вироблений простір, витіки через який впливають на динаміку повітрярозподілу і на стаціонарні величини потоків повітря; Н – депресія дільниці; R^/ – регульований опір; Q – витрата повітря на дільниці; f_Q – узагальнені аеродинамічні впливи. Елемент 2 включає в себе вироблений простір, лаву та інші джерела метановиділення; f_М – впливи на дебіт метану; Q_М – сумарний дебіт метану. Елемент 3 – це вентиляційний штрек з вихідним потоком повітря, що має концентрацію метану С.