CC BY
27
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97» МОСКВА, МГГУ, 3.02.97 - 7.02.97 СЕМИНАР 10 •АЭРОЛОГИЯ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙш
В.К. Ушаков
Московский государственный горный университет
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ ПРИ РАЗВИТИИ ГОРНЫХ РАБОТ
Необходимым условием нормального функционирования любого горнодобывающего предприятия является надежность и эффективность шахтной вентиляционной системы (ШВС), поскольку нарушения вентиляции, т.е. отказы ШВС, могут приводить к самым тяжелым последствиям как экономического, так и социального характера.
Однако, несмотря на актуальность проблемы обеспечения надежности и эффективности вентиляции, функционирование действующих ШВС нельзя признать удовлетворительным. Об этом говорит хотя бы тот факт, что по данным ЦШ ВГСЧ на одну шахту в среднем за месяц приходится около четырех отказов вентиляции.
Это объясняется тем, что на стадиях проектирования или планирования развития горных работ не осуществляется прогнозирование процесса функционирования ШВС и не выполняется анализ ее ожидаемой надежности и эффективности. Это связано с невозможностью адекватного учета динамики процесса функционирования ШВС существующими методами расчета вентиляции, основанными на статической модели ШВС.
Таким образом, одной из основных задач проблемы обеспечения надежной и эффективной шахтной вентиляции является разработка метода моделирования динамики ШВС.
Динамика ШВС может быть двух типов - детерминированная (планируемая) и стохастическая (случайная).
Детерминированная динамика структуры и параметров ШВС соответствует программе развития горных работ.
Программа проходческих работ предусматривает появление новых выработок. При этом происходят изменения структуры ШВС, т.е. топологии шахтной вентиляционной сети. Эти изменения проявляются в виде появления новых ветвей и узлов при разбиении на части выработок, смежных новой выработке, ее начальным и конечными узлами, а также при включении проходимой тупиковой выработки в сеть.
Программа очистных работ также приводит к изменениям структуры ШВС. Эти изменения проявляются в виде удаления ветвей и узлов в результате погашения выработок отработанных выемочных участков. При этом ветви, инцидентные узлу погашаемой выработки, объединяются в одну ветвь. Кроме того, при проходческих и очистных работах изменяются аэродинамические параметры ШВС (вследствие изменения длин тупиковых выработок и длин участковых выработок при подвигании лав) и список потребителей воздуха (вследствие изменения количества и местоположения в сети подготовительных и очистительных забоев). Программа развития горных работ на шахте может также приводить к изменениям структуры и параметров ШВС в результате установки дополнительных или изменении типов существующих главных вентиляторов (ГВ), а также вследствие возведения и ликвидации вентсооружений.
Стохастическая динамика структуры и параметров ШВС обусловлена действием различных случайных горно-геологических и горнотехнических факторов.
Случайные изменения структуры ШВС проявляются в отклонениях от планируемых значений сроков ввода и ликвидации отдельных элементов ШВС, а также продолжительностей их функционирования. Это обусловлено случайными отклонениями от проектных значений скоростей под-вигания очистных и подготовительных забоев вследствие наличия геологических нарушений или нарушений технологического процесса.
Случайные изменения аэродинамических параметров элементов ШВС вызываются рядом явлений. Сопротивления горных выработок изменяются вследствие вывалов и их аэродинамического старения, а также при их ремонте. Сопротивления вен-тсооружений изменяются из-за нарушения их герметичности и разрушений под действием горного давления и движения через них транспорта и людей, а также при их ремонте. Депрессии и расходы воздуха ГВ изменяются вследствие механических отказов или отказов автоматики, а также из-за отклонений параметров энергоснабжения.
Предлагаемый в настоящей работе метод моделирования динамики ШВС базируется на принципах теории имитационного моделирования сложных систем и предполагает компьютерную реализацию.
