автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Методы автоматизированного анализа аэрогазовой обстановки на выемочных участках угольных шахт с применением вычислительной техники

г-^" О'

•Министерство угольной промышленности Украины ГОСУДАРСТВЕННЫЙ макеевский научно-исследовательский ИНСТИТУТ по безопасности работ в горной промышленности

МакНИИ

На правах рукописи ТЕЛИЧКО Константин Эдуардович

МЕТОДЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА АЭРОГАЗОВОЙ ОБСТАНОВКИ НА ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКАХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05-25.01—.Охрана труда*

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Макеевка—Донбасс 1997

Работа выполнена в Национальном научно-исследовательском институте охраны труда.

Научный руководитель— дохт. техн. наук, проф.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. канд. техн. наук

БОБРОВ А. И.

СВЯТНЫЙ В. А. АГАФОНОВ А. В.

Ведущее предприятие—Донецкий научно-исследо««тельскяв угольный институт.

Защита состоится , • аММЫЛ, 1997 г. в Й .часов

на заседании специализированного совета К 27.02.01 в Государственном Макеевском научно-исследовательском институте по безопасности работ в горной промышленности (339008, Макеевка Донецкой обл., ул. Лихачева, 60)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат рамслаи ..

О • 1ЭЭ7 г.

Ученый секретарь специализированного совета, канд. техн. наук

В. М. ПРИХОДЬКО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие угольной промышленности Украины происходит в условиях непрерывного роста глубины разработки и газообильности шахт. Около 74% шахтного фонда составляют шахты Ш -категории по газу и выше. Одной из важнейших задач в области обеспечений безопасности труда в угольной промышленности является предупреждение взрывов метана. Несмотря на оснащение шахт III категории, сверхкатегорных и опасных по внезапным выбросам стационарной автоматической аппаратурой контроля концентрации метана (АКМ), осуществленное в 70-х годах, частота взрывов метана не снижается. Около 75% взрывов происходит на выемочных участках и в тупиковых выработках. Наиболее взрывоопасными объектами являются выемочные участки, т.к. относительная частота взрывов на выемочных участках в два раза больше, чем в тупиковых выработках. С 1974 по 1995 гг. на выемочных участках произошло 28 взрывов метановоздушной смеси. Это выдвигает задачу повышения эффективности контроля состояния проветривания в первую очередь на выемочных участках. Решению указанной задачи посвящена данная работа. Основой диссертации послужили НИОКР, выполняемые в рамках Национальной программы улучшения состояния безопасности, гигиены труда-и производственной среды.

Цель работы заключается в разработке методов распознавания опасных изменений аэрогазовой обстановки на выемочных участках на основе автоматизированного контроля и средств вычислительной техники для снижения вероятности взрывов метановоздушной смеси.

Идея работы состоит в идентификации опасных изменений аэрогазовой обстановки на выемочных участках путем непрерывного анализа информации на ЭВМ и использовании адаптивных мате- • матических моделей формирования концентрации метана.

Научные положения, разработанные лично соискателем; № их. новизна:

математическая модель формирования концентрации метана в выработанном пространстве и вентиляционном штреке при изменениях режимов проветривания на выемочном участке, основанная на приближенном аналитическом- решений дифференциальных уравнений массопереноса и сопоставлении расчетных результатов с экспериментальными данными. Это позволило получить зависимостогдля-расчета процесса массопереноса и разработать метод распознавания опасных нарушений проветривания на выемочных участках;

метод прогнозирования метановыделения на выемочном участке, учитывающий внутреннюю корреляцию процесса метановыделения и его нестационарные изменения, отличающийся' раз- . дельной экстраполяцией низкочастотной составляющей и регулярных колебаний процесса и адаптацией'параметров прогноза к конкретным условиям'выемочного участка. Метод позволяет заблаго^

