Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Розробка і дослідження системи автоматичного управління процесом провітрювання тупикових виробок шахти

Введення

В силу обмеженого простору і великої глибини в підземних гірничих виробках мають місце важкі умови праці 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 припливу свіжого повітря, забезпечення допустимих концентрація метану в шахтній атмосфері.

Основним завданням вентиляції тупикових виробок є подача в забій достатньої кількості повітря, що забезпечує швидкість його руху, достатню для ефективного провітрювання як прізабойной частини, так і всієї вироблення в цілому.

застосовуються в даний час засоби контролю і управління процесом провітрювання не завжди забезпечують надійний і ефективний захист, таким чином, розробка системи автоматизації вентиляційної установки з новим пристроєм автоматичного провітрювання підготовчого вироблення є актуальною темою.

1 Актуальність теми

Завдання автоматизації провітрювання шахт зводиться до подачі і розподілу по виробкам такої кількості повітря, при якому забезпечується задана продуктивність вибоїв, дотримуються вимоги правил безпеки і санітарно-гігієнічних норм і підтримуються оптимальні режими вентиляторних установок.

Особливості підземної технології виїмки корисних копалин висувають це завдання в ряд найбільш складних проблем гірничої справи.

Труднощі її вирішення обумовлені наступними основними причинами:

а) значною мінливістю топології і параметрів вентиляційних мереж шахт, а також загальною взаємозалежністю процесів регулювання витрати повітря по виробкам;

б) складністю і навіть суперечливістю динамічних зв'язків між вхідним впливом – кількістю повітря, що надходить в забій, і безліччю вихідних параметрів цього об'єкта ,що підлягають регулюванню, – концентрацій метану, вуглекислого газу, пилу і т. д.;

в) стохатичним характером аерогазових процесів і наявністю викидів у випадкових функціях регульованих параметрів;

г) великою розосередженістю і значною кількістю датчиків, використовуваних для контролю параметрів рудникової атмосфери, які переміщуються слідом за забоями, що ускладнює отримання достовірної і повної інформації;

д) складністю побудови системи автоматичного управління вентиляторними при забезпеченні заданих високих норм їх надійності.

2 Мета і завдання дослідження

Основним завданням проектування є підвищення ефективності провітрювання підготовчого виробітку шляхом розробки системи автоматизації & nbsp; вентиляційної установки з пристроєм автоматичного розгазування підготовчого виробітку. Під ефективністю провітрювання підготовчого вироблення шахти мається на увазі своєчасне забезпечення підземних робочих повітрям в достатній кількості і забезпечення високої продуктивності прохідницьких машин в безпечних умовах, що досягається стабілізацією газової частки метану в рудниковому повітрі на безпечному рівні. 

Вимоги до системи автоматизації вентиляційної установки процесу провітрювання підготовчого вироблення шахти наступні:

  1. Місцеве, дистанційне та автоматизоване управління вентилятором місцевого провітрювання відповідно до алгоритму роботи установки в шахтних умовах;  
  2. Автоматичне регулювання подачі вентилятора місцевого провітрювання відповідним способом для прийнятого типу вентилятора;
  3. Автоматичне розгазування гірничої виробки при її загазуванні;
  4. Автоматичний контроль і реєстрація основних параметрів рудникової атмосфери в підготовчому виробленні;
  5. Автоматичне захисне відключення вентилятора місцевого провітрювання при порушенні режимів його роботи, при порушенні роботи апаратури автоматизації, при аваріях в системі електропостачання установки і в інших випадках, специфічних для умов роботи вентилятора місцевого провітрювання в шахтних умовах;
  6. Автоматичне блокування роботи системи автоматизації при аварійних ситуаціях;
  7. Автоматична світлова і звукова сигналізація при виникненні аварійних ситуацій. Формування попереджувальних повідомлень про аварійну ситуацію провітрювання і відмови в системі автоматизації;
  8. Здійснення передачі всіх контрольованих параметрів на персональний комп'ютер диспетчера, формування бази даних;
  9. Здійснення візуалізації стану процесу провітрювання і роботи вентилятора місцевого провітрювання;
  10. Всі технічні засоби, які входять до складу системи автоматизації вентилятора місцевого провітрювання повинні задовольняти умовам іскро і вибухозахисту.

