книги / Рудничная аэрология.-1

2)местная и центральная предупредительная сигнализация;

3)автоматическое отключение и блокировка силового питания при опасном отклонении контролируемых величин от допустимых значений;

4)передача непрерывной информации о состоянии проветривания на пост управления шахтной вентиляцией;

5)автоматическое регулирование работы главных вентиляцион­ ных установок и вентиляторов местного проветривания, автомати­ ческое перераспределение воздуха в вентиляционных сетях и др.

Особенностью системы автоматического регулирования проветри­ вания, обусловливающей трудности в ее создании, является то, что объект регулирования (разветвленная шахтная вентиляционная сеть), описываемый системой дифференциальных уравнений в ча­ стных производных, обладает несколькими регулируемыми пара­ метрами и очень большими постоянными времени.

Автоматическое регулирование проветривания шахт будет способствовать повышению безопасности ведения горных работ и расширению области применения электрической энергии.

Примером снятия некоторых ограничений на применение электро­ оборудования является возможность уже сейчас при наличии автома­ тических датчиков метана на откаточных штреках положительно решить вопрос о замене аккумуляторной электровозной откатки контактной.

§ 114. Аэрогазодинамические основы автоматизации проветривания

Автоматизация проветривания шахт базируется на правильном и достаточно точном математическом описании аэрогазодинамических процессов, протекающих в выработках шахт.

Ряд таких процессов связан с проявлением различных случайных факторов и, следовательно, поддается статистическому описанию без значительного углубления в физическую основу явления.

Автоматическое регулирование, предполагающее изменение рас­ ходов воздуха в ветвях вентиляционной сети, в свою очередь, является причиной некоторых газодинамических явлений. В ча­ стности, изменение дебита воздуха приведет к появлению в сети так называемых переходных процессов — процессов изменения пара­ метров до заданного уровня в течение некоторого интервала времени.

Переходные аэродинамические процессы в выработках не имеют существенного практического значения, поскольку их длительность обычно незначительна (исчисляется минутами), а также по той при­ чине, что, если не связывать их с процессом газовыделения, сами по себе они не опасны с практической точки зрения.

Переходные газодинамические процессы, как правило, протекают в течение длительного времени и характеризуются разнообразным изменением концентрации и дебита метана в пределах выемочных участков. Особенно опасны переходные процессы, характеризующиеся

повышением концентрации метана в исходящей струе выемочного участка (см. главу XIV).

Для автоматизации проветривания весьма важно установить зависимость изменения концентрации метана с от времени, отсчиты­ ваемого с момента регулирования,

с = /(0 .

Для описания переходных газодинамических процессов, возни­ кающих при увеличении количества воздуха, предложен ряд зави­ симостей, большинство из которых являются эмпирическими.

§ 115. Принципы телеавтоматической системы контроля состава воздуха в выработках

Телеавтоматическая система служит для сбора, переработки, регистрации и использования для автоматического регулирования проветривания информации о состоянии рудничной атмосферы шахт. Телеавтоматическая система должна обеспечивать:

а) сбор информации от рассредоточенных по участкам шахты датчиков контроля параметров рудничной атмосферы и преобразо­ вание этой информации в сигналы, пригодные для передачи на дис­ петчерский пункт (ДП) по свободным каналам связи и цепям ди­ станционного управления;

б) прием на диспетчерском пуйкте сигналов о состоянии руднйчной атмосферы на отдельных участках, обработку и выдачу этих данных для регистрации;

в) местную сигнализацию и отключение электропитания на соот­ ветствующем участке при повышении концентрации метана выше допустимых пределов, установленных Правилами безопасности;

г) сигнализацию на ДП при показаниях датчиков, соответству­

на участке при значительном числе одновременно контролируемых

связи. Параметры аппаратуры должны отвечать требованиям искробезопасности. Необходимо предусматривать возможность отклю­ чения отдельных блоков при переноске или замене их без нарушения работы системы в целом. Предельно допустимая погрешность теле­ измерения (исключая датчики) ± 8 % измеренной величины. Система должна быть бесконтактной с электропитанием от сети переменного тока, а в аварийном режиме (для элементов системы, установленной на участке) — от автономного источника питания, подключаемого автоматически (при отключении сети переменного тока). Аппаратура телеизмерения должна быть пригодна для применения во взрыво­ опасной метано-воздушной среде, в местах с влажностью до 98%

и запыленностью воздуха до 5 г/м3, а также для установки в не­ отапливаемых помещениях на поверхности шахты и должна работать при колебании температуры от —10 до +50° С.

