CC BY
7
УДК 622.86: 622.414.2 : 004.942 DOI 10.46689/2218-5194-2021-4-1-204-208
ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АППАРАТА НЕЧЁТКОЙ ЛОГИКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ АДЕКВАТНОСТИ МОДЕЛЕЙ ШАХТНЫХ
ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СЕТЕЙ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ИНЖЕНЕРНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ
РАБОТ
А.Н. Домрачев, Ю.М. Говорухин, В.Г. Криволапов, Д.Ю. Палеев
Рассматривается возможность использования аппарата нечёткой логики при прогнозировании параметров модели шахтной вентиляционной сети в ходе решения задач инженерного обеспечения аварийно-спасательных работ. Предложены структура и элементный состав системы прогнозирования параметров шахтной вентиляционной сети. Выполнена оценка влияния отдельных факторов на изменение параметров вентиляционной сети. Реализована регрессионная модель для непосредственного использования без среды реализации систем нечеткой логики.
Ключевые слова: инженерное обеспечение, аварийно-спасательные работы, нечеткая логика, модели шахтных вентиляционных сетей.
Выполнение расчётов при прогнозировании параметров проветривания шахт в нормальных и аварийных режимах является важной составляющей общей задачи инженерного обеспечения аварийно-спасательных работ. Решение такого рода задач зачастую осложняется отсутствием достоверной информации об отдельных элементах шахтной вентиляционной сети (ШВС), которые подвергаются воздействию повышенной температуры, ударной воздушной волны и других факторов, сопряжённых с возникновением и развитием аварии [1, 2, 8, 9].
По мнению авторов, задача оценки снижения сопротивления шлюза при возникновении различных видов аварии может быть решена с использованием математического аппарата нечёткой логики [3]. Модель реализуется на основе пакета Fuzzy Logic Toolbox [4-7] в виде шести нечётких входов и одного выхода, сведения о которых приведены в таблице и на рис. 1.
Параметры функций принадлежности модели на основе нечеткой логики
№ пп. Вход/выход модели Функция принадлежности
1 2 3
1 Сечение горной выработки trapmf,
2 Толщина перемычки шлюза trapmf,
3 Сечение дверной коробки trapmf,
4 Угол наклона выработки trapmf,
Окончание таблицы
1 2 3
5 Сопротивление в нормальном режиме trapmf,
6 Вид аварии trapmf,
7 Сопротивление после аварии trapmf,
Сечение выработки_
Малое —до 10 м-Среднее — 10-15 м" Большое — более 15 м-
Толщина перемычек ^ Малая — до 0.5 м Средняя — 0,5-1,0 м Большая — более 1,0 м Сечение проема Малое — до 0.5 м -Среднее — 0,5-1,0 м" Большое — более 1,0 м
Наклон выработки_
Малый —до 10 град. Средний— 10-15 град Большой — более 15 град
Сопротивление в_
нормальном режиме Низкое — до 0,1 кч Среднее — 0,1-0,25 к.ч Высокое — более 0,25 кл<
Виды аварии_ I
Пожар
Взрыв ПМВС Обрушение выработок
Fuzzy Logic
Изменение сопротивления
объекта Минимальное — до 15% Незначительное — 15-25% Среднее — 25-35% Существенное — 35-50% Значительное — 50-65% Максимальное — более 65%
Рис. 1. Структурная схема модели нечеткой логики
В качестве основы для разработки модели выбрана трапециевидная функция как одна из наиболее универсальных и легко адаптируемых. На основании реализованной модели был выполнен ряд расчётов для оценки влияния учтённых факторов на результат моделирования (рис. 2, 3).
Рис. 2. Влияние толщины перемычек на результат моделирования
Снижение сопротивления шлюза, % у = 0,0002хб - 0,0114х5 + 0,2526х4 - 2,624х3 + 13Д14х2 - 27,585х + 70,283
90
_Г т........... ~_
§ 80 в
о 70
§ 60 н
о 50 а
о 40
0 30 5 20
1 10
д п
и 0
\ь> \Ь> \Ь> \9>
Сечение выработки, м2 Рис. 3. Влияние сечения выработки на результат моделирования
Получена регрессионная зависимость изменения сопротивления от входных параметров модели, которая имеет вид
йЯ = 4,49 + 2,395^ +11,06^ - 2,225, + 0,74Рге + 27,6Я0, (1)
где 5вв - сечение выработки в месте установки шлюза, м ; Нпер - толщина перемычки, м; - сечение дверного проема, м ; Рвв - угол наклона выработки, град; Я0 - начальное сопротивление шлюза, к^; йЯ - снижение сопротивления шлюза, %.
Коэффициент множественной корреляции составил 0,787.
На основании выполненных исследований можно сделать вывод о достаточно высоком потенциале использования математического аппарата нечёткой логики для корректировки моделей ШВС при решении задач инженерного обеспечения аварийно-спасательных работ. Основными направлениями дальнейших исследований в этой области могут стать внедрение пользовательских функций принадлежности и более широкое привлечение специалистов ВГСЧ МЧС России в качестве экспертов при формировании наборов правил нечёткой логики.
Список литературы
1. Повышение качества и оперативности выполнения инженерных расчётов при ведении горноспасательных работ / Ю.М. Говорухин, В.Г. Криволапов, Д.Ю. Палеев, А.Н. Домрачев // Наукоёмкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. 2019. № 5. С.450-453.
