CC BY
28
--------------------------------------- © А.Е. Червяков, 2008
УДК 622:681.31
А.Е. Червяков
МОНИТОРИНГ И ОПЕРАТИВНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ АЭРОГАЗОВОГО РЕЖИМА НА ОЧИСТНЫХ УЧАСТКАХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
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) и 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 «Ми-кон 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 с датчиков аэрогазового контроля
очистного участка и накапливать её 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 не достаточно для планирования ведения горных работ по добыче угля. В условиях меняющейся газовой обстановки в горных выработках выемочного участка первостепенное значение приобретает оперативное прогнозирование аэрога-зовой обстановки.
В соответствии с нормативными документами, предельно допустимая концентрация метана на 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.
мы мониторинга, оперативного прогнозирования и управления аэрогазовым ре• жимом в очистных забоях угольных шахт
ОАО "ОУК Южкузбассуголь". Шахта Осинниковская. Лава 1-1-5-6.
Отчет по данным мониторинга и оперативного прогнозирования аэрогазового режима по состоянию на 16:18 17.03.07
Данные мониторинга АГК за базовый период с 03.03.07 по 16.03.07
Уставка Показания
на поступающей струе Датчик М 1-3 Датчик М 2-3 0,5 % 50 % 0,16 % 0,04 %
на исходящей струе лавы Датчик М 3-3 Датчик М 4-3 1,0 % 1,0 % 0,32 % 0,55 %
на исходящей струе участка Датчик М 6-3 1,0 % 0,54 %
слоевой в выработках изолированного отвода метана Датчик М 1-9 2,0 % 1,55 %
Скорость Количество
на поступающей струе Датчик С 1-3 на исходящей струе Датчик С 3-3 2,90 м/с 2,66 м/с нн ии /м /м мм 06 63 18 21
Среднесуточная проложительность работы лавы непосредственно по отбойке угля Базовая фактическая нагрузка на очистной забой (отчетная)
11,2 час
4933 т/сут
Суточная нагрузка на очистной забой при нормативной продолжительности отбойки угля в пересчете на максимальную скорость подачи комбайна (наибольшая нормативная) 5764 т/сут
Суточная нагрузка на очистной забой при фактической продолжительности отбойки угля
в пересчете на макс. скорость подачи комбайна (технически возможная)_____7259 т/сут
Максимально допустимая нагрузка на очистной забой с учетом газового
фактора (базовая максимально допустимая нагрузка) 6140 т/сут
ВНИМАНИЕ!! Технически возможная нагрузка на забой превышает максимально допустимую по газовому фактору. Есть опасность превышения максимально допустимой нагрузки.
Средние данные суточного прогноза по состоянию на 16:18 17.03.07
Прогнозируемые на текущие сутки средние показания датчиков метана
(по наибольшим значениям в группах датчиков)
Уставка Вектор Показания
на поступающей струе 0,5 % увеличение 0,23 %
на исходящей струе лавы 1,0 % увеличение 0,62 %
на исходящей струе участка 1,0 % снижение 0,32 %
слоевой в выработках изолированного отвода метана 2,0 % 0 1,59 %
Скорость Количество
на поступающей струе Датчик С 1-3 на исходящей струе Датчик С 3-3 3,06 м/с 2,71 м/с 2276 м3/мин 1869 м3/мин
Проложительность работы забоя непосредственно по отбойке угля
с начала первой смены до
16:18
Оперативная максимально допустимая нагрузка на очистной забой _______________с учетом газового фактора по данным на 16:18 17.03.07
6070 т/сут
ВНИМАНИЕ!! Оперативная максимально допустимая нагрузка на забой по газовому фактору ниже базовой максимально допустимой нагрузки. Аэрогазовая обстановка по отношению к базовой ухудшается. Необходимо уменьшить интенсивность отбойки угля в лаве.
Оперативные показания датчиков по состоянию на 16:18 17.03.07
Уставка Показания
на поступающей струе 0,5 % 0,25 %
на исходящей струе лавы 1,0 % 0,94 %
на исходящей струе участка 1,0 % 0,42 %
слоевой в выработках изолированного отвода метана 2,0 % 1,80 %
Скорость и количество воздуха
Скорость Количество
на поступающей струе Датчик С 1-3 на исходящей струе Датчик С 3-3 2,99 м/с 2,66 м/с 2221 м3/мин 1837 м3/мин
Контроль потери информации с датчиков
Датчик Датчик Датчик Датчик Датчик Датчик Датчик Датчик М 1-3 М 2-3 М 3-3 М 4-3 М 6-3 М 1-9 С 1-3 С 3-3
Оперативный прогноз показаний датчиков на 16:22 17.03.07
Оперативный прогноз показаний датчиков метана
Уставка Вектор Показания
на поступающей струе 0,5 % увеличение 0,25 %
на исходящей струе лавы 1,0 % увеличение 1,02 %
на исходящей струе участка 1,0 % снижение --- %
слоевой в выработках изолированного отвода метана 2,0 % 0 1,82 %
Средний коэффициент надежности оперативного прогноза показаний датчиков за последние 5 мин.
на поступающей струе 1,02
на исходящей струе лавы 0,97
на исходящей струе участка ---
слоевой в выработках изолированного отвода метана ---
Оперативная информация о газовом режиме
На поступающей струе Концентрация метана увеличивается, но находится в пределах допустимой
На исходящей струе лавы ВНИМАНИЕ!! Высокий уровень вероятности превышения допустимой концентрации метана. Необходимо приостановить работу комбайна по отбойке угля.
На исходящей струе участка Концентрация метана уменьшается
В выработках для изолированного отвода метана Концентрация метана не изменяется
Рис. 2. Пример отчета мониторинга и оперативного прогнозирования аэрогазового состояния очистного участка
4,4 час
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 аэрогазо-вой 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 рис. 1, интегрируемый в современные шахтные ин-формационно-управляющие системы.
АИС должна строится по принципу «клиент-сервер», в качестве сервера базы данных (сервер БД) использу-
ется 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 с датчиков контроля аэро-газовой 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) осуществляемого 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 газо-
вому 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 формирует отчет по данным мониторинга аэрогазового режима очистного участка за базовый период, показателям суточного и оперативного прогнозирования аэрогазовой обстановки на очистном участке и для генерации рекомендаций по оперативному и долгосрочному регулированию технических
1. Пугачев Е. В., Червяков А.Е. Шахтные информационно - управляющие системы: учеб. пособие / СибГИУ. - Новокузнецк, 2006. - 61 с.
2. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт / М.: Недра, 1975. - 238 с.
3. Временное руководство по примене-
и технологических режимов работы очистного забоя.
Отчет по данным мониторинга и оперативного прогнозирования аэрогазового режима предполагается визуализировать на дисплеях видеотерминалов горного диспетчера шахты 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. Пример такой информации в виде одного из отчетов, полученного с использованием модели АИС на реальных базах данных автоматизированных систем АГК шахт приведен на рис. 2.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
нию 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. 1233
— Коротко об авторах
Червяков А.Е. - аспирант кафедры «Электромеханика», Сибирский государственный индустриальный университет.
Статья представлена Сибирским государственным индустриальным университетом.