Место установки датчика в выработке следует выбирать так, чтобы он показывал наиболее высокую концентрацию вредной при­ меси по длине и по сечению определенного участка выработки. Дат­ чики на механизмах, должны контролировать содержание метана у мест, где существует реальная угроза воспламенения газа (электро­ двигатели, контроллеры и т. п.).

Выбор мест установки датчиков зависит в осповном от системы разработки, схемы проветривания и способов выемки угля. Влияние этих факторов различно: первые два оказывают влияние на все устанавливаемые датчики, а последний — только на расположенные на комбайне или врубовой машине. Московским горным институтом и Гипроуглеавтоматизацией проведены совместные исследования и опытно-конструкторские работы по созданию автоматизированной системы централизованного контроля состава атмосферы на 250 дат­ чиков. Каналы связи — занятые или свободные телефонные линии, а для датчиков также низковольтная силовая сеть или цепи упра­ вления. Цикл работы системы 1 мин, периодичность опроса датчиков метана 5—20 мин. Передача информации осуществляется много­ канальным методом, сигналы — непрерывные времяимпульсные. Система строится на бесконтактных диод-транзисторных элементах. В качестве датчика метана используется стационарный газоанали­ затор. Вычислительный комплекс системы будет осуществлять: программный опрос датчиков, математическую обработку текущих значений параметров (с усреднением на три цикла опроса), выдачу оператору сведений о состоянии аппаратуры и регистрацию значений параметров, сигнализацию о нарушениях технологического режима, прогнозирование параметров газового режима на основе анализа накапливаемых статистических данных. Информация выдается си­ стемой в виде машинной печати, рабочих световых сигналов на спе­ циальном табло, предупредительных и аварийных звуковых и свето­ вых сигналов. Система централизованного контроля концентрации метана может быть связана с системой автоматического регулирова­ ния проветривания шахты и с системой автоматического управления вентиляторами местного проветривания.

§ 116. Принципы построения систем автоматического управления проветриванием

Задачей автоматического управления проветриванием шахт яв­ ляется оперативное изменение количества воздуха, подаваемого в горные выработки.

Сложность вентиляционных сетей шахт определяет возможности разнообразного подхода к разработке систем автоматического упра­ вления проветриванием (САУП).

Такая система может быть централизованной (рис. 194), вклю­ чающей центральный диспетчерский пункт с управляющей вычисли­ тельной машиной УВМ, датчики первичной информации Д и регули­ рующие органы РО. Датчики первичной информации замеряют зна­ чение контролируемых параметров (концентрации метана и дру­ гих газов, скорости движения воздуха, давления и т.д.) и пере­ дают сигналы на центральный диспетчерский пункт. Вычислительная машина по соответствующему алгоритму обрабатывает полученные данные, определяя расходы воздуха в ветвях, депрессии и аэродина­ мические сопротивления ветвей, а также требуемые уровни регули­ рования этих параметров в необходимых местах вентиляционной

Оператор

Рис. 194. Упрощенная принципиальная схема цен­ трализованной системы

сети. В соответствии с полученными данными машина передает сигналы на регулирующие органы. Регуляторы изменяют параметры в заданных пределах.

При централизованной САУП в горных выработках может быть размещена относительно простая по конструкции аппаратура кон­ троля и управления, а сложная по исполнению аппаратура вычисли­ тельного и управляющего комплекса концентрируется на поверх­ ности на центральном диспетчерском пункте. Максимально простое исполнение элементов аппаратуры, работающих под землей, приводит к снижению стоимости САУП, повышает ее надежность, упрощает обслуживание.

