Общая характеристика работы
1.1 Актуальность темы
В настоящее время большинство угольных шахт ведут работы на глубине 1500-1800м и относятся к опасным по внезапным выбросам угля и газа. В связи с этим актуальными становятся вопросы проветривания горных выработок и эффективной газовой защиты. Для этого целесообразно применять микропроцессорную технику.
1.2 Цель работы
Целью магистерской работы является проектирование эффективной системы автоматического управления процессом проветривания протяженного подготовительного забоя длиной 200 м, при переменном газовыделении в условиях шахт опасных по внезапным выбросам и суфлярным выделениям метана.
1.3 Практическая ценность
Разработанное устройство снижает время простоя очистного забоя, что позволяет увеличить объем добычи полезного ископаемого.
Содержание работы
В настоящее время применяемые устройства на шахтах не обеспечивают определение градиенты нарастания метана, и включение резервного ВМП в случае достижения концентрации метана первой уставки срабатывания и отключение электроэнергии в случае превышения концентрации метана второй уставки срабатывания.
Согласно ПБ [4] проветривание тупиковой выработки должно осуществляться с помощью ВМП с обязательным резервированием при возникновении аварийного режима на рабочем ВМП.
Для автоматического управления работой ВМП и обеспечения газовой защиты применяется аппаратура контроля проветривания тупиковых выработок АКТВ и аппаратура "Метан" [6]. В ряде случаев эффективная газовая защита достигается применением быстродействующего термокатолитического анализатора метана АТБ, который предназначен для непрерывного централизованного телеавтоматического контроля объемной доли метана, а также скорости ее нарастания в горных выработках шахт, разрарабатывающих пласты, опасные по внезапным выбросам угля и газа, выдачи команд на отключение электропитания контролируемого участка и включения предупредительной сигнализации при превышении предельно допустимой объемной доли метана или скорости ее нарастания. Анализатор АТБ может использоваться как самостоятельная система указанного назначения, так и в системах диспетчерского управления проветриванием системах автоматического регулирования проветриванием, как отдельных участков, так и в целом угольных шахт. Недостатком рассмотренных выше устройств автоматики является то, что данные устройства не предусматривают контроль концентрации метана и включение резервного вентилятора при внезапном быстром ее нарастании или отключение резервного вентилятора при снижении концентрации ниже допустимого уровня. Как правило, эффективность проветривания протяженных тупиковых забоев в случаях их загазирования достигается использованием двух параллельно работающих резервного и рабочего ВМП (рис.1), присоединенных к брезентовому ставу с полиэтиленовым рукавом внутри.
Рисунок 1- Рабочий режим параллельной работы 2-х вентиляторов
На рисунке 2 приведена структурная схема устройства управления резервным вентилятором, реализованная на серийно выпускаемом микроконтроллере [2,6].
Рисунок 2 - Структурная схема микропроцессорного устройства управления работой резервного вентилятора
БП -блок питания датчика ДМТ-4; УТ - усилитель телеметрический; ТГ - термогруппа; БР - блок резисторов; АЦП - аналогово-цифровой преобразователь (КР1113 ПВ1); МК - микроконтроллер (КМ1816ВЕ48); СН1 - стабилизатор напряжения (-15В); СН2 - стабилизатор напряжения (+5В); ТК - транзисторный ключ; ССИ - семисегментный индикатор АЛС324А; Д - дешефратор 564 ИД1; ГП - переключатель (для выбора уставок срабатывания);
Работа предлагаемого устройства управления работой резервного вентилятора заключается в следующем. При достижении концентрации метана выше уровня срабатывания первой выбранной уставки, включается таймер Т1 с выдержкой времени 2с. За это время определяется угол наклона градиента нарастания концентрации метана показанная на рисунке 3. Если он превысил заданный по безопасности уровень, то включается резервный ВМП. В случае если угол наклона меньше заданного то включается таймер Т2 с выдержкой времени 5 мин. Если на протяжении 5 мин концентрация метана не снизилась ниже первой уставки срабатывания, автоматически формируется сигнал на включение резервного ВМП. После этого с выдержкой времени 5 мин включается таймер. Если и за это время концентрация метана не упала ниже заданного уровня срабатывания, то происходит отключение электроэнергии. Затем сравнивается текущее значение концентрации метана со второй выбранной уставкой срабатывания.
Рисунок 3 -Градиенты нарастания метана
При достижении текущей концентрацией метана второй уставки срабатывания включается резервный ВМП. После этого происходит измерение и оценка интенсивности снижения текущей концентрация метана в выработке ниже второй уставки срабатывания. При дальнейшем снижении концентрации метана происходит отключение резервного ВМП. В противном случае, если концентрация метана не снизилась ниже второй уставки срабатывания, то включается таймер Т1 и Т2, а затем повторно происходит сравнивание значений по текущей и заданной концентрации метана. В случае достижения текущим значением концентрации метана третьей уставки срабатывания происходит отключение электроэнергии.
На рисунке 4 приведена диаграмма нанастания метана в подготовительной выработке
Рисунок 4-диаграмма нанастания метана в подготовительной выработке
В зависимости от выбранных уставок срабатывания по алгоритму управления происходит включение резервного ВМП или отключение электроэнергии при нарастании концентрации метана выше допустимого уровня.
Таким образом, применение разработанного устройства управления для проветривания протяженных тупиковых выработок позволит осуществлять во времени текущий прогноз по изменению фактической концентрации метана и в зависимости от конкретной ситуации производить соответствующие мероприятия по недопущению аварий.