Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Провітрювання шахт і рудників небезпечних по газу і пилу є одним з найважливіших об'єктів автоматизації, так як при постійно зростаючому ступені механізації, інтенсивністю введення гірничих робіт, збільшенні потужності і глибини шахт, які супроводжуються значним збільшенням виділень в рудничної атмосфери шкідливих газів і пилу. Саме тому вдосконалення та дослідження автоматизованої системи управління вентилятором місцевого провітрювання має велике економічне значення.

1. Актуальність теми

Для забезпечення ефективної роботи шахти потрібно здійснювати своєчасну автоматизацію технологічних процесів з використанням сучасних систем автоматизації. Проведення підготовчих виробок пов'язано з проявом практично всіх природних і виробничих небезпечних факторів. Так, при проведенні підготовчих виробок відбувається до 35% вибухів метану та вугільного пилу, 60% газодинамічних явищ, більше 9% екзогенних і ендогенних пожеж. Одним з напрямків запобігання зазначених факторів є подача в підготовчу вироблення необхідної кількості повітря в нормальному і аварійному режимі провітрювання.[1]

2. Мета і завдання дослідження, плановані результати

Метою розробки є підвищення ефективності технологічного процесу провітрювання гірничих виробок шляхом розробки автоматизованої системи управління приводом вентилятора місцевого провітрювання. Розробляється система автоматизованого управління повинна забезпечити контроль і управління процесом провітрювання, як в нормальному, так і в аварійному режимах роботи.

Основне завдання в рамках магістерської роботи:

  1. аналіз процесу провітрювання шахтного підготовчого виробітку як об'єкта автоматичного управління;
  2. огляд існуючих систем автоматичного управління провітрювання шахтного підготовчого виробітку;
  3. аналітичне дослідження функціональних властивостей вентиляційних установок при управлінні провітрювання підготовчої шахтної виробки;
  4. розробка математичної моделі автоматизованого управління;
  5. Розробка структурної та функціональної схем системи автоматизованого управління, алгоритму її роботи;
  6. Розробка принципової схеми системи автоматизованого управління.

Об'єкт дослідження: вентилятор місцевого провітрювання.

Предмет дослідження:: розробка та дослідження автоматизованої системи управління приводом вентилятора місцевого провітрювання

3. Огляд досліджень і розробок

3.1 Аналіз вентилятора місцевого провітрювання як об'єкта автоматизації

Провітрювання тупикових виробок шахт – це один з найважливіших об'єктів автоматизації, так як зростаюча ступінь механізації видобутку вугілля, збільшення потужності і глибини шахти супроводжуються значним збільшенням виділень в рудникову атмосферу небезпечних газів, пилу і тепла.

На рудниках і шахтах, небезпечних по газу, контроль вмісту метану в шахтному повітрі є одним з основних умов забезпечення безпеки робіт. При цьому широке використання електричної енергії та ведення вибухових робіт обумовлюють необхідність безперервного і автоматичного контролю вмісту метану з передачею відповідної інформації диспетчеру шахти. Установка вентиляторів місцевого провітрювання повинна забезпечувати: безперервну і безперебійну подачу в підземні вироблення необхідної кількості повітря; можливість регулювання продуктивності при наявності резерву її не менше 20% від найбільшої подачі; перехід з роботи одного вентилятора на інший і при необхідності їх спільну роботу; можливість реверсування вентиляційного струменя не більше ніж за 10 хв при збереженні дебіту не менше 60% від нормального; необхідний контроль параметрів режиму роботи; стійку і економічну роботу при простоті і зручності експлуатації.[2]

Якщо тупикова вироблення провітрюється за допомогою ВМП, то вони повинні працювати безперервно-це поширюється на газові і негазові шахти. Для запобігання повторного засмоктування за допомогою ВМП виходить з тупикової вироблення повітря (режим рециркуляції) вентилятор встановлюють у виробленні, провітрюваної загальношахтним вентилятором, не ближче 10 метрів від гирла прохідної тупикової вироблення.Провітрювання тупикових виробок може бути здійснено двома способами: за рахунок загальношахтної депресії, а також із застосуванням паралельної допоміжної вироблення; установкою вентиляторів місцевого провітрювання.Залежно від умов проходки застосовують нагнітальний, всмоктуючий і комбінований способи вентиляції.Нагнітальний спосіб провітрювання (рисунок 1) Найбільш поширений.[3]