Однако шахтные вентиляционные сети, как правило, весьма сложны вследствие большой протяженности фронта работ, значи­ тельного числа выемочных и подготовительных участков, горных выработок различного назначения. С аэродинамической точки зре­ ния все эти элементы шахтной сети взаимосвязаны и любое изменение

параметров — давления и количества воздуха — в одном из них вызывает соответствующие изменения в других. Такое положение приводит во многих случаях к усложнению централизованной САУП.

Для автоматизации управления проветриванием в сложных сетях целесообразно применять иерархические системы. Принцип работы таких систем (рис. 195) заключается в том, что вся вентиля­ ционная сеть разбивается на участки, содержащие простейшие типовые соединения. Для каждого такого соединения строятся автономные системы оптимального автоматического управления R.

Рис. 195. Упрощенная принципиальная схема иерархи­ ческой системы

При помощи УВМ, располагаемой на диспетчерском пункте, все эти системы связаны между собой.

Датчики первичной информации Д г, Д 21. .,Д т передают сиг­ налы о значениях контролируемых параметров в пределах своего участка непосредственно в управляющее устройство автономной системы оптимального управления i?lt. ., Rn. Система управления обрабатывает полученные данные и передает соответствующие сиг­ налы на регулирующие органы РОг, Р 0 2, POkJ которые осуще­ ствляют необходимое изменение параметров. Одновременно часть информации более общего характера (распределение воздуха по участкам, полям, крыльям шахт, общешахтный дебит воздуха, концен­ трации метана в выработках с исходящими струями участков, крыльев

ишахты и т. п.) передается на центральный диспетчерский пункт

иобрабатывается вычислительной машиной, которая передает упра­ вляющие сигналы на регулятор главного вентилятора RBTJ а также на управляющие органы автономных систем Д1э. ., Rn.

Иерархические системы управления более перспективны по срав­ нению с централизованными, так как они способны более гибко реагировать на изменения параметров. Однако в таких системах

для обеспечения заданной точности требуется значительно большее количество информации. Кроме того, значительная часть аппаратуры будет рассредоточена по горным выработкам, что также связано с дополнительными трудностями.

Многосвязная САУП (рис. 196) включает в себя датчики первич­

и отбор ложных, вызванных помехами данных.

С помощью преобразователей устройств связи УВМ данные телеизмерений вводятся в ячейки оперативной памяти машины, имеющей заранее составленную программу. В намять машины должны быть введены конфигурация сети и контрольные пара­ метры — максимально допустимые уровни концентрации метана в выработках, минимальные и максимальные скорости движения воздуха и т. д. На основании выполнения логической операции сравнения поступившей информации с контрольными параметрами определяются участки сети, имеющие отклонения выше заданных.

По имеющейся в памяти машины стандартной программе рассчи­ тывается регулирование проветривания для соблюдения нормальных режимов, сравниваются результаты расчетов с ранее полученными данными и выдаются соответствующие команды на изменение поло­ жения регулирующих органов регуляторов расхода воздуха в отдель­ ных струях.

Важнейшей функцией УВМ является оптимизация режима про­ ветривания шахты. Оптимальным, как известно, является такой режим, при котором затрачивается минимальная энергия на про­ ветривание при обеспечении безопасных концентраций вредных

иядовитых газов во всех выработках шахты.

Внастоящее время имеется ряд разработанных алгоритмов опти­ мального управления САУП. Общая структура алгоритма управле­ ния для САУП централизованного типа включает в себя последова­

тельные операции: определение необходимых расходов воздуха в ветвях, оптимальный расчет сети и выдача управляющих воздей­ ствий на регулирующие органы.

На рис. 197 приведена структурная схема алгоритма управления централизованной САУП. Алгоритм оптимального управления про­ ветриванием в общем виде состоит из алгоритмов для динамического и статического режимов. На первом этапе рассматривается алгоритм для статического режима, который можно разбить на два основных независимых подалгоритма: задающий и управляющий.

