Обоснование эффективных режимов оперативного автоматического управления вентиляцией газовых шахт

В отчетном докладе ЦК ЬКП перед ХП съездом партии был поставлен вопрос о решительном курсе интенсификации народного хозяйства, которая базируется на ускоренном внедрении современных достижений научно-технического прогресса.

Внедрение комплексной механизации и автоматизации производственных процессов обеспечивает постоянное повышение производительности труда, эффективности и качества производства, что особенно важно .для угольной промышленности, развитие которой определяет успешную работу важнейших отраслей народного хозяйства.

Совершенствование технологии: выемки угля, применение мощных высокопроизводительных машин и механизмов обуславливает значительное повышение темпов ведения горных работ и, следовательно, увеличение поступления в рудничную атмосферу различных вредных примесей: пыли, метана, газообразных продуктов взрывных работ и т. д. В связи с этим одним из основных факторов, определяющих безопасность и комфортность условий труда подземных рабочих в угольной промышленности, является проветривание шахт.

На настоящем этапе существуют три качественно различных подхода к решению задачи повышения эффективности проветривания. Первый предусматривает регулирование расхода воздуха шахтной вентиляционной сети с целью установления требуемого вентиляционного режима на выемочных участках с помощью системы управления проветриванием .

Второй подход ориентирован на безлюдную выемку полезного ископаемого в условиях инертной среды при значительной концентрации метана в шахтной атмосфере.

Третий рассчитан на нейтрализацию СН^ биохимическими и физико-химическими методами.

На основе выполненных исследований аэрогазодинамических процессов в шахтных вентиляционных сетях, разработанных методов, алгоритмов, технических средств централизованного контроля параметров рудничной атмосферы и регулирования расхода воздуха осуществляется поэтапное внедрение систем управления проветриванием шахт.

Имеющиеся к настоящему времени алгоритмы отличаются подходом исследователей к математическому описанию выемочных участков как объектов управления вентиляцией и характеризуются различной оперативностью изменения расходов воздуха. С другой стороны, вопрос влияния технических характеристик средств контроля концентрации метана на работу алгоритма оперативного управления вентиляцией является неизученным.

В связи с этим задача по обоснованию режима оперативного управления вентиляцией, обеспечивающего своевременную ликвидацию загазований технологического характера и позволяющего наряду со снижением средних расходов воздуха обеспечить рациональное их использование на выемочных участках, является актуальной и имеет большое социальное и экономическое значение.

Целью настоящей работы является обоснование эффективных режимов оперативного управления вентиляцией выемочных участков газовых шахт в зависимости от динамических характеристик средств контроля концентрации метана.

Идея работы заключается в учете инерционности датчика концентрации метана при обосновании режима управления вентиляцией, являющегося эффективным в плане нормализации атмосферы по метану и рационального использования подаваемого на выемочные участки воздуха.

Научные положения, разработанные лично диссертантом, и новизна:

— установлена инерционность датчиков концентрации метана, работащих в режиме оперативного контроля в системе автоматического управления проветриванием;

— установлено методом математического моделирования процесса управления вентиляцией выемочного участка, что динамика расходов воздуха существенно определяется взаимосвязью инерционности датчика и временем регулирования: при времени регулирования, исчисляемом порядком десятка минут и часами, влияние инерционности практически не проявляется, при уменьшении времени регулирования до пяти минут и менее влияние инерционности датчика велико и должно обязательно учитываться в процессе управления;

— установлены впервые статистические зависимости распределения расходов воздуха на выемочном участке и зависимость среднестатистического расхода воздуха от величины инерционности датчика концентрации метана.

Достоверность научных положении, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, обоснована:

— использованием большого объема статистических данных .для определения законов распределения параметров колебаний концентрации метана в исходящих струях выемочных участков ш. «Коммунист» ;

— удовлетворительной сходимостью результатов математического моделирования процесса оперативного управления вентиляцией выемочных участков с практическими данными оценки газодинамической ситуации в исходящих струях участков.

Научное значение работы заключается в установлении зависимостей распределения расходов воздуха на выемочном участке и среднестатистического расхода воздуха от величины инерционности датчиков концентрации метана.

Практическое значение работы заключается в разработке требований к характеристикам средств контроля концентрации метана в различных технологических условиях при автоматическом оперативном управлении вентиляцией, обеспечивающих эффективное управление вентиляцией выемочных участков газовых шахт.

