Рисунок 1 - Схема работы САУП в стационарном режиме
Автореферат магистерской работы
Обоснование и актуальность темы
Задача автоматизации технологического процесса проветривания шахт сводится к подаче и распределению
по выработкам такого количества воздуха, при котором обеспечивается заданная производительность забоев,
соблюдаются требования Правил безопасности и поддерживаются оптимальные режимы работы вентиляторных установок.
Особенности подземной технологии выемки полезных ископаемых выдвигают эту задачу в ряд наиболее сложных
проблем горного дела. Трудности ее решения обусловлены изменчивостью топологии и параметров вентиляционных
сетей шахт, стохастическим характером аэрогазовых процессов и наличием выбросов в случайных функциях
регулируемых параметров, большой рассредоточенностью и значительным количеством датчиков, используемых
для контроля параметров рудничной атмосферы, что увеличивает сложность систем сбора информации и т. д.
Исследование вопросов, связанных с автоматизированным управлением проветриванием показало, что для
решения этой проблемы необходимо создать специализированную централизованную автоматизированную систему
с использованием средств ЭВМ. Целью этой системы будет сбор информации о состоянии и динамических параметрах
(скорость, содержание метана и т. д.) шахтной атмосферы и выдача этой информации горному диспетчеру или
оператору АГК и, в случае возникновения аварийной или непредвиденной ситуации, предоставление необходимых
рекомендаций.
[Вверх]
Обзор состояния вопроса на сегодняшний день
В настоящее время в Украине применяются устройства, которые частично позволяют контролировать состояние
шахтной атмосферы и оборудования. Так, для контроля аэрогазовой обстановки на шахтах применяется стационарная
аппаратура централизованной системой газовой защиты «Метан» с выдачей информации на поверхность с помощью
сигналов ТИ (стойки СПИ), для контроля скорости и направления движения воздуха наиболее широко применяется
аппаратура ИСНВ. Кроме того, для контроля и управления проветриванием в тупиковых выработках применяется
аппаратура контроля работы ВМП - АПТВ. Данная аппаратура позволяет телемеханически управлять ВМП и групповыми
аппаратами с помощью устройства телеуправления и телесигнализации "Ветер- 1М".
Однако глобальный контроль за процессом проветривания этими средствами не обеспечивается, о чем свидетельствует
большая частота аварий на шахтах, вызванных взрывами метана. Как следует из анализа, значительная часть взрывов
связана с неправильными действиями обслуживающего персонала непосредственно перед аварией. Этому есть вполне
объективные причины, так как на газовых шахтах оператору АГК или горному диспетчеру может поступать несколько
сотен различных сигналов, в совокупности характеризующих текущее состояние проветривания. Эти сигналы формируются
различной аппаратурой, поступают по различным каналам связи и информация об их значениях снимается с различных
устройств поверхностного и подземного комплекса. В связи с этим быстрое сопоставление и осмысливание поступающей
информации, всесторонняя оценка оперативной аэрогазовой обстановки и принятие правильных решений, своевременное
выявление неполадок в системе проветривания или аппаратуре контроля невозможны без автоматизации процесса сбора
и анализа поступающей информации.
[Вверх]
Перечень нерешенных вопросов, цели и задачи
На данный момент существует два принципа построения систем по управлению аэрогазовым режимом шахты. Первый,
наиболее распространенный в данное время, принцип заключается в глобальном контроле концентрации метана в
горных выработках и при ее превышении – в оперативном отключении электроэнергии на данном участке. После этого
производятся разгазирование с последующей подачей напряжения.
Этот принцип с точки зрения сложности применяемых технических средств хотя и является наиболее простым, но
вызывает необходимость простоев добычного оборудования, что влечет за собой большие материальные убытки. На
этом принципе построена система централизованной газовой защиты «Метан», широко применяемая на шахтах.
Второй принцип заключается в глобальном контроле двух параметров: концентрации метана и скорости воздухах.
На основании полученных данных производится анализ и формируются управляющие воздействия на ВГП или (и) РРВ.
Результатом такого регулирования должно стать снижение концентрации метана на данном участке.
Последний принцип построения является наиболее перспективным, поскольку не требует отключения электроэнергии,
т. е. исключаются вынужденные простои оборудования. Однако он требует построения более сложной системы с
применением ЭВМ.
Современные системы, построенные по этому принципу, были спроектированы для частичной его реализации, а именно
- оперативного сбора информации о контролируемых параметрах в шахтных выработках (ее накопления с помощью
подземных концентраторов для зарубежных аналогов) и передачи на поверхность на пульт горного диспетчера или
оператора АГК в удобном виде (монитор, мнемосхема и др.). Далее оператор должен решать самостоятельно, какие
оперативные меры по управлению тем или иным процессом необходимо предпринять в данной ситуации. При этом он
может руководствоваться лишь Правилами безопасности и своими знаниями. Это обязывает его знать не только виды
мер и воздействий, но и степень их применения в сложившейся ситуации. Квалификация и уровень знаний, а также
недостаточно полная информация о сложившейся ситуации, как правило, приводят к принятию не совсем корректных
решений, а иногда может привести и к аварии. Кроме того, для этого требуется время, которого в экстренных
(аварийных) ситуациях бывает недостаточно. Следует учесть и влияние на правильность принятия решения в аварийных
ситуациях и человеческого фактора.