С помощью задающего подалгоритма определяется количество воздуха в ветвях, где необходимо регулирование расхода. Основ­ ными ветвями являются те, в которые входят забои очистных и под­ готовительных выработок. Определяющий количество воздуха пара­ метр, например величина газовыделения в очистном забое, на выемочном участке, в шахте в целом, контролируется и в соответ­

В структуру управляющего подалгоритма входят: информация о геометрии сети; сбор информации об изменении параметров в вет­ вях, в которых осуществляется регулирование воздуха, и определе­ ние параметров в остальных ветвях на основании известных их значений в регулируемых ветвях ; расчет параметров вентиляционной системы, обеспечивающих заданные расходы в контролируемых ветвях, и, наконец, расчет и выдача управляющих воздействий регу­ ляторам.

Приведенный алгоритм управления централизованной САУП является общим. В более конкретной форме алгоритм разрабаты­ вается с учетом имеющихся исходных данных для описания аэрогазодинамических процессов.

Г л а в а X X II ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИИ ШАХТ

Проектирование — весьма ответственный этап организации вентиляции шахты. Правильное решение вопросов вентиляции шахты на стадии ее проектирования в значительной мере обеспечивает нормальное проветривание шахты в период ее эксплуатации. В то же время известны случаи, когда в результате неправильно спроекти­ рованной вентиляции приходилось выполнять дорогостоящие работы по реконструкции шахты сразу же или спустя непродолжи­ тельное время после пуска ее в эксплуатацию.

Обычно проектирование вентиляции шахты выполняется в следу­ ющей последовательности: 1) выбор способа и схемы проветривания; 2) расчет количества воздуха для проветривания шахты и его рас­ пределения по выработкам; 3) проверка сечений выработок по до­ пустимым скоростям движения воздуха; 4) подсчет депрессии шахты; 5) выбор главного вентилятора; 6) подсчет экономических показа­ телей вентиляции.

Следует иметь в виду, что проектирование вентиляции должно осуществляться в тесной связи с проектированием основного техно­ логического процесса. В ряде случаев (особенно в условиях сильно­ газовых и глубоких шахт) фактор вентиляции может оказаться решающим при выборе тех или иных инженерных решений в процессе проектирования.

§ 118. Способы проветривания

Чтобы обеспечить движение воздуха по горным выработкам в необходимом направлении и с требующейся интенсивностью, надо создать определенный перепад давлений. В зависимости от того, каким образом обеспечивается необходимый перепад давлений воздуха по пути его движения, различают нагнетательный, всасыва­ ющий и комбинированный, или нагнетательно-всасывающий, спо­ собы проветривания.

Нагнетательный способ проветривания состоит в том, что перепад давлений в шахте создается путем повышения давления воздуха вентилятором в воздухоподающем стволе (рис. 198). За счет меха­ нической энергии вентилятора нормальное атмосферное давление

равным атмосферному. Таким образом, в выработках шахты соз­ дается перепад давлений, который представляет собой депрессию шахты

h = Pi — p 0.

Достоинства нагнетательного способа проветривания — примене­

вентиляционной сети, возможность ведения горных работ без общего вентиляционного горизонта, большая устойчивость работы главного вентилятора. При нагнетательном проветривании легко регулировать распределение воздуха в сети и управлять вентиляционными режи­ мами при авариях. Поскольку имеется только один вентилятор, можно регулярно следить за его работой и обеспечивать бесперебой­

в выработанных пространствах, не поступают в действующие выработки, а выносятся утечками на поверхность. Наличие значи­ тельного числа воздухоотводящих выработок повышает безопас­ ность горных работ и облегчает проведение вспомогательных операций.

В качестве недостатков нагнетательного способа проветривания шахт нужно отметить необходимость устройства герметичного над­ шахтного здания у воздухоподающего ствола, который обычно яв­ ляется клетевым; необходимость установки мощных главных вен­ тиляторов с большим диапазоном регулирования количества воздуха и депрессии. В газовых шахтах применение нагнетательного способа проветривания приводит к дополнительным трудностям, заключающимся в том, что при аварийной остановке вентилятора давление воздуха в выработках шахты падает, что может вызвать увеличение поступления метана в выработки и привести к загазированию выработок и образованию взрывоопасной среды.