Результаты .диссертационной работы использованы в «Техническом задании на проектирование системы автоматического управления вентиляцией ш. «Коммунист» ПО «Октябрьуголь» и «Техническом проекте системы автоматического управления вентиляцией ш. «Коммунист» ПО «Октябрьуголь», на основе которых институтом «Гипроуглеавтома-тизация» и Московским горным институтом разрабатывается опытно-промышленный образец указанной системы.

Расчетный экономический эффект по фактору сокращения простоев добычных забоев при оперативном управлении вентиляцией выемочных участков составляет 137,9 тыс. руб. в год.

Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались и были одобрены на Всесоюзном научно-техническом симпозиуме «Физико-технические проблемы управления воздухообменом в горных выработках больших объемов» (г.Кохтла-Ярве, 27−30 июня 1983 г.).

По материалам диссертационной работы опубликованы две статьи.

Автор выражает особую благодарность проф., докт. техн. наук Л. А. Пучкову за консультации и большую методическую помощь в течение всего периода выполнения диссертационной работы, а также признательность сотрудникам лаборатории газовой защиты ИГД имени А. А. Скочинского и кафедры Автоматизированных систем управления Московского горного института за помощь в выполнении экспериментальных работ.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ВЫВОДЫ.

1. Проведено моделирование регулирования расходов воздуха на выемочном участке при различных значениях коэффициентов, определяющих приращение расходов воздуха и зависящих от интервала регулирования и инерционности средств контроля концентрации метана.

2. Установлена зависимость приращения расходов воздуха от величин основных влияющих параметров, зависящих от интервала регулирования и инерционности средств контроля.

3. Установлена зависимость приращения расходов воздуха на выемочном участке от интервала регулирования и инерционности средств контроля.

4. Определены требуемые значения интервала регулирования и инерционности средств контроля концентрации метана, обеспечивающие максимально эффективные режимы управления вентиляцией выемочных участков.

5. Разработаны требования к значениям интервала регулирования и инерционности средств контроля в зависимости от динамики газовыделения на выемочном участке.

6. Разработаны рекомендации, предназначенные .для использования при разработке технических средств контроля и регулирования газового режима угольных шахт.

7. Произведен ориентировочный расчет экономической эффективности использования разработанных рекомендаций и показано, что экономический эффект .для шахты с производительностью 980,9 тыс. тонн в год составляет 137,9 тысяч рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи обоснования эффективных режимов оперативного автоматического управления вентиляцией выемочных участков газовых шахт в зависимости от динамических характеристик средств контроля концентрации метана.

Основные научные выводы и результаты работы сводятся к следующему:

1. Показано, что существующие алгоритмы управления вентиляцией выемочного участка не имеют системной завершенности, так как не учитывают взаимного влияния технологических условий отработки пластов и технических средств в системе автоматического управления проветриванием.

2. Установлена инерционность датчиков концентрации метана, работающих в режиме оперативного контроля в системе автоматического управления проветриванием.

3. Методом математического моделирования процесса управления вентиляцией выемочного участка показано, что динамика расходов воздуха существенно определяется взаимосвязью инерционности датчика и временем регулирования: при времени регулирования, исчисляемого порядком десятка минут и часами, влияние инерционности практически не проявляется, при уменьшении времени регулирования до пяти минут и менее, влияние инерционности датчика велико и должно обязательно учитываться в процессе управления.

4. Установлены статистические зависимости распределения расходов воздуха на выемочном участке и зависимость среднестатистического расхода воздуха от величины инерционности датчика концентрации метана.

5. Показано, что характеристики существующих средств контроля удовлетворяют требованиям ОУВ в ограниченных технологических условиях при относительно низких уровнях и невысокой динамике газовыделения на выемочном участке.

6. Разработаны требования к характеристикам средств контроля концентрации метана в различных технологических условиях при автоматическом оперативном управлении вентиляцией.

7. Практическое использование разработанных рекомендаций позволяет увеличить эффективность регулирования вентиляцией на выемочном участке и повысить на этой основе эффективность вентиляции как средство борьбы с метаном в угольных шахтах.

8. Рекомендации по обоснованию эффективных режимов автоматического оперативного управления вентиляцией выемочных участков газовых шахт приняты к использованию при создании системы автоматического управления вентиляцией шахты «Коммунист» ПО «Октябрьуголь» .