Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Зміст

Вступ

В силу обмеженого простору і великої глибини в підземних гірничих виробках мають місце важкі умови роботи гірників. Це призводить до погіршення продуктивності праці, здоров'я робітників, підвищення ризику травм і аварій, а також обмежує можливості проведення виробничих процесів.

Тому, одним з найважливіших ланок складної технологічної системи шахти, є процес вентиляції шахтних виробок, метою якого є підтримка нормальної атмосфери в шахті – забезпечення необхідного притоку свіжого повітря, забезпечення допустимої концентрації метану в шахтній атмосфері. Технологічні установки, виконуючі дані функції, – це вентилятори головного провітрювання.

Економічність і стійкість роботи вентилятора головного провітрювання (ВГП) шахти залежить від параметрів вентиляційної мережі: загального аеродинамічного опору, необхідної кількості повітря, що подається в шахту для провітрювання, природньої тяги мережі та ін. Ці величини спільно з технічними характеристиками вентилятора визначають робочий режим останнього.

Саме тому, розробка і дослідження системи автоматизованого управління процесом провітрювання вугільної шахти має велике економічне значення. Це буде сприяти підвищенню ефективності і інтенсивності технологічних процесів, а, отже, і роботи шахти в цілому.

1. Актуальность темы

Завдання автоматизації провітрювання шахт зводиться до подачі і розподілу по виробкам такої кількості повітря, що забезпечить задану продуктивність вибоїв, з дотриманням вимог правил безпеки та санітарно–гігієнічних норм і оптимальні режими вентиляційних установок.

Особливості підземної технології виїмки корисних копалин висувають цю задачу в ряд найбільш складних проблем гірничої справи. Від надійної, безвідмовної роботи системи провітрювання повністю залежить безпека, а часто і життя людей, які працюють в шахті. Також в гірничій галузі на привід вентиляторів, які обслуговують шахту, йде до 8 – 10% електроенергії, що витрачається всією шахтою.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Основне завдання проектування полягає в розробці та дослідженні системи автоматизованого управління процесом провітрювання вугільної шахти, яка забезпечить стійку роботу цього об'єкта. Регулярна настройка вентилятора на параметри мережі повинна здійснюватися з інтервалом від кількох годин до кількох діб. Таке управління потребує або постійного контролю з боку обслуговуючого персоналу, або впровадження автоматизованої системи стеження і стабілізації продуктивності вентилятора.

Таким чином, метою магістерської дисертації є підвищення ефективності роботи вентиляційної установки головного провітрювання шахти, забезпечення надійного, стійкого і економічного провітрювання гірничих виробок при мінімальному відхиленні від заданого режиму шляхом розробки і впровадження пристрою управління продуктивністю вентиляційної установки з налаштуванням на максимальний ККД.

Розроблювальний пристрій має відповідати наступним вимогам:

3. Огляд досліджень та розробок

3.1 Аналіз ВУГП як об'єкта автоматизації

До вентиляторних установок головного провітрювання (ВУГП) належать вентиляційні установки, що обслуговують усю шахту або її частину (крило, блок, панель).

ВУГП шахт це турбомашини – лопатеві машини, в яких приріст питомої енергії транспортуємого повітря відбувається в результаті силової взаємодії лопаток обертового робочого колеса з оточуючий їх потоком. Обладнані, як правило, двома вентиляторами – робочим і резервним [1]. Вентиляційна установка оснащується комплектом електрообладнання і різними допоміжними механізмами: лебідками перемикання ляд, спрямляючими і направляючими апаратами, електромагнітним гальмом вентилятора, маслонасосом для змащення підшипників (на великих вентиляторах) і т.п [2].

Малюнок 1 – технологічна схема вентиляційної установки головного провітрювання з відцентровим вентилятором

Малюнок 1 – технологічна схема вентиляційної установки головного провітрювання з відцентровим вентилятором

На малюнку 1 наведено такі умовні позначення: 1 – перекриваюча ляда; 2 – обвідний канал; 3,8 – переключаючі ляди; 4,7 – ляди дифузора; 5,6,9,11 – лебідки для перестановки ляд; 10 – усмоктувальна будка; 12 – атмосферна ляда; 13 – головний канал.