Нагнітальний спосіб застосовується у виробках, де зі стінок, покрівлі або грунту виділяються горючі або отруйні гази, а також знекислений повітря. В інших випадках можна застосовувати будь-який спосіб провітрювання. Переваги цього способу полягають в інтенсивному перемішуванні повітря в прізабойном просторі і розбавленні його свіжим повітрям надходять з кінця воздухопровода. Витікаюча з вибою струмінь виходить по виробленню до гирла, захоплюючи по шляху всі шкідливі і вибухові газоподібні домішки, що виділяються зі стінок, покрівлі та грунту вироблення. До достоїнствамследует віднести і те, що можливе застосування гнучких (матер'яних прогумованих та інших) трубопроводів, зручних в експлуатації.[4]

Подача вентилятора не повинна перевищувати 70% кількості повітря у виробці в місці його встановлення, що забезпечить подсвежение вихідного потоку повітря з тупикової виробки по ділянці виробки між ВМП і гирлом тупикової виробки при середній швидкості руху повітря не менше 0,15 м/с. Для підвищення надійності і безпеки провітрювання тупикових виробок поряд з чинним встановлюється резервний ВМП з резервним живленням. Виконання цих вимог забезпечить безпечну роботу ВМП.

Технологическая схема нагнетательного способа проветривания

Рисунок 1 – технологічна схема нагнітального способу провітрювання
(анімація: 7 кадрів, 5 циклів повторення, 129 кілобайт)

При установці ВМП у виробках з вихідним струменем повітря, провітрюваних за рахунок загальношахтної депресії, концентрація метану перед вентилятором не повинна перевищувати 0,5%. Не допускається установка ВМП з електричними двигунами у виробках з вихідним струменем повітря на пластах, небезпечних по раптових викидах вугілля (породи) і газу, а також небезпечних по суфлярним виділенням метану. Ця вимога не поширюється на випадки застосування в шахтах підземних установок кондиціонування шахтного повітря з розміщенням на вихідних струменях водоохолоджувачів, обладнаних ВМП з електричними двигунами. При цьому повинен здійснюватися безперервний автоматичний контроль вмісту метану перед ВМП з відключенням всього електрообладнання при вмісті метану 0,5% і більше. У кожного вентилятора повинна встановлюватися інформаційна дошка та інформаційний журнал, її дублюючий, на яку записуються фактична витрата повітря у виробленні в місці установки вентилятора, фактична подача вентилятора, розрахунковий і фактичний витрати повітря в забої тупикової вироблення.

Тупикові виробки довжиною понад 200 м, що проводяться по вугільному пласту в газових шахтах III категорії і вище, повинні бути обладнані резервними ВМП з електроживленням від окремих підстанцій (режим резервування), а виробки довжиною до 200 м допускається обладнати резервними ВМП з електроживленням від резервного пускача. Продуктивність резервного ВМП повинні бути не менше продуктивності робочого ВМП Для з'єднання робочого і резервного вентиляторів з трубопроводом застосовуються металеві Трійники з перекидним клапаном або відрізки гнучких труб. У разі приєднання вентиляторів до трійника клапан може вільно переміщатися всередині камери трійника за рахунок тиску повітря основного вентилятора, притискаючись до патрубка резервного вентилятора і перекриває його отвір. При включенні резервного вентилятора клапан перекриває патрубок основного вентилятора. У разі з'єднання вентиляторів за допомогою відрізків гнучких труб при включенні основного або резервного вентилятора відповідний відрізок труби наповнюється повітрям, а другий відрізок труби віджимається і перекриває вхід відрізка трубопроводу вимкненого вентилятора.