Следовательно, немаловажным недостатком является отсутствие справочно-советующей части программного
обеспечения данных систем в смысле глобального прогноза на основе полученной информации. Так, используя
прогнозирование, можно заранее предвидеть аварийную ситуацию и принять меры по ее недопущению. Это весьма
важно, поскольку повышается уровень безопасности ведения горных работ для рабочих, а также полностью исключаются
затраты на восстановление оборудования и выработок после аварии.
Однако, даже присутствие справочно-советующей части является недостаточным. ЭВМ, находящаяся на поверхности,
должна не только выдавать советы диспетчеру, но и автоматически определять вид и степень воздействия в
сложившейся ситуации. Необходимо, также, предусмотреть выбор режима управления: автоматический и полуавтоматический.
Первый предусматривает полностью автоматический цикл управления, разумеется под контролем диспетчера, который
в любой момент может прервать его. Второй режим возлагает на диспетчера функции управления (расчеты при этом,
разумеется, выполняет ЭВМ).
К недостаткам таких систем, также можно отнести их высокую стоимость. К примеру, полная стоимость с учетом
монтажно-наладочных работ системы фирмы «Trollex» составляет 12 млн. грн.
Немаловажным фактором является ремонтопригодность и взаимозаменяемость частей этих систем. Системы были
выпущены за рубежом и ориентированы на работу с зарубежными комплектующими. Так, в частности, для передачи
данных в одной из систем используется специальный четырехжильный экранированный кабель, который пока не
выпускается в Украине. По предварительным расчетам стоимость одного метра такого кабеля составляет порядка
4 грн., при стоимости отечественного, используемого в аппаратуре «Метан», например – 1,2 грн. Ремонт
перебитого экранированного кабеля представляет большую сложность, особенно в условиях шахты.
Таким образом, применение этих систем для управления проветриванием невозможно из-за отсутствия в них
«управляющей» части. Эту задачу может решить только высокопроизводительная компьютеризированная система,
позволяющая осуществлять основные функции -
сбор информации о контролируемых объектах, анализ полученных
данных и выдачу диспетчеру (оператору АГК) исчерпывающей информации о мерах, которые необходимо принять в
данной ситуации, если это требуется.
Из всего вышесказанного вытекает ряд основных функций, которые должна выполнять система. Их можно разбить
на следующие основные группы:
Вторую группу функций составляют:
Третью группу функций составляют:
К четвёртой группе функций относится обработка управляющих воздействий регулятором вентилятора главного проветривания и приводом РРВ.
Методы и средства, научная новизна
Практическая ценность работы
Применение автоматизированной системы управления проветриванием позволит исключить простои горных
машин и механизмов и повысить безопасность ведения горных работ. Это обстоятельство позволяет увеличить
суточную добычу угля. Использование асинхронного вентильного каскада (АВК) для привода вентилятора
главного проветривания позволяет работать ему в режиме экономии электроэнергии. Первичная обработка
измерительной информации ПЗП непосредственно в горных выработках позволяет использовать производительность
управляющей ЭВМ для целей управления. Цифровая передача данных увеличивает помехоустойчивость и достоверность
передачи информации.
[Вверх]
Работа САУП
Рассмотрим работу разработанной системы автоматизированного управления проветриванием
на примере схемы проветривания горных выработок шахты (рисунок 1). Общешахтная
депрессия создается за счет вентилятора главного проветривания ВГП, центробежного
типа. Свежий воздух поступает в горные выработки по клетевому стволу. В околоствольном дворе воздушный
поток распределяется на два потока с помощью регуляторов расхода
воздуха РРВ1 и РРВ2.
Теперь рассмотрим работу системы в режиме регулирования (рисунок 2).
Выводы
В данной работе была разработана система автоматизации проветривания, обеспечивающая непрерывный контроль
за состоянием шахтной атмосферы (параметрами аэрогазового режима). Эта система принципиально отличается от
существующих на сегодняшний день аналогичных систем, поскольку содержит в своем составе в качестве
формирователей первичной измерительной информации микропроцессорные средства, а также способна управлять
проветриванием в целом по шахте с помощью специальных автоматизированных технических средств. Были
разработаны принципиальные схемы устройств, входящих в состав системы (ПЗП, датчик скорости движения
воздуха, блок управления РРВ). Решены вопросы взрывобезопасности и исробезопасности для устройств
(частей системы), применяемых в горных выработках.
На сегодняшний день остаются нерешенными вопросы, связанные с моделированием воздухораспределения
и временем прохождения переходного процесса в горных выработках. Эта задача решается с помощью
специальных программных средств, таких как MatLAB или MathCAD, например.
[Вверх]