3 Аналіз вентиляційної установки технологічного процесу провітрювання підготовчого вироблення шахти як об'єкта автоматизації

На газових шахтах провітрювання тупикових виробок здійснюється нагнітальним способом провітрювання за допомогою вентиляційної установки, наприклад, вентилятора типу ВМ-6м. цей спосіб провітрювання в газових шахтах є обов'язковим і єдиним. Його перевага полягає в тому, що призабійний простір провітрюється струменем свіжого повітря, який виходить з трубопроводу з великою швидкістю. Технологічна схема нагнітального способу провітрювання підготовчого вироблення за допомогою вентилятора ВМП наведена на рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 – Схема провітрювання тупикової виробки

Для запобігання повторного всмоктування за допомогою ВМП повітря, який виходить з підготовчої виробки (режим рециркуляції) і запобігання скупчення в ній метану (загазування) вентилятор ВМП встановлюють у виробці, яку провітрює головна вентиляційна установка ВГП, не ближче 10 метрів від гирла підготовчої виробки. При цьому подача вентилятора ВМП не повинна перевищувати 70 % витрати повітря у виробленні в місці його установки, що забезпечить підсвіжіваніе вихідного потоку повітря з підготовчої виробленні по ділянці вироблення між ВМП і гирлом підготовчого вироблення при середній швидкості руху повітря не менше 0,15 м/с.

Подача вентилятора ВМП розраховується в залежності від довжини виробки, прогнозного метановиділення, кількості людей, які працюють у виробленні, мінімальної швидкості повітря у виробці, мінімальної швидкості повітря в привибійному просторі з урахуванням температури, від кількості газів, які утворюються при вибухових роботах у вибої вироблення, від величини витоків повітря з вентиляційного трубопроводу. Тому при зміні зазначених параметрів необхідно відповідно регулювати подачу вентилятора ВМП.

4 Критичний огляд та аналіз існуючих систем автоматизації вентиляторів місцевого провітрювання

В даний час відома наступна апаратура автоматизації вентиляційної установки для провітрювання підготовчих виробок:

– апаратура контролю провітрювання тупикових виробок типу АПТВ (розробка OOO Прокоп'євського заводу Електроапарат, м Прокоп'євськ, Кемеровська обл., Росія);

– апаратура контролю провітрювання тупикових виробок типу АКТВ (розробка ВАТ Червоний металіст, м. Конотоп, Сумська обл.);

Апаратура автоматичного контролю провітрювання тупикових вибоїв АПТВ виконує Автоматичний безперервний контроль кількості повітря, що надходить в забій тупикової виробки, по вентиляційних трубопроводах, провітрюваної вентиляторами місцевого провітрювання (ВМП). Апаратура може використовуватися в шахтах небезпечних по газу і пилу, а також служить для автоматичного захисного відключення електроенергії при порушенні нормального режиму провітрювання.

Електрична структурна схема АПТВ

Апаратура контролю провітрювання тупикових виробок типу АКТВ  призначена для автоматизованого місцевого і дистанційного керування вентиляторами місцевого провітрювання ВМП, відключення електроживлення при відхиленні від заданого режиму провітрювання виробок, видачі диспетчеру через систему телемеханіки інформації про провітрювання підготовчого вироблення. 

Рисунок 4.2 – Електрична структурна схема АКТВ

5 Розробка пристрою автоматичного управління провітрюванням тупикової виробки

Для дотримання всіх поставлених вимог буде доцільно запропонувати наступну дворівневу структуру системи автоматизації вентилятора місцевого провітрювання технологічного процесу провітрювання підготовчого вироблення шахти(див. 5.1.).

На рисунку 5.1 позначено: УУВМП – пристрій управління вентиляторами місцевого провітрювання; ПВІраб, ПВІрез – пускачі робочого і резервного вентилятора; ДМ1,ДМ2 – датчики метану в забої і гирлі підготовчого вироблення; ДСВ – датчик швидкості потоку повітря.