2. Программа расчёта вентиляции выемочных участков / Ю.М. Говорухин, В.Г. Криволапов, А.Н. Домрачев, О.Ю. Лукашов // Наукоёмкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. 2016. № 3. С.445-448.
3. Использование аппарата нейронных сетей и нечёткой логики при оценке вероятности взрыва пылеметановоздушной смеси / А.Н. Домрачев [и др.] // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2014. № 1. С.40-43.
4. Дьяконов В.П., Круглов В.В. Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник. СПб.: Питер, 2001. 488 с.
5. Sandler U., Tsitolovsky L. Neural Cell Behavior and Fuzzy Logic. Springer, 2008. 478 с.
6. Fuzzy Logic Toolbox // The MathWorks, Inc., 2017. 472 с.
7. Fuzzy Logic Toolbox: User's Guide // The MathWorks, Inc., 2017.
368 с.
8. Cui D., Xueqiu H., Baisheng N. Numerical simulation of airflow distribution in mine tunnels // International Journal of Mining Science and Technology. 2017. Vol. 27. Issue 4. Р. 663-667.
9. Euler D.S. Application of ventilation management programs for improved mine safety // International Journal of Mining Science and Technology. 2017. Volume 27. Issue 4. July. Р. 647-650.
Домрачев Алексей Николаевич, д-р техн. наук.,
проф., aleksejdomracev21 @gmail. com, Россия, Новокузнецк, Сибирский государственный индустриальный университет (научный сотрудник, Новокузнецк, Национальный горноспасательный центр),
Говорухин Юрий Михайлович, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, govorukhin_ym @mail. ru, Россия, Новокузнецк, Национальный горноспасательный центр,
Криволапов Виктор Григорьевич, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, [email protected], Россия, Новокузнецк, Национальный горноспасательный центр,
Палеев Дмитрий Юрьевич, д-р техн. наук., начальник научно-исследовательского отдела, [email protected], Россия, Новокузнецк, Национальный горноспасательный центр (ведущий научный сотрудник, Россия, Пермь, Горный институт УрО РАН),
ABOUT USING FUZZY LOGIC APPROACH TO IMPROVE ACCURACY OF MINE VENTILATION NETWORK MODELS IN ENGINEERING SUPPORT TASK SOLVING DURING MINE RESCUE OPERATIONS
A.N. Domrachev, Yu.M. Govorukhin, V.G. Krivolapov, D.Yu. Paleev
In this paper the possibility of using fuzzy logic approach in the predicting ofparam-eters of mine ventilation network model in engineering support task solving during mine rescue operators is described. The structure and elemental composition of predicting system of parameters of mine ventilation network is offered. Estimation of discrete factors influence on parameters of the mine ventilation network changing is carried out. Regression model for direct using without fuzzy logic systems implementation environment is released.
Key words: engineering support, mine rescue operations, fuzzy logic, mine ventilation network model
Domrachev Alexey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, aleksejdomracev21@gmail. com, Russia, Novokuznetsk, Siberian State Industrial University, (researcher, Russia, Novokuznetsk, National Mine Rescue Center),
Govorukhin Yuri Mikhailovich, candidate of technical sciences, leading researcher, govorukhin_ym@mail. ru, Russia, Novokuznetsk, National Mine Rescue Center,
Krivolapov Viktor Grigorievich, candidate of technical sciences, leading researcher, vic_49@mail. ru, Russia, Novokuznetsk, National Mine Rescue Center,
Paleev Dmitry Yurievich, doctor of technical sciences, head of research department, pal07@rambler. ru, Russia, Novokuznetsk, National Mine Rescue Center (leading researcher, Russia, Perm, Mining Institute, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences)
Reference
1. Improving the quality and efficiency of engineering calculations when conducting mine rescue operations / Yu.M. Govorukhin, V.G. Krivolapov, D.Yu. Paleev, A.N. Domrachev // High-tech technologies for the development and use of mineral resources. 2019. No. 5. pp.450-453.
2. The program for calculating ventilation of excavation sites / Yu.M. Govorukhin, V.G. Krivolapov, A.N. Domrachev, O.Yu. Lukashov // High-tech technologies for the development and use of mineral resources. 2016. No. 3. pp.445-448.
3. Using the apparatus of neural networks and fuzzy logic in assessing the probability of an explosion of a dust-methane-air mixture / A.N. Domrachev [et al.] // Bulletin of the Scientific Center for the safety of work in the coal industry. 2014. No. 1. pp.40-43.
4. Dyakonov V.P., Kruglov V.V. Mathematical MATLAB extension packages. Special reference book. St. Petersburg: St. Petersburg, 2001. 488 p.
5. Sandler U., Tsitolovsky L. Neural Cell Behavior and Fuzzy Logic. Springer, 2008.
478 p.
6. Fuzzy Logic Toolbox // The MathWorks, Inc., 2017. 472c.
7. Fuzzy Logic Toolbox: User's Guide // The MathWorks, Inc., 2017. 368 p.
8. Cui D., Xueqiu H., Baisheng N. Numerical simulation of airflow distribution in mine tunnels // International Journal of Mining Science and Technology. 2017. Volume 27. Issue 4. pp. 663-667.
9. Euler D.S. Application of ventilation management programs for im-proven mine safety // International Journal of Mining Science and Technology, 2017. Volume 27. Issue 4. July. pp. 647-650.