Для проектуючихся та будуючихся вентиляційних установок застосовуються різні схеми реверсивних пристроїв [3]. На малюнку 2 представлена робота вентилятора на нагнітання, при такій схемі верхня ляда всмоктуючої будки і ляда дифузора підняті, а нижня ляда будки опущена. Повітря з атмосфери через всмоктувальну будку надходить до вентилятора і нагнітається через дифузор і обвідний канал в шахту.

Малюнок 2 – Схеми реверсування вентиляційних установок; 1 – усмоктувальна будка, 2 – дифузор

Малюнок 2 – Схеми реверсування вентиляційних установок; 1 – усмоктувальна будка, 2 – дифузор
(Анімація: 18 кадрів, затримка між кадрами 0,4 с, 50кб)

3.2 Апаратура автоматизації ВУГП

Апаратура управління, автоматизації та контролю шахтної вентиляційної установки – це комплекс складних, спільно працюючих систем, доповнений допоміжними пристроями і механізмами [4]. Системи працюють в постійно мінливих комбінаціях з певною заданою послідовністю [5].

Основне завдання регулювання провітрювання шахти складається в підтримці заданої кількості повітря в шахтній вентиляційній мережі шляхом зміни продуктивності вентилятора відповідно до споживання певного об'єму повітря.

Для цього шахти оснащують вентиляційним обладнанням, здатним забезпечити шахту повітрям, щоб робочий персонал міг вільно, без браку кисню, виконувати виробничий процес видобутку корисних копалин і для розрідження шкідливих речовин подачею свіжого повітря в вироблення.

В якості базової прийнята апаратура УКАВ–М [6], яка забезпечує можливість автоматизованого управління шахтними вентиляторами головного провітрювання при дотриманні всіх нормативів безпеки.

Апаратура УКАВ–М призначена для автоматичного управління шахтними вентиляторами головного провітрювання з різними типами вентиляторних агрегатів і їх електроприводів, забезпечує різні види управління і режими роботи, а також контроль, захист і сигналізацію стану вентиляційних установок. Має кілька типовиконань, що розрізняються за такими ознаками: тип приводу (синхронний, асинхронний, з двома двигунами асинхронний, синхро–асинхронний); наявність або відсутність допоміжних приводів; кількість ляд.

3.3 Структурна схема системи автоматизації ВУГП шахти

Розроблено структурну схему системи автоматизації вентиляторної установки технологічного процесу провітрювання шахти, яка показана на малюнку 3.

Малюнок 3 – структурна схема системи автоматизації вентиляторної установки головного провітрювання

Малюнок 3 – структурна схема системи автоматизації вентиляторної установки головного провітрювання

На малюнку позначено: Д – датчики; ПУП – пристрій управління продуктивністю ВУГП; ВП – виконавчий пристрій; САР – система автоматичного регулювання по продуктивності; О – оператор (машиніст) шахти; ПК1 – промисловий комп'ютер оператора шахти О; ПК2 – промисловий комп'ютер диспетчера шахти; МС – мнемосхема диспетчера шахти.

Регулювання відцентрових вентиляторів здійснюється за рахунок аеродинамічного регулювання або шляхом регулювання швидкості обертання валу вентилятора [7]. ]. В основному в системах автоматизації провітрювання регулювання продуктивності ВУГП здійснюється шляхом зміни кута установки лопаток направляючого апарату [8]. ]. Цей спосіб заснований на використанні явища закручування потоку повітря перед робочим колесом, є найбільш простим, і не вимагає додаткових витрат [9]. Незважаючи на те що, як правило, цей спосіб використовують при невеликих діапазонах зміни продуктивності, він є оптимальним і застосовується в даній роботі.