■ J , > ■

временно выявлять несоответствия метановыделения-и расхода воздуха для осуществления регулирования проветривания с целью предупреждения загазирований выработок выемочного участка;

принципы построения автоматизированной системы распознавания опасных изменений аэрогазовой обстановки на выемочном участке, заключающиеся в одновременном контроле концентрации метана и расхода воздуха в выработках и последующей совместной обработке этой информации на ЭВМ с использованием детерминированной и стохастической моделей процесса метановыделения. Использование этих принципов позволяет снизить вероятность взрывов метана путем своевременного осуществления регулирования расхода воздуха или принятия мер безопасности.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов п_^коме1ШШЙ подтверждена: использованием основных положений н методов теории рудничной аэрогазодинамнки, корректным

применением методов математической статистики, теории вероятностей и имитационного моделирования, достаточным объемом экспериментальных данных, полученных по 55 выемочным участкам 32 шахт Донбасса, удовлетворительным совпадением результатов моделирования газовыделения и концентрации метана на вентиляционном штреке с экспериментальными данными (относительная средняя ошибка не превышав 20%).

Значение работы. Научное значение работы заключается в разработке математических моделей формирования концентрации метана на выемочных участках, позволяющих реализовать алгоритмы прогноза метановыделения и распознавания опасных нарушений проветривания при автоматизированном контроле.

Практическая ценность работы состоит а разработке автоматизированной системы распознавания причин загазнрования горных выработок выемочных участков.

Реализация результатов работы. Основные положения и результаты, работы использованы при разработке и включены в "Техническое задание на общешахтную автоматизированную систему распознавания причин загазнрования горных выработок до опасных концентраций", которое утверждено Госнадзорохрантруда Украины. Национальной программой улучшения состояния безопасности, гигиены труда и производственной среды предусмотрено внедрение этой системы на трех угольных шахтах 8 1998-2000 годах.

Апробация работыОсновные положения диссертации докладывались на 9-й Всесоюзной конференции "Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях" (Москва, 1989г.), на конференции "Информатизация и новая информационная технология в управлении научно-техническим прогрессом" (Киев, 1990г.), на научно-практической конференции "Технологии территориального развития" (Киев, 1993г.), на Международной научно-праггической конференции "Проблемы геогидромеханики в горном деле н строи-

тельсгве" (Киев, 1996г.). на ученых советах МзкНИИ, ННИИОТ и Московского Государственного горного университета.

Публикации. По результатам исследований опубликовано девять печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, и заключения, изложенных на 127 страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 106 наименований и 4 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Решение задач распознавания причин загазирования выемочных участков должно базироваться на закономерностях выделения и пе-. реноса метана В горных выработках угольных шахт. Основой для их решения могут послужить фундаментальные исследования аэрогазодинамики выемочных участков и способов управления газовыделением, выполненные Ф.А.Абрамовьш, А.Т.Айрунн, А.И.Бобровым, В.А.Бойко, Ф.С.Клебановым, А.М.Моревым, С.Н.Осиповым, И.В. Сергеевым, В.А.Святным, К.З.Ушаковым, А.Н.Щербанем и др. •

Выполненные исследования показывают, что концентрация метана в вентиляционных выработках выемочных участков формируется в результате сложного взаимодействия многочисленного ряда природных И технологических факторов, влияние которых непрерывно изменяется во времени отчасти случайным образом и отчасти имеет периодический характер. Причинами загазирований могут быть газодинамические явления, суфлярные выделения метана, обрушения пород основной кровли, резкие падения барометрического давления, переходные аэрогазодинамнчеекие процессы, отказы систем проветривания и дегазации, изменения условий разработки. ■

Быстрый технический прогресс в области информатики позволяет в настоящее время использовать новые подходы при решении задач азрогазойого контроля, основанные на' Применении средств

