Die Grubenbewetterungsnetze (GBN) gehören zu den sicherheitskritischen Objekte und spielen eine entscheidende Rolle in der Gewährleistung der vorgeschriebenen gefahrlosen Arbeitsbedingungen unter Tage. Eine Simulation der luft- und gasdynamischen GBN-Prozesse ermöglicht die Lösung verschiedenen Aufgaben, die sowohl bei der Projektierung von automatisierten GBN als auch während des Grubenbetriebs entstehen. In diesem Beitrag wird eine Systemorganisation der Modellierung und Simulation von GBN vorgeschlagen, die im Rahmen eines modellgestützten Simulations- und Service-Zentrums (SSZ) für ukrainische Gruben realisiert wird.
Die Zielsetzung der Organisation des Simulations- und Service-Zentrums ist die modellgestützte Projektierung von Grubenbewetterungsnetzen und ihren Automatisierungssystemen, operative Analyse der gasdynamischen Situationen und Prognose im Zusammenhang mit den Betriebspläne, eine Modellbegleitung der GBN-Entwicklung im Laufe der Durcharbeitung von Kohleflözen. Die Aufgabenliste beinhaltet: Erstellung der GBN-Schemata entsprechend der Daten von Markscheiderdienste; Topologieanalyse; die Gleichungsgenerierung; die Gleichungslösung; die Visualisierung von Simulationsergebnisse; die Modellverwaltung; die Datenverwaltung; modellgestützte Berechnung der Luftstromverteilung; Simulation des Luftstromreversierung; Simulation der gasdynamischen Verhalten in den Strebe, Strecken, Alten Männer, im gesamten Netz; Lösung der Vorhersageaufgaben; modellgestützte Erstellung des Projektes des Automatisierungssystems für gegebenes GBN, eine Modellbegleitung der Inbetriebnahme des Systems; die Zusammenarbeit mit den rechnergestützten Sicherheitsdienste der Gruben, der Institute für Sicherheit und für Rettungswesen; Simulation der Havariesituationen und der Rettungsmaßnahmen; Sicherheitsanalyse durch qualitative Simulation der gasdynamischen Verhalten.
SSZ-Struktur beinhaltet MIMD-Rechner Intel Paragon, einen SIMD-Emulator, einen PC-Cluster und die PC-Arbeitsplätze im SSZ-Raum sowie entfernte PC-Arbeitsplätze bei den im Projekt beteiligten Gruben und Institute. Im SSZ werden die folgende Simulationsressource konzentriert und entwickelt:
Die GBN-Daten werden nach funktionale Prinzip von verschiedenen Gruben angefragt und in GBN-Datenbank gespeichert. Zusammen mit den Grubensicherheitsdienste wird die Vorbereitung der Markscheidermessungen durchgeführt, um die ursprüngliche Daten für die Formierung der Luftstromverteilungsschemata zu erhalten. Die gasdynamische Parametern werden aus den Meßdaten von Orten, Ventilationsstrecken und Alten Männern definiert. Die ursprüngliche Daten und die Simulationsergebnisse sind mit der funktionale Bedeutung der Abbauten vereinbart. Es wird die Datenfunktionalität am Beispiel des Testnetzes erläutert.
Die SSZ-Hauptkomponente wurden in genannten Rechenmittel implementiert und anhand des Test-GBN mit m=117 Zweige und n=61 Knoten aufgabenweise untersucht. Es werden zwei Arten von GBN-Modelle realisiert: GBN als Objekte mit konzentrierten Parametern; GBN als Objekte mit verteilten Parametern. Die erste Modelle werden für die Berechnung der Luftstromverteilung benutzt. Die zweite Modelle dienen für die modellgestützte Projektierung von Automatisierungssystemen. Beide Modelle werden sequentiell und parallel implementiert. Es wurde ein allgemeines Projekt des Automatisierungssystems entwickelt und für die Anpaßungsmethodik zu den Grubenbedingungen verwendet. Es werden die Möglichkeiten der qualitativen Modellierung und Simulation der Grubenbewetterungsnetze als sicherheitskritischen Objekte diskutiert. Die benutzerfreundliche Methodik der SSZ-Nutzung wird in Vereinbarung mit den Fachleute von Grubensicherheitsdienste entwickelt und erprobt.
Vorgeschlagenes Simulations- und Service-Zentrum für Grubenbewetterungsnetze hat ein Ziel, die Möglichkeiten der Simulationstechnik für die Verbesserung der Sicherheit unter Tage auszunutzen. SSZ verwendet und entwickelt weiter die sequentielle und parallele Modelle der luft- und gasdynamischen Prozesse in GBN. Für die Modellvalidierung werden die reale Meßdaten benutzt. Die vorhandene Erfahrung zeigt, daß SSZ eine Modellbegleitung der Automatisierungssysteme für Gruben sowie die Schulung des Bedienpersonals realisiert. Die SSZ-Ausrüstung (2 PCs, Mathlab-Simulink, ACSL) wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie unter dem Förderkennzeichen 01IR704 gefördert (Projekt PROAUT).