Вентилятор місцевого провітрювання, який здійснює провітрювання виробок, повинен працювати безперервно. У разі зупинки ВМП або порушення вентиляції необхідно припинити роботи в тупиковій частині вироблення, відключити напругу з електрообладнання, працівників негайно вивести в провітрювану вироблення, а в гирлі тупикової вироблення повинен бути встановлений заборонний знак. Відновлення робіт дозволяється після розгазування виробітку. Основним порушенням режиму провітрювання є загазування вироблення.

До загазувань відносяться всі випадки перевищення норм концентрації метану в поперечному перерізі виробок у світлі і у відкритих, не закладених породою або іншими матеріалами куполах.

При відсутності даних про фактичну концентрацію метану загазованими також слід вважати:

Загазування виробок поділяються на місцеві, шарові і загальні.

Місцеве загазування – скупчення метану в окремих місцях виробок, в тому числі у бурових верстатів, комбайнів і врубових машин, у відкритих, не закладених породою або іншими матеріалами куполах, з концентрацією 2% і більше.

Шарове загазування-скупчення метану у вигляді шару у виробках на ділянках довжиною понад 2 м з концентрацією 2% і більше.

Загальне загазування – перевищення норми середньої по перетину вироблення концентрації метану.

З причин виникнення загазування можуть бути Аварійні та технологічні.

До аварійних належать загазування, спричинені порушенням нормального провітрювання (відмова ВМП, роз'єднання, відставання від вибоїв і порив вентиляційних труб, руйнування вентиляційних споруд і порушення нормального режиму їх роботи, завал і затоплення виробок, забучивание углеспусков), відмовою засобів управління газовиділенням (дегазації та ін), суфлярами, газодинамічними явищами, виключаючи викликані струсним підриванням, а також аварійним відключенням джерел енергопостачання вентиляторів.

До технологічних належать загазування, обумовлені викидами вугілля (породи) і газу при струсному підриванні, а також підвищеним газовиділенням при веденні робіт з попередження раптових викидів вугілля і газу (гидровымыв порожнин у ціликах вугілля та ін), при попередньому розпушуванні, зволоженні, відбої вугілля вибуховим способом, виїмці вугілля комбайнами, вивантаження вугілля з бункерів, обваленнями порід покрівлі у виробленому просторі і плановими зупинками вентиляційних дегазаційних і газовідсмоктувальних установок.[5]

Основними заходами попередження загазувань гірничих виробок є:

Для ефективного використання виробничих потужностей і поліпшення умов праці необхідна розробка ефективних методів і засобів боротьби з рудниковим газом і пилом, підвищеною температурою і вологістю в гірничих виробках. Рішення поставленого завдання можливе завдяки раціональному розподілу надходить в підземні вироблення повітря при безперервному і надійному контролі основних параметрів рудникової атмосфери. Розрив гнучкого трубопроводу найчастіше відбувається в результаті пуску ВМП. Щоб уникнути розриву гнучкого трубопроводу при пуску ВМП комбінований трубопровід допускається застосовувати тільки спільно зі спеціальним пускорегулюючим пристроєм, що забезпечує плавне наростання тиску і витрати повітря в трубопроводі при пуску вентилятора місцевого провітрювання.

Нормований термін служби різних типів трубопроводів змінюється в межах 16 –28 і 14– 26 міс відповідно в сухих і обводнених виробках, в сирих – від 14 до 26 міс. При порушенні режиму експлуатації трубопроводів термін їх служби зменшується в 2 рази і більше.

Тому для підвищення надійності гнучких труб вентиляції необхідно забезпечити плавний пуск приводу вентилятора. Виконання плавного пуску з необхідною ефективністю можливо лише при застосуванні систем автоматичного управління приводом вентилятора, в яких фактор суб'єктивності, що вноситься оператором, мінімальний.

Параметри провітрювання тупикових виробок передбачають два основних режими функціонування:

  1. нормальна робота основного (резервного) ВМП з безперервним автоматичним контролем провітрювання призабійної області;
  2. контроль і управління робочим і резервним ВМП при їх включенні в штатному або аварійному режимах.