автоматизации, современной вычислительной техники н специализированного программного обеспечения. Для снижения вероятности взрывов ИМШЙ необходима разработка автоматизированной системы, обеспечивающей непрерывный анализ, аэрогазовой обстановки на емсмйЧных участках, распознавание опасных ее изменений и определение их причин. С целью создания такой системы при вы* полнении работы поставлены следующие задачи:

выполнить анализ обстоятельств взрывов Метана на выемочных участках угольных шахт Украины, рассмотреть на его основе правильность требований к расстановке датчиков Метана и определить возможность Использования информации аппаратуры АКМ для распознавания опасных изменений аэрогазовой обстановки;

исследовать закономерности поступления газа из выработанных пространств и переноса метана в вентиляционных выработках и разработать метод распознавания опасных нарушений проветривания по показаниям аппаратуры АКМ;

исследовать структуру процесса изменения концентрации метана при нарушении стационарности и разработать метод оперативного прогноза концентрации метана с учетом возможной нестационар-• носги процесса:

разработать принципы построения автоматизированной си. стемы распознавания опасных изменений аэрогазовой обстановки на выемочных участках и определения их причин.

Для решения первой задачи работы изучены обстоятельства взрывов и вспышек метана на выемочных участках угольных шахт Украины с 1971 по 1995 гг. При анализе использованы материалы расследования аварий, имеющиеся в фондах МакНИИ, и карточки ■учета аварий в Центральном штабе ГВГСС Минуглепрома Украины. За рассматриваемый период произошел 8{ взрыв метановоздушной смеси, в том числё 14 с участием угольной пыли, и зарегистрировано 258 случаев вспышек (горемя) метана.

По месту возникновения взрывы распределяются следующем образом: в тупиковых выработках - 33 взрыва (40,7%), на выемочных участках - 28 (34,6%), в изолированных выработанных пространствах и выработках - 4 (4,9%), в стволах и шурфах при проходке или углубке - 3 (3,7%), в прочих выработках, проветриваемых за счет общешахтной депрессии - 13 (16,1%). Наибольшее иисло вспышек метана - I ¡7 или 45,3% приходится на выемочные участки, 92 (39,7%) - на тупиковые выработки и 49 (19%) - на прочие выработки шахт. Таким образом, 75,3% взрывов и 81% вспышек происходит на выемочных участках и в тупиковых выработках.

Согласно ГОСТ 12.1.010-76 "Взрыв об ез о па сно сть. Общие требования" производственные процессы должны разрабатываться так,-чтобы вероятность возникновения взрыва на любом взрывоопасном участке в течение года не превышала 10"6. В угольной промышленности взрывоо'пасность значительно! выше. Статистические вероятности возникновения взрыва в течение грда за период с 1971 по 1995гг. составляют: для выемочных участков газовых шахт Украины 8,36-Ю"4, для тупиковых выработок почти в два раза меньше -4,52-10"4, т.е. выемочные участки являются более взрывоопасными объектами чем тупиковые выработки.

Анализ обстоятельств взрывов на выемочных участках показывает, что по месту возникновения взрывы распределены следующим образом: на протяжении вентиляционных выработок - 7 взрывов, в выработанных пространствах - 7, в верхних нишах, на сопряжениях лав с вентиляционными выработками - 4, в нишах у воздухопо-дакмцих выработок и на сопряжениях лав с воздухоподающимн выработками - 4, в лавах - 3, в иных местах -3. Образование взрывоопасной среды происходило по следующим причинам: нарушения проветривания - 10 взрывов,/накопление метана в выработанных пространствах,- 7, местные скопления мслана - 6, по иным причинам - 5. Источниками зажигания при взрывах были: неисправность, элек-

трооборудования п кабелей - б взрывов, взрывные работы - 6, самовозгорание (горение) в выработанных пространствах - 5, аккумуляторное эЛёк'Тровозы с нарушенной взрывозащитой - 5, фрикционное искрение - 4, прочие источники зажигания - I.