Идея метода имитационного моделирования процесса функционирования ШВС заключается в следующем. Вследствие сто-хастичности структуры и параметров ШВС ее функционирование представляет собой случайный процесс. Сначала моделируются отдельные возможные реализации этого процесса на рассматриваемом периоде функционирования ШВС [ Г№ Тт\. При этом на каждом очередном шаге моделирования «7^» осуществляется одношаговая динамика ШВС, отражающая все изменения ее струк-
туры и параметров в течение интервала (Т/ -1.
Сначала корректируется топология сети горных выработок, т.е. структура ШВС. Для этого учитываются возможные на (7} - 1, 7)) изменения состояний некоторых выработок вследствие проходческих и очистных работ: подвигание подготовительных и очистных забоев или их остановка, ввод в сеть пройденных выработок (в т.ч. появление новых лав) или погашение использованных выработок (в т.ч. отработанных лав). При этом вызывается ряд программных модулей.
В модуле "Проходка выработок" выполняется разбиение ветвей, инцидентных новым тупикам, нумерация этих тупиков и их узлов, вычисление новых длин тупиков и их сопротивлений (с учетом текущих значений скоростей проходки), выбор ветвей для установки ВМП и включение ВМП в список потребителей, а также исключение из этого списка вводимых в сеть тупиков.
В модуле "Погашение выработок" исключаются из всех списков как ветви, соответствующие погашаемым участкам выработок, так и смежные с ними висячие ветви.
В модуле "Очистные работы" выполняется включение в список потребителей номеров новых лав, определение (в соответствии с планируемыми схемами проветривания новых выемочных участков) требуемых направлений движения воздуха в этих лавах и характера изменения длин их участковых выработок, изменение (в соответствии с принятой системой разработки) местоположения узлов уже работающих лав и длин инцидентных этим узлам ветвей (с учетом текущих значений скоростей подви-гания лав), а также погашение выработок отработанных выемочных участков.
Затем на этот же момент «7)» корректируются значения параметров элементов ШВС. Для этого учитываются возможные на (7’.- 1, Т) изменения списка ГВ, разруше-
ния и ремонты различных элементов ШВС, их старение, а также изменение потребностей в воздухе у потребителей.
В модуле "Замена или добавление ГВ" в соответствии с кодом замены или добавляется в список ветвей-вентиляторов новый вентилятор, или заменяется в списке существующих ГВ вентилятор с порядковым номером, равным значению кода замены, на новый вентилятор.
Модуль "Старение выработок и вен-тсооружений" обеспечивает изменение их сопротивлений вследствие аэродинамического старения в течение (7, - 1, 7}), а также корректирует список "возрастов" ветвей сети.
В модуле "Разрушения и ремонты элементов ШВС реализуется хронологически упорядоченная последовательность событий, произошедших на (7) - 1, 7)): вывал или его устранение, разрушение или ремонт вентсооружения, остановка или запуск ГВ. При этом определяется также момент наступления следующего события.
В модуле "Изменение потребностей в воздухе" корректируются допустимые расходы воздуха с учетом скоростей подвига-ния лав на момент «Гу».
Здесь следует подчеркнуть, что на каждом шаге моделирования случайные величины и случайные процессы - скорости подвигания подготовительных и очистных забоев, сопротивления выработок и вентсо-оружений, время между разрушениями и продолжительность ремонта - принимают одно из своих возможных значений. Это достигается использованием методов генерирования значений случайных величин.
Таким образом, получаем одну из возможных реализаций программы развития горных работ и, следовательно, динамики ШВС на всем интервале [Т№ Гт]. Оценка различных характеристик функционирования ШВС (в т.ч. ее надежности и эффективности) выполняется на основе статистической обработки результатов моделирования достаточно большого количества таких реализаций (обычно 50-60).Предложенный метод имитационного моделирования динамики ШВС позволяет прогнозировать надежность и эффективность ее функционирования. Это дает возможность повысить достоверность решений по выбору рационального варианта системы вентиляции шахты, принимаемых на стадиях проектирования или планирования развития горных работ.
©В.К. Ушаков
