Обеспечение безопасности при ведении подземных горных работ в настоящее время осуществляется с использованием шахтных информационно-управляющих систем (ШИУС) [1].
Основными функциями ШИУС на угольных шахтах являются автоматический газовый контроль (АГК), автоматическая газовая защита (АГЗ), автоматический контроль расхода воздуха (АКВ), автоматический контроль состояния дверей вентиляционных шлюзов (АКВШ), автоматический контроль и управление проветриванием тупиковых выработок (АПТВ) и др. [1].
Основу современных ШИУС составляют компьютеризированные многофункциональные системы контроля и управления отечественного и зарубежного производства, основными из которых являются:
система газоаналитическая шахтная многофункциональная «Микон 1Р» (г. Екатеринбург);
автоматизированная система диспетчерского контроля и управления АСКУ, построенная на базе аппаратуры фирмы «Davis Derby» (Великобритания);
аппаратура «ГРАНЧ», производства научно-производственной фирмы «ГРАНЧ» (г. Новосибирск).
Существующие программно-технические средства систем позволяют получать информацию, поступающую от датчиков аэрогазового контроля очистного участка, и накапливать ее в виде баз данных на серверах систем ШИУС.
В связи с переходом на высокопроизводительные угледобывающие забои простого представления и накопления данных об объектах контроля и управления становится уже недостаточно для планирования ведения горных работ по добыче угля. В условиях меняющейся газовой обстановки в горных выработках выемочного участка первостепенное значение приобретает оперативное прогнозирование аэрогазовой обстановки.
В соответствии с нормативными документами, предельно допустимая концентрация метана в исходящей вентиляционной струе из очистного забоя и участка не должна превышать 1%. Автоматизированная система при достижении концентрации метана более 1% производит отключение электроэнергии и блокирует ее включение до снижения концентрации метана ниже 1%.
Отключение очистного оборудования и оборудования для транспортирования угля производится, как правило, в момент его максимальной загрузки. По мере снижения концентрации метана в исходящей вентиляционной струе аппаратура снимает запрет на подачу электроэнергии. Загруженное транспортное оборудование запускается вновь с большими перегрузками электроприводов в момент пуска.
Такие циклы включения и отключения электроэнергии на очистном участке по газовому фактору повторяются многократно, что приводит к снижению производительности забоя и выходу из строя оборудования.
Решение задач оптимизации работы оборудования очистных участков по газовому фактору возможно путем построения и внедрения автоматизированной информационной системы (АИС) мониторинга, оперативного прогнозирования и управления аэрогазовым режимом на очистных участках угольных шахт, компьютерная модель которой в настоящее время создана при участии автора и выполняет следующие функции:
автоматическое отслеживание долговременных изменений аэрогазовой обстановки на очистном участке;
автоматическое суточное и оперативное прогнозирование показаний датчиков метана на выемочном участке;
автоматическое определение максимально допустимых нагрузок на очистной забой по газовому фактору;
автоматическая выдача рекомендаций для оперативного и долгосрочного регулирования технологических режимов очистного забоя по газовому фактору;
ведение баз данных прогнозируемых и фактических показаний датчиков АГК.
Промышленная версия автоматизированной информационной системы, в основу которой будут положены алгоритмы, разработанные для компьютерной модели АИС, должна представлять собой программно-технический комплекс, интегрируемый в современные шахтные информационно-управляющие системы.
АИС должна строиться по принципу «клиент-сервер», в качестве сервера базы данных (сервер БД) используется сервер системы ШИУС, в качестве клиента выступает АИС.
Разработанный к настоящему времени программный комплекс модели АИС состоит из следующих функциональных модулей:
Модуля приема и первичной обработки информации (МППОИ), предназначенного для размещения информации о показаниях датчиков АГК, полученных с сервера БД ШИУС, за установленный в модели базовый период (15 суток), а также первичной обработки этой информации.
В промышленной версии АИС информация от датчиков контроля аэрогазовой обстановки очистного забоя будет автоматически поступать из системы ШИУС, а задаваемые параметры – с помощью ручного ввода. В ручном режиме будут задаваться технологические, горно-геологические, организационные и другие, не изменяющиеся за время отработки лавы, параметры.
Модуля фильтрации и распределения информации (МФРИ), осуществляющего фильтрацию некорректных показаний датчиков.
Модуля оперативного прогнозирования показаний датчиков аэрогазового контроля очистного участка (МОППД) для оперативного прогнозирования показаний датчиков концентрации метана с шагом прогнозирования на 5 минут вперед.
Модуля суточного прогнозирования показаний датчиков аэрогазового контроля очистного забоя (МСППД) для прогнозирования ожидаемых средних суточных показаний датчиков на текущие сутки.
Модуля определения максимально допустимых нагрузок на очистной забой (МОМДН), который осуществляет расчет максимально допустимых нагрузок на очистной забой по газовому фактору на основе среднесуточных показаний датчиков за базовый период и суточных прогнозных показаний по алгоритмам разработанным на основе нормативных документов, используемых для расчета максимально допустимых нагрузок очистных забоев по газовому фактору [2, 3].
Модуля формирования отчета по данным мониторинга и оперативного прогнозирования аэрогазового режима (МФОМОП), который осуществляет формирование отчета по данным мониторинга аэрогазового режима очистного участка за базовый период, показателям суточного и оперативного прогнозирования аэрогазовой обстановки на очистном участке, а также генерацию рекомендаций по оперативному и долгосрочному регулированию технических и технологических режимов работы очистного забоя.
Отчет по данным мониторинга и оперативного прогнозирования аэрогазового режима предполагается визуализировать на дисплеях видеотерминалов горного диспетчера шахт и управляющей компании, а также на персональных компьютерах главного инженера и других технических руководителей шахты с выдачей предупреждений об опасном изменении аэрогазовой обстановки по данным оперативного прогноза с цветовым и звуковым сопровождение смены информации.
Пугачев Е.В., Червяков А.Е. Шахтные информационно-управляющие системы: учеб. пособие / СибГИУ. – Новокузнецк, 2006. – 61 с.
Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. - М.: Недра, 1975. – 238 с.
Временное руководство по применению эффективных способов изолированного отвода метана из выработанных пространств за пределы выемочных участков и на поверхность на пологих и наклонных пластах угольных шахт ЗАО УК «Южкузбассуголь» / НЦ ВостНИИ, ЗАО УК «Южкузбассуголь». – Кемерово-Новокузнецк, 2002. – 60 с.