Можливі наступні способи пуску ВМП з електричним приводом:

  1. Імпульсний пуск з використанням пускачів: тривалість імпульсу в діапазоні від 1,5 до 3,0 секунд; тривалість паузи між імпульсами від 6 до 10 секунд; число імпульсів
  2. плавний пуск при використанні частотних перетворювачів: тривалість розгону двигуна в діапазоні від 30 до 120 секунд.
  3. прямий пуск резервного ВМП при відключенні робочого, здійснюється автоматично, без плавного заповнення воздуховода.

Способи 1 і 2 передбачають плавне заповнення трубопроводу повітрям для запобігання гідроудару, а запуск за способом 3 здійснюється при відключенні робочого вентилятора протягом часу, що не перевищує 10 с, що виключає можливість виникнення гідроудару. Однак при близькій для всіх способів запуску ефективності по використанню ресурсу вентиляційного обладнання спосіб 2 забезпечує плавне збільшення підводиться до двигуна напруги, що веде до зниження пускових струмів і динамічних навантажень на електродвигун, збільшуючи термін його служби.

Система автоматичного управління приводом вентилятора місцевого провітрювання повинна бути призначена для експлуатації в наступних умовах:[6]

  1. вибухонебезпечне, агресивне довкілля;
  2. температура навколишнього повітря від +4 ° до + 40 ° С;
  3. середньомісячне значення відносної вологості повітря 100% при +20° С;
  4. значна запиленість;
  5. підвищений абразивний знос робочих поверхонь;
  6. обмеженість робочого простору.

Основні функції, що виконуються автоматизованою системою управління приводом вентилятора місцевого провітрювання:< / p>

  1. автоматичне керування приводом вентилятора;
  2. плавний пуск електроприводу вентилятора місцевого провітрювання (ВМП);
  3. контроль параметрів роботи електроприводу ВМП;
  4. автоматичний пуск резервного електроприводу ВМП;
  5. контроль рівня концентрації метану в надходить в тупикову вироблення повітрі;
  6. забезпечення зв'язку з пультом гірського диспетчера за допомогою інтерфейсу зв'язку RS 485, по протоколу ModBus.

3.2 Розробка алгоритму роботи і схемотехнічних рішень пристрою автоматизованої системи управління приводом вентилятора місцевого провітрювання

Для підвищення ефективності провітрювання виробок необхідно автоматично управляти процесом провітрювання в залежності від поточних значень параметрів рудникової атмосфери виробки, її загазування, подачі повітря в забій і працездатності вентиляторів. На рисунку 2 розроблений алгоритм роботи автоматизованої системи управління приводом вентилятора.

Блок–схема алгоритма автоматического управления приводом ВМП

Рисунок 2 – Блок –схема алгоритму автоматичного управління приводом ВМП

Описи блок– схеми алгоритму автоматичного керування приводом ВМП:

Функціональна схема показана на рисунку 3. Системи автоматичного управління приводом вентилятора місцевого провітрювання є локальною системою автоматизації c виведенням інформації в систему УТАС через інтерфейс зв'язку RS–485.

Функциональная схема системы автоматического управления приводом вентилятора местного проветривания

Рисунок 3 – Функціональна схема системи автоматичного управління приводом вентилятора місцевого провітрювання

На рисунку 3 Позначено: УКТВ–2–250– Пристрій управління комплектне вибухозахищене; КП– кнопковий пост; МСИ – місцева світлова індикація; БАУП – блок автоматизованого управління приводом; ДТ– датчик температури; ПО – пристрій охолодження; ДШВ –датчик швидкості повітря; АГЗ – датчик автоматичного газового захисту; ВМП – вентилятор місцевого провітрювання

УКТВ–2 –250 –пристрій призначений для забезпечення дистанційного плавного керованого пуску, управління приводом і відключення трифазного асинхронного електродвигуна, експлуатованих в мережах змінного струму напругою 660/1140 в з ізольованою нейтраллю трансформатора[7].

пристрій розрахований для експлуатації в умовах підземних шахтних виробок небезпечних по газу (метану) і вугільного пилу, в кліматичних районах з помірним, холодним і тропічним кліматом.

Пристрій поєднує функції пускача і тиристорного регулятора. Пристрій дозволяє виключити перехідні пускові моменти в електродвигуні і значно знизити динамічні удари.