Из 28 выемочных. участков, на который. произошли взрывы, на 26 применялась аппаратура АКМ, телеконтроль расхода воздуха нигде не осуществлялся. Сопоставление мест возникновения взрывов и требований Правил безопасности к расстановке датчиков показывает, что предусмотренная Правилами расстановка охватывает все пункты, где наиболее вероятно воспламенение й возможна установка датчиков стационарной аппаратуры АКМ.

С нарушениями проветривания связана наибольшая часть взрывов на выемочных участках (35,7%). При этих авариях аппаратурой АКМ в ряде случаев не были зарегистрированы опасные концетрации метана. Доля взрывов в выработанных пространствах выемочных участков составляет 25,0%. При управлении кровлей полным обрушением накопление опасных концентрации метана в выработанных пространствах в газовых шахтах следует считать неизбежным явлением; возможный и при Весьма низкой газообильности. Долй взрмвйв При местных скоплениях метана составляет 21,4%. При современных требованиях Правил безопасности к установке датчиков меткна в пяти случаях скопления моЫи быть обнаружены аппаратурой АКМ и в. четырех возможно было бы предотвратить появление источников зажигания.

Выполненный анализ показывает, что основными причинами образования взрывоопасной среды на' выемочных участках при взрывах метана являются нарушения проветривания, Накопление метана а выработанных пространствах и формирование местных скоплений. Автоматическая аппаратура контроля концентрации метана не всегда позволяет распознавать опасную обстановку на выемочных участках при нарушениях проветривания. Для повышения эффек-

тивности аэрогазовогр контроля и уменьшения вероятности воспламенений метана целесообразны: телеконтроль расхода воздуха на выемочных участках шахт Ш категории по метану и выше; тедекон-троль оксида углерода в исходящих вентиляционных струях выемочных участков при разработке пластов угля, склонного к самовозгоранию; применение ЭВМ длй анализа результатов аэрогазового контроля. Дополнительную информацию о состоянии газовой обстановки на участке можно будет получить на основании анализа телеинформации датчиков метана с применением ПЭВМ и сопоставлении изменений их показаний во времени. Кроме того, использование ПЭВМ позволит прогнозировать процесс изменения концентрации и дифференцировать опасные изменения концентрации и случайные кратковременные "всплески".

При решении второй задачи работы разработана математическая модель формирования концентрации. метана при изменениях режимов проветривания на выемочном участке. В структурно»» отношении при разработке модели выделено два характерных объекта-выработанное пространство и вентиляционный штрек выемочцого участка. При создании алгоритмов для автоматизированных систем контроля проветривания более приемлемы адаптивные математические модели, основанные на аналитических уравнениях.

Для описания процесса переноса метана в выработанном про-. странстве при сплошной системе разработки использовалось уравнение диффузии газа в пористой среде, которое имеет вид

где с - концентрация; /л - коэффициент пористости; - коэффициент диффузии газа; 3(т,х.у)~ функция источника, характеризующая газовыделеиие в выработанное пространство; р - плотность га шво »душной смеси; 9 - скорость утечек воздуха; г - время; х, у -

. координата выработанного пространства вдоль очистного забоя (У) и вдолЬ вептиляциошюго штрека (у).

Построение модели переноса метана в выработанном пространстве основывалось на следующих допущениях: а) метан может распространиться в плоскости пласта под дейШмем вынужденной конйекшш и турбулентной диффузий; С) пористость, газовыделение и утечки воздуха представляются 6 виде экспоненциальных зависимостей по координате у; в) при формулировке краевой задачи принято, что при у-уп с-4сот1. •

Решение поставленной задачи найдено с помогцыд преобразойа-: нга Лапласа и минимизация невязки уравнения (1) в области изображения по Лаплас? для заданного Характера изменения концентрации метана вдоль координаты у. В результате получено, что газовыделение из выработанного пространства на длине у вентиляционного штрека определяется по зависимости:

(2)

где /, - газовыделспие в выработанное пространство от спутников; т - мощность пласта; /?„- Эквивалентный радйус выработки; Ре-число Пекле; Го - число Фурье; £ ~уШ(>..