3.4 Структурна схема пристрою автоматичного управління продуктивністю ВУГП

Розроблена структурну схему пристрою управління продуктивністю ВГП

Малюнок 4 – Структурна схема пристрою управління продуктивністю ВУГП

Малюнок 4 – Структурна схема пристрою управління продуктивністю ВУГП

На малюнку 4 наведено такі умовні позначення: Q – датчики продуктивності ВУГП; h – датчик депресії ВУГП; БВИ – блок введення інформації; МК – мікроконтролер; ПИУ – пульт індикації і управління оператора ВГП; БП – блок живлення; ИП – джерело живлення; БВКУ – блок введення команд управління; АПД – адаптер передачі даних; ИУ – виконавчі пристрої; RS 485 – інтерфейс; ПК1 – промисловий комп'ютер оператора ВУГП О; ПК2 – промисловий комп'ютер на пульті гірського диспетчера.

Схема працює в такий спосіб. У БВИ сигнал з датчиків депресії, продуктивності, і кута установки лопаток НА наводиться до стандартному, також здійснюється гальванічна розв'язка лінії зв'язку пристрою з контактними датчиками. Інформаційний сигнал надходить на вхід МК призначеного для формування сигналів управління зовнішніми пристроями [13]. У мікроконтролері МК відбувається обробка отриманих даних з технологічних датчиків відповідно до прописаної програми. МК відповідно до алгоритму роботи ВУГП подає сигнали регулювання на БВКУ. Цим блоком також забезпечується гальванічна розв'язка внутрішніх ланцюгів пристрою з лініями зв'язку ИУ. В якості виконавчих пристроїв застосовуються реверсивні контакти пускача направляючого апарату.

ПИУ включає світлову індикацію, а саме 3 світлодіода, а також кнопки Більше і Менше, що забезпечують включення двигунів НА для збільшення або зменшення відповідно кута повороту лопаток направляючого апарату.

Пристрій працює за допомогою БП – пристрою, призначеного для формування рівня і якості напруги, необхідного для живлення складових блоків розроблюваної апаратури. В якості ИП прийнятий блок живлення типу БПУ.1М [14].

4. Безпечна експлуатація пристрою автоматизації

Під час підготовки і проведення робіт з пристроєм повинні виконуватися вимоги діючих Правил безпеки у вугільних шахтах, Правил технічної експлуатації вугільних шахт, Правил технічної експлуатації електроустановок споживачів і Правил техніки безпеки при експлуатації електроустановок споживачів, типових інструкцій з охорони праці по професіях, експлуатаційних документів та інших нормативних документів з безпеки праці, що діють в області [15].

  1. Перед введенням в експлуатацію пристрою автоматизації ВУГП, обслуговуючий персонал необхідно ознайомити з правилами використання апаратури.
  2. Забороняється розбирати, ремонтувати і регулювати елементи комплекту пристроя, за винятком передбачених керівництвом по експлуатації.
  3. Для проведення монтажно–налагоджувальних робіт пристрою автоматизації допускаються особи, які пройшли спеціальну підготовку і відповідну кваліфікацію і допущені до роботи з пристроєм.
  4. Експлуатаційний персонал, повинен бути ознайомлений з пристроєм і правилами експлуатації пристрою, викладені в керівництві з експлуатації, а також з планом ліквідації аварій на шахті, де використовується пристрій.
  5. Санітарно–гігієнічні умови в місці установки БАК повинні відповідати чинним нормам.

Висновки

У магістерській дисертації виконано аналіз режимів роботи вентиляторної установки головного провітрювання. Було встановлено, що дані об'єкти часто працюють з підвищеною продуктивністю, а, отже, з перевитратою електроенергії; крім того, непередбачені порушення вентиляційного режиму нерідко призводять до збоїв в технологічному процесі видобутку корисних копалин. На підставі проведеного аналізу було розроблено пристрій автоматичного управління продуктивністю вентиляційної установки головного провітрювання шахти для автоматичного підстроювання «робочої точки» вентилятора відповідно до мінливих аеродинамічних умов шахти. Результатом роботи впровадження пристрою автоматизації є підвищення ефективності роботи вентиляційної установки головного провітрювання шахти, забезпечення надійного, стійкого і економічного провітрювання гірничих виробок при мінімальному відхиленні від заданого режиму.