Основні виконувані функції:

  1. Можливість роботи в режимі пускача.
  2. дистанційне керування від кнопкового поста.
  3. захист від струмів короткого замикання і перевантаження в відходять силових ланцюгах.
  4. нульовий захист.
  5. захист при обриві або при збільшенні опору заземлюючого ланцюга між пристроєм і електродвигуном до величини більше 50 Ом.
  6. захист від втрати управління при замикання проводів ланцюга дистанційного керування між собою або з заземлюючим проводом.
  7. захист від самовключення пристрою при короткочасному (не більше 3 с) підвищенні напруги живильного ланцюга до 150% номінального.
  8. перевірку дії схем управління і ланцюгів котушок контакторів без подачі напруги в відходить приєднання.
  9. відключення пристрою при зникненні керуючих імпульсів на силових тиристорах
  10. відключення пристрою при втраті імпульсу синхронізації в одному або декількох каналах.
  11. відключення пристрою при спрацьовуванні теплового захисту тиристорів.
  12. захист пристрою від обриву фази.
  13. захист від пробою тиристорів.
  14. автоматичне фазування системи управління тиристорами щодо фаз мережі живлення.
  15. світлову сигналізацію про спрацювання захистів, блокувань і стан елементів схеми.

Структурна схема показана на рисунку 4. Системи автоматичного управління приводом вентилятора місцевого провітрювання є локальною системою автоматизації c виведенням інформації в систему УТАС через інтерфейс зв'язку RS–485.

Функциональная схема системы автоматического управления приводом вентилятора местного проветривания

Рисунок 4 – Структурна схема пристрою блоку автоматичного управління приводом

На рисунку 4 позначено: ДСВ – датчики швидкості потоку повітря серії ТХ5921 призначені для контролю швидкості потоку повітря у вентиляційних тунелях, витяжних трубах, АГЗ – Автоматичний газовий захист на основі датчика метану ТХМ –2,8 застосовується для визначення рівня концентрації метану в повітрі, ДТ – датчик визначення температури тиристорів застосовується цифровий датчик температури DS18B20

Висновоки

В результаті виконання дослідницької роботи був проаналізований вентилятор місцевого провітрювання як об'єкт автоматизації. На основі проведеного аналізу, огляду літературних джерел були розглянуті режими роботи, основні особливості та характеристики вентилятора місцевого провітрювання вугільної шахти.

Була сформульована мета роботи, яка полягала в підвищення ефективності технологічного процесу провітрювання гірничих виробок, а також сформульовані вимоги до системи автоматичного управління.

В ході аналізу, прийнявши за основу ці вимоги була обрана Базова апаратура автоматизації, розроблений алгоритм роботи, запропоновані схемотехнічні рішення пристрою автоматичного управління приводом вентилятора місцевого провітрювання для підвищення ефективності процесу провітрювання.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: Червень 2021 року року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

  1. Александров С. Н. , Булгаков Ю. Ф. , Яйло В. В.  Охрана труда в угольной промышленности: Учебное пособие для студентов горных специальностей высших учебных заведений / Под общей ред. Ю. Ф. Булгакова. – Донецк: РИА ДонНТУ, 2007.– 516 с.
  2. Малиновский А. К. Автоматизированный электропривод машин и установок шахт и рудников / А. К. Малиновский. — Москва: Недра, 1987. — 280 с.
  3. Ивановский И. Г. ШАХТНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ / Учеб. пособие.— Владивосток: Изд—во ДВГТУ, 2003. — 196 с. илл. 86, табл. 7
  4. Голинько В. И. Вентиляция шахт и рудников: учеб. пособие / В. И. Голинько, Я. Я. Лебедев, О. А. Муха. — Д.: Национальный горный университет, 2012. — 266 с.
  5. Карпов И. Э. Автоматическая газовая защита и контроль рудничной атмосферы / Е. Ф. Карпов, И. Э. Биренберг, Б. И. Басовский.—Москва : Недра, 1984.—285 с
  6. 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://minsvyazdnr.ru
  7. Научно—производственное предприятие Макеевский завод шахтной автоматики.– Режим доступа : http://mzsha.inf.ua