Численно показано, что- сложная аналитическая функция удовлетворительно приближается уравнением вида:

. ^•(Яе.МЬ^^оО ~Оехр(-А: • Ре-Го)]ехр(-аг0^) (3) Величины а„, к, п к при моделировании газовыделения из выработанного пространства легко определяются путем адаптации параметров модели к опытным данным. Для этой цели использовались экспериментальные данные, характеризующие переходные газодинамические гтроцессы для выемочных участков. Выполненные расчеты показали, что полученные зависимости достаточно хорошо отражают экспериментальные данные.

При изучении процесса переноса метана в вентиляционном штреке использовалось следующее уравнение диффузии:

дс дс' д^с _ / ч .

при начальных и граничных условиях:

т -0 с ~ са; у = 0 с =/(г); >■ ер с сот1, (5)

где с , иср - концентрация метана и скорость воздуха в вентиляционной выработке; коэффициент диффузии газа; у - длуна выработки. При постарке задачи нришшались следующие допущения: скорость потока воздуха р. выработке постоянна по сечению и на всем пути его движения и равна и^; эффективны!"! коэффициент

диффузии Дф при движении метановоздушной смеси зависит от

числа Рейнольдса и не зависит от времени, длины выработки и концентрации газа; концентрация газа в начальном сечении распределена равномерно. / , .

Решение краевой задачи (4) - {5) найдецо при помощи преобразования Лапласа. Подучено, что концентрация газа в вентиляционной выработке определяется ПР зависимости вида:

г , г

С ' о

где ¿¡(у,<р), 22(у,<р)- подинтегральные функции.

Уравнение (6) характеризует изменение концентрации метана вдоль вентиляционной выработки ПРИ переменных во времени газовыделении ЗДт.у) ({ концентрации метана В начале выработки. Полученные зависимости позволили разработать метод распознавания опасных нарушений проветривания на выемочных участках. Метрд реализован в виде алгоритма, использующего приведенную выше математическую модель формирования концентрации метана в выработанном пространстве и вентиляционном штреке. Распознавание опасных нарушений проветривания на выемочных участках при

сплошной системе разработки осуществляется на основе накопления в течении длительного времени при различных режимах проветривания телсппформашш от двух датчиков ме!ана и датчика расхода воздуха, установленных на исходящей выемочного участка, адаптации зависимостей модели по данным теяегат.герешШ яд* конкретного выемочного у часта и сравнении расчетных значений концентрации метана в месте установки датчика на исходящей участка и фактически измеренных значений концентрации.

Другой причиной загазирования выработок выемочного участка является несоответствие метановыделения и подаваемого ЯЩ проветриварня расхода воздуха. Это возможно при постепенном снижении" подаваемого на участок расхода воздуха или изменения статистических характеристик дебита метановыделения при изменениях горногеологпческих условий и (или) периодичности действия горнотехнических факторе«. Применение стохастической модели дает возможность интегрально учесть изменение условий и осуществить прогноз дебита метана для разработки рекомендаций по заблаговременному регулированию расхода воздуха.

При разработке алгоритма Прогноза дебита метана были использованы записи реализаций процессов изменения концентрации метана и расхода воздуха в исходящих рентиляционных струях 21 выемочного участка, разрабатывающих пологие пласты на шахтах Донбассу Числовые данные по 18 реализациям процесса изменения концентрации метана были взяты из фондовых материалов Мак-НИИ. Из этих реализаций в качестве исходных данных для исследований были 'использованы средние за сутки значения изучаемых процессов. Еще три реализации бьщц. получены дополнительно. В них данные о расходе воздуха и концентрации метана в исходящих вентиляционных струях участков снимались с диаграммных лент с интервалом 30 мин. Продолжительность изучавшихся реализаций составляла от 25 до 225 с>ток.

