БИБЛИОТЕКА

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДЕГАЗАЦИИ ПРИ РЕГУЛИРОВАНИИ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ШАХТНОЙ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СЕТИ

Асп. И. И Пугач (НГУ)

Проблема метана на газообильных угольных шахтах на сегодняшний день является комплексной проблемой, представляющей одновременно производственную и экологическую опасность (метан относится к числу "парниковых" газов). При неправильно рассчитанных параметрах дегазации существует угроза создания аварийной ситуации, кроме того, снижается производительность добычного участка. С другой стороны, метан является ценным энергетическим и химическим ресурсом. Как повышение интенсивности вентиляции, так и дегазация увеличивают эмиссию метана в земную атмосферу, если метан не утилизируется. Утилизация метана возможна исключительно при условии обеспечения стабильных дебитов и высоких концентраций газа в отсасываемой газовоздушной смеси. Чтобы обеспечить такие условия, вентиляцию и дегазацию необходимо рассматривать как единую систему управления метановыделением. При этом возникает необходимость перерас-пределения метана между дегазационной и вентиляционной сетями. В практике угольных шахт с высокой газообильностью задачи управления воздухораспределением решаются эпизодически, и заключаются в установке вентиляционных сооружений для управления потоко-распределением, а также в сооружении глухих перемычек для изоляции отработанных участков, вентиляционных дверей для устранения коротких токов воздуха при сбойке выработок со свежей и исходящей струями или при ограниченном расходе подготовленных, но не эксплуатируемых участках. Эти работы выполняют, как правило, на основании интуиции и инженерного опыта работников служб вентиляции и техники безопасности (ВТБ). В результате такого подхода решению задач управления воздухораспределением, вентиляторы главного проветривания зачастую работают в неэкономичных режимах, при этом значительная часть воздуха, подаваемого в шахту, используется нерационально.

Более детальный анализ и направленное воздействие на вентиляционную сеть и побудители тяги производится после проведения на шахтах депрессионных съемок с периодичностью не реже 1 раза в три года. Депрессионная съемка при тщательном ее проведении позволяет выявить "узкие места" вентиляционной системы, основные ее аэродинамические и энергетические параметры, проанализировать обеспеченность воздухом потребителей, соответствие с проектным решениям, соответствие нормальных и аварийных режимов проветривания плану ликвидации аварий.

По результатам депрессионной съемки, как правило, производится моделирование режимов работы шахтной вентиляционной системы (ШВС), с помощью которого решаются задачи перераспределения воздуха, упорядочение направлений воздушных потоков, уменьшения утечек воздуха, прогнозирование влияния замены, остановки или изменения регулируемых параметров главных вентиляторных установок (ГВУ), оценка влияния замены, остановок или изменения регулируемых параметров ГВУ, оценка влияния отдельных или группы выработок на воздухораспределение в вентиляционной сети.

По результатам депрессионной съемки и моделирования выдаются рекомендации, после внедрения которых, производится проверка эффективности результатов.

Нe отрицая целесообразности депрессионных съемок, которые на соответствующем уровне контроля параметров вентиляционной сети (расход воздуха) депрессии, аэродинамического сопротивления, режимов работы вентиляторов дают информацию наиболее приближенную к реальной, следует отметить несовершенство управления по результатам таких съемок, которое заключай в следующем:

  • наличие продолжительного неконтролируемого периода между депрессионными съемками, в течение которого изменение топологии вентиляционной сети может быть весьма значительным;
  • продолжительность проведения самой депрессионной съемки и обработки её результатов, неполный охват объектов и разновременность их обслуживания, искажению модели объекта;
  • интуитивный характер мероприятий по совершенствованию проветривания вследствие проработки недостаточного числа вариантов, отсутствия взаимоувязанных критериев поиска решений, плановых начал такого поиска и решение этих вопросов в отрыве от натурного объекта.

    • При решении задач управления проветриванием традиционно используется малоэффективный метод однофакторного эксперимента, например, посредством изменения режима работы одного из вентиляторов или установки в ветви с избытком воздуха средств отрицательного регулирования. Иногда прибегают к поиску приемлемых режимов работы ГВУ путем перебора их вариантов, что в свою очередь очень трудоемко и не всегда приводит к желаемому результату.

    Вопросам построения систем управления, требований к средствам управления, разработки критериев цели управления, математических моделей и алгоритмов посвящены многочисленные работы.

    В авторском свидетельстве [5] предложена методика оптимизации совместно работающих на сеть нескольких вентиляторов, которая основана на применении методов планирования экспериментов. Данная методика обладает следующими преимуществами:

  • простота в реализации;
  • учитывает фактически сложившуюся топологию вентиляционной системы на определенный период времени;
  • не требует подготовки большого объема начальной информации;
  • в комплексе оценивает состояние вентиляционной системы;
  • применима как на натурном объекте, так и на математической модели.

    • Последнее преимущество актуально в плане стоимости проведения экспериментов, так как проведение экспериментов на натурном объекте не исключает возможности приостановки ведения горных работ (для угольных шахт с высокой суточной добычей временное прекращение горных работ является весьма дорогостоящим мероприятием)..

    Решение задач управления проветриванием на математической модели вентиляционной системы позволяет производить большое количество экспериментов в сравнительно короткие промежутки времени, а также анализировать состояние вентиляционной системы при изменении ее параметров, причем диапазон изменения параметров практически неограничен (т. е. на математической модели возможно смоделировать практически любую ситуацию).

    В связи с вышесказанным, исследование математической модели вентиляционной системы шахты с использованием метода планирования эксперимента позволит определить наиболее эффективные режимы работы ШВС. Принято считать, что вентиляционная система функционирует эффективно, если все ее потребители полностью обеспечены расчетным расходом воздуха при минимальной затрате мощности ГВУ. Методика решения поставленной задачи основана на теории планирования многофакторных экспериментов [6 - 8]. До этого вентиляционная система шахты как объект регулирования рассматривается в виде кибернетической системы, на вход которой подключаются входные регулируемые параметры (РП - углы установок лопаток направляющего аппарата для центробежных вентиляторов и рабочего колеса для осевых вентиляторов; численные значения аэродинамических сопротивлений (регуляторов расхода воздуха), влияющие на проветривание потребителей, а на выходе получают значения выходных контролируемых параметров (КП фактические расходы воздуха, поступающие к потребителям и мощности ГВУ, характеризующие состояние вентиляционной системы (рис, 1).

    По результатам планируемого эксперимента при неполном знании внутренних связей объекта получают аналитические выражения, которые описывают зависимость каждого из выходных параметров от значений входа параметров и определяют значения входных параметров, при которых выходные параметры будут оптимальными...