При проектуванні був розроблений алгоритм, що описує послідовність роботи, обрана базова апаратура автоматизації, розроблені схемотехнічні рішення пристрою автоматизації, висунуті вимоги до безаварійної експлуатації, а також обгрунтована економічна доцільність впровадження пристрою автоматичного управління продуктивністю ВУГП на шахті.

Під час написання даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: червень 2019 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

  1. Братченко, Б.Ф. Стационарные установки шахт/ Под общей ред. Б.Ф.Братченко. –М.: Недра, 1977. – 440с.
  2. Бабак, Г.А. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания/ К.П. Бочаров, А.Т. Волохов. –М.:Недра,1982. – 295с.
  3. Богопольский, Б.Х. Автоматизация шахтных вентиляторных установок/ М.А. Левин, и др. Изд. 2–е, перераб. и доп. М.: Недра, 1976. – 232с.
  4. Волотковский, С.А Электрификация стационарных установок шахт/ С.А Волотковский, Д.К. Крюков., Разумный Ю.Т. Справочное пособие/ Под.общей ред. Г.Г. Пивняка –М.: Недра,1990 – 390с.
  5. Батицкий, В.А. Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП в горной промышленности: учебник [для студентов вузов]./ Батицкий В.А., Куроедов В.И. Рыжков А.А. –М.: Недра, 1991. – 303с.
  6. Пучков, Л.А. Методы и алгоритмы автоматического управления проветриванием/ Л.А. Пучков, Л.А. Бахвалов – М.: Радио и связь,1992. – 228.
  7. Бедняк, Г.И. Автоматизация производства на угольных шахтах/ Г.И. Бедняк, В.А., Ульшин, В.П. Довженко и др. – К.: Техника, 1989. – 272с.
  8. Толпежников, Л.И. Автоматическое управление процессами шахт и рудников/ Л. И. Толпежников. – Москва: Недра, 1985. – 352 с.
  9. Ушаков, К.З. Аэрология горных предприятий/ под ред. К.З. Ушакова. –Москва, Недра, 1987. – 184 с.
  10. Гейер, В.Г. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки: Учебник для вузов/ В.Г. Гейер, Г.М. Тимошенко –Москва: Недра, 1987. – 304с.
  11. Кравченко, М.В. Опыт внедрения программного комплекса «Вентиляция шахт»/ М.В. Кравченко, Н.М. Кравченко// Уголь Украины. – 2003. – №2. – С. 26 – 28.
  12. Пашковский, П.С. Комплекс программ для решения задач проветривания шахт в нормальных и аварийных условиях/ П.С. Пашковский, М.В. Кравченко, Н.М. Кравченко, Б.В. Бокий// 10–я сессия Международного Бюро по Горной Теплофизике (14 – 18.02.2005 г.). – Гливице, Польша, 2005. – С. 56 – 74.
  13. Малькумов, Л.Г. Автоматизация технологических процессов угольных шахт/ Л.Г. Мелькумов, Н.Я. Лазукин, Б.Х. Богопольский, Р.Л. Розенберг. – Москва: Недра, 1973. – 352 с.
  14. Малиновский, А.К. Автоматизированный электропривод машин и установок шахт и рудников/ А.К. Малиновский. – Москва: Недра, 1987. – 280с.
  15. Правила безопасности в угольных шахтах [Электронный ресурс]: утв. приказом Гос. Комитета горного и тех. надзора ДНР и Министерством угля и энергетики ДНР 18.04.2016 г. № 36/208: ввод в действие 17.05.2016. – Донецк, 2016. – Режим доступа:https://doc.minsvyazdnr.ru. – Загл. с экрана.