Схема реалізована на основі двох рівнів управління. Верхній рівень (операторський) представлений промисловою робочою станцією. Це рівень управління вентилятором місцевого провітрювання. Даний рівень виконує наступні функції: пуск і зупинка робочого і резервного ВМП; розгазування підготовчого вироблення; архівування даних.

Промислова робоча станція (ПРС) – індивідуальний комплекс технічних і програмних засобів, призначений для автоматизації професійної праці фахівця і забезпечує підготовку, редагування, пошук і видачу на екран і друк необхідних йому документів і даних. Автоматизоване робоче місце забезпечує оператора всіма засобами, необхідними для виконання певних функцій.

Рисунок 5.1 – Структурна схема системи автоматизації технологічного процесу провітрювання підготовчого виробітку шахти

На нижньому рівні розташовані джерела технологічної інформації– датчики метану для контролю вмісту метану в повітрі, датчик швидкості потоку повітря, а також виконавчі механізми- & nbsp; пускачі робочого і резервного вентилятора.

Для реалізації ефективної роботи даної системи був розроблений алгоритм управління, який представлений на рис.5.2.

Рисунок 5.2 – Блок-схема алгоритму автоматичного управління провітрюванням шахтної підготовчої виробки

На першому етапі управління, перед початком провітрювання визначаються значення уставок управління і задаються у відповідних пристроях системи автоматичного управління. При надходженні командиПуск здійснюється пуск вентилятора ВМП. Включається вентилятор ВМП. При встановленні нормального режиму провітрювання (Vтек.> Vуст., де Vтек. – поточна швидкість повітря у вентиляційному трубопроводі), формується команда на відпрацювання витримки часу 5 – 20 хв. (задається задатчиком) на включення групового апарату системи електропостачання споживачів підготовчого виробітку. Після відпрацювання заданої витримки часу 5 – 20 хв., якщо режим провітрювання нормальний, формується дозвіл на включення групового апарату системи електропостачання споживачів підготовчого вироблення. Далі контролюється режим провітрювання підготовчого вироблення Vтек. > Vуст.

При порушенні провітрювання (Vтек. < Vуст.) протягом часу більше 30 – 120 С. (уставка задатчика) формується команда на відключення групового апарату системи електропостачання споживачів підготовчого виробітку. При виході з ладу або зупинці робочого вентилятора ВМП формується команда на автоматичне включення в постійну роботу резервного вентилятора ВМП. При нормальному режимі роботи вентилятора ВМП контролюються поточні значення концентрації метану в забої і гирлі виробки. При перевищенні встановлених значень концентрації метану (вироблення загазована), формується команда на відключення групового апарату системи електропостачання споживачів підготовчого вироблення. Далі починається розгазування підготовчого вироблення. Після розгазування виробітку формується дозвіл на включення групового апарату системи електропостачання споживачів підготовчого виробітку.

При надходженні команди стоп вентилятора ВМП, вентилятор зупиняється.

При всіх режимах провітрювання повинна формуватися інформація про роботу вентилятора ВМП, стану провітрювання підготовчого вироблення, концентрації метану, про можливість подачі напруги на струмоприймачі підготовчого вироблення, про наявність напруги в резервній мережі електропостачання.

Висновки

Був проаналізований технологічний процес провітрювання тупикової виробки як об'єкта автоматизації і сформовані вимоги до системи управління. Для її безаварійної роботи потрібен постійний контроль таких параметрів, як концентрація метану і швидкість потоку повітря. В результаті була розроблена комп'ютерно-інтегрована мікропроцесорна система управління процесом провітрювання тупикової вироблення. Її алгоритм дозволяє проводити автоматичний безперервний контроль кількості повітря, що надходить до забою тупикової вироблення, і автоматично відключати електроенергію при порушенні нормального режиму провітрювання з виконанням розгазування вироблення при необхідності.

Список використаної літератури

  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.