На выбранных участках среднее .меТановыделение составляло от 2,0 до 1б,0 м3/мин, мощность пласта изменялась от 6,7 до 2,8 м, выемка угля производилась комбайнами и стругами, длина лавы Колебалась от 140 до 240 м, среднесуточна^ добыча - от 100 до 2500 т.

Анализ структуры колебаний концентрации и дебета метана показал идентичность спектрального состава этих Процессов, которые можно рассматривать как сумму нестационарной составляющей, регулярных колебаний (колебаний близких к периодически»!), и вы-• сокочастотного шума. Выполненный статистический анализ позволил определить средние значеаия Н средни? Квадратические отклоне-. ния исходных реализаций, а также средние квадратическне отклоне- : ния структурных составляющих процесса. Расчеть! показал!!, что каждая из составляющих процесса может вносить существенный вклад (более 50%) в формирование его дисперсий. При этом нестационарные изменения процесса формируются, как правило, колебаниями с круговыми частотами менее 0,01ч ', частотный диапазон регулярных колебаний лежит в области 0,01 - 0,2 ч ', высокочастотный шум представлен колебаниями на Частотах более 0,2ч1. Разложение процесса на нестационарную составляющую, регулярные колебания и высокочастотный шум осуществлялось при помощи применения оператора, экспоненциального сглаживайия, порядок и параметр которого на каждом шаге фильтрации определялись из условия оптИмизации разделения характерных частот.

Изучение возможности прогнозирования каждой из составляющих процесса проводилось на основе анализа их интервала корреляции, который определялся по нормированным автокорреляционным функциям. Расчеты пйказаяи, что интервал корреляции высокочастотной составляющей, как правило, йе превышает 1-2 часов. Для • ' • - ' ' '

регулярных колебаний этот интервал может превышать месяц. Нестационарные составляющие имеют еще больший интервал корреляции, т.к. они формируются колебаниями иа самых ни4ких частотах.

Рассматриваемая в работе задача предполагает прогноз дебита метана на интервал времени целесообразный при осуществлении регулирования расхода воздуха. Практически, по организационно-техническим причинам, этот интервал не может быть менее одной недели и при прогнозе дебита метана целесообразно учитывать нестационарную составляющую процесса и регулярные колебания. Проведенные исследования позволяют синтезировать обобщенную структуру адаптивного экстраполирующего фильтра процесса изменения дебита (концентрации) метана, основанного на учете корреляционного состава колебаний прогнозируемого процесса (Рис. 1).

В основе функционирования фильтра лежит динамическое разложение наблюдаемого процесса на составляющие, раздельная экстраполяция низкочастотной (нестационарной) составляющей и ре-клирных колебаний с последующим суммированием результатов.

•Щ+ЛО

Рис.I. Структура экстраполирующего адаптивного фильтра процесса изменения мезановыделения на выемочном учаегке.

При прогнозировании нестационарной составляющей, предварительно выделяется полиномиальный тренд, к которому применяется разработанный Р.Г.Брауном метод автопроекции, основанный на экспоненциальном сглаживании процесса. При таком способе недавним значениям Прогнозируемого процесса придается больший вес, а наблюдения, относящиеся к далекому прошлому хотя и

имеют меньшую ценность, однако позволяют учесть тенденцию низ- -кочастотных изменений процесса. Это дает возможность использовать "инерционность" метановыделенйя при нарушении стационарности горнотехнических условий выемки угля. Прогнозные значения регулярных колебаний процесса газовыделения определяются при помощи оператора Колмогорова. При этом числовые коэффициенты оператора находятся как решение системы уравнений, составленной по значениям нормированной автокорреляционной функции.

Разработанный алгоритм экстраполяции позволяет учесть особенности горногеологических и горнотехнических условий конкретных выемочных участков за счет его параметрической настройки, осуществляемой по мере поступления информации от датчиков метана и расхода воздуха. Описанный выше метод прогнозирования метановыделения составляет суть решения третьей задачи работы.

Четвертая задача работы связана с разработкой принципов построения автоматизированной шстемы .распознавания опасных изменений аэрогазовой обстановки на выемочном участке, которые заключаются в одновременном контроле концентраций метана и расхода воздуха в выработках и последующей совместной обработке этой информации на ЭВМ с использованием детерминированной и стохастической моделей процесса метановьщелекия. Для обеспечения этой возможности При аэрогазовом контроле на выемочных участках в составе автоматизированной системы Предусмотрены управляющий вычислительный комплекс На базе ПЭВМ, микропроцессорный субкомплекс контроля и эшравлейия и Первичные источники информации о концентрации метана и расходе воздуха (рйс.2).

Использование этих принципов при созданий автоматизированной системы позволит снизить вероятность бзрывов метановоздушной смеси путем осуществления заблаговременного регулирования расхода воздуха или принятия мер безопасности.

УПРАВЛЯЮЩИЙ ВЫЧИ СЛИТЕЛЬ н ый

КОМПЛЕКС

iTy

ти.тс

Мониторинг состояния проветривания Распознавание опасных ггшсиешш

аэрогазовои обстановки Прогноз Газовой обстановки Диалоговый режим работы оператора An mmiwat тн документирования

i 'Hicpoj.uuaiHWH if BAPfrEP

•Выемочный участок 2 ТИ,ТС|

ТУ

выемочный учясток 3 '.

Выемочный участок 4 ;

Аппаратур? кон-тролч метана

ти,тс

Вентиляционные шлюзы Контроль расхода воздуха

Групповой

аппарат

Рис.2. Структура автоматизированной системы и ее основные функции при аэрогазовом контроле на выемочных участках.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертационной работе содержится решение актуальной научной задачи распознавания опасных изменений аэрогазовой обстановки на высмо'чных участках на основе автоматизированного контроля и средств вычислигельной технику, имеющей важное "значение для снижения вероятности взрывов метановоздуШнон смеси и предупреждения загазиропаний выработок вые,мочных участков.

Основные выводы и результаты работы сводятся к следующему.

Статистическая вероятность взрывов метана на выемочных участках на два порядка превышает уровень, установленный ГОСТ 12.1.010 - 76 "Взрывобезопасность. Общие требования", и почти в Два раза больше чем в. подготовительных выработках. Основными причинами образования взрывоопасной газовой среды при взрывах являются Нарушения проветривания, накопление метана в выработанных пространствах и местные скопления метана.

2. Показано, что моделирование массообменных процессов на выемочных участках необходимо основывать на адаптивных математических моделях. Разработана математическая Модель формирования концентраций метана в выработанном Пространстве и вентиляционном штреке, позволившая установить закономерности поступления газа из выработанных пространств и переноса метана в вяттиляционных выработках. Установлено, что применение модели для прогноза аварийных ситуаций при нарушениях проветривания возможно при адаптации параметров модели к экспериментальным данным, полученным для конкретного выемочного участка.

3. Разработан метод распознавания опасных нарушений проветривания на выемочцых участках. Метод реализован в виде алгоритма, использующего полученную математическую модель для определения прогнозных значений концентрации метана в исходящей вентиляционной струе выемочного участка при восстановлени вентиляции после нарушений проветривания.. Алгоритм основан на накоплении в течении длительного времени при различных режимах проветривания телеинфор кадии от датчиков метана и расхода воздуха и сравнении расчетных и фактически измеренных значений концентрации газа в вентиляционном штреке.

4. Установлено, что интервал корреляций высокочастотной составляющей процесса метановыделения не превышает, как правило, 1-2 часов, для регулярных колебаний этот интервал может превышать один месяц, интервал корреляции нестационарной составляющей превышает интервал корреляции регулярных колебаний.

5. При прогнозировании метановыделения для заблаговременного регулирования расхода воздуха целесообразно осуществлять экстраполяцию нестационарной составляющей И регулярных колебаний процесса, не учитывая его высокочастотный шум. Разработан адаптивный экстраполирующий алгоритм, учитывающий внутреннюю корреляцию регулярной составляющей и нестационарные изме-

нения процесса метановыделения на выемочных участках. Алгоритм основан на предварительном разложении прогнозируемого процесса на составляющие, их раздельной экстраполяции и последующем суммировании полученных значений.

6. Идентификация опасных изменений аэрогазовой обстановка на выемочных участках должна основываться на телеконтроле аэрогазовых параметров и непрерывном анализе получаемой информации. Сформулированы принципы построения автоматизированной системы распознавания опасных изменений аэрогазовой обстановки, предусматривающие одновременный контроль концентрации метана и расхода воздуха в выработках, совместную обработку полученной информации на ЭВМ с использованием алгоритмов моделирования процессов метановыделення. Это позволило разработать требования к параметрам автоматизированной системы и определить ее основные функции по распознаванию и прогнозу аварийных ситуаций при проветривании выемочного участка.

7. Основные положения работы использованы при разработке и включены в "Техническое задание на общешахтную автоматизированную систему распознавания причин загазировання горных выработок до опасных концентраций", которое утверждено в установленном порядке. Результаты работы позволяют расширить функциональные возможности систем контроля проветривания в части заблаговременного осуществления регулирования расхода воздуха и принятия мер безопасности. Национальной программой улучшения сосгояния безопасности, гигиены труда и производственной среды предусмотрено внедрение автоматизированной системы распознавания причин загазировання на трех угольных шахтах в ¡998-2000 г.

8. Дальнейшее развитие научных исследований должно быть направлено на совершенствование методов прогнозирования и предупреждения опасных ситуаций на выемочных участках на основ«

применения экспертных систем и повышение технического уровня автоматизированных систем.

9. Внедрение результатов работы .будет .продолжено в направлении промышленного применения автоматизированных систем.

Основные положения диссертации .опубликованы в работах:

1. Бусыгин К.К., Теличко К.Э. Меры повышения эффективности аэрогазового контроля на выемочных участках. //"Уголь Украины".-1995 г.-№ 11.-с. 19-21.

2.Достлев Ю.С., Бусыгин К.К., Иванов Ю.А., Недащковский И.В., Кошман A.B., Теличко К.Э. Автоматизированная система распознавания причин загазирования горных выработок. //"Охрана' труда". - 1996г. -Де7. -с. 42-44. '

3. Темкин И.О., Мезенцев В.К., Теличко К.Э. Инструментальное средство построения консультативных систем диспетчера горнотехнологических процессов. //, "Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях": Труды Всесоюзной конфер.'- М.: Изд. МГИ. - 1989 г. - с. 182-184.

4. Саченко Л.И., Пучков Л.А., Темкин И.О., Теличко К.Э. Автоматизированное управление вентиляцией метанообилышх шахт с использованием экспертных систем. //"Информация на Украине": Сб.научн. труд. - Киев: Изд. ИПИ Минэкономики Украины. -1991 г.-с. 164-170. . .

5. Теличко К.Э. Консультацшна система як 3aci6 полщшення ш-ялыюсп вупльних шахт Донбасу. //Технологи територшльного ро-звитку: Сб.научн.труд.-Киев:Изд.РПС АН Украины.-1993г.- с. 29-31.

6. Бусыгин К.К., Недашковский И.В., Теличко К.Э. Об оценке опасности нарушения проветривания выемочного участка.//Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: Сб.научн.груд. МакНИИ.-Макеевка. 1995 г. - с. 48*52..

7. Иванов iO'.A}., Величко К.Э. Принципы вероятностного прогноза метановыделеиПя на выемочных участках в автоматизированных системах контроля' проветривания. //, Способы и средства создания безопасных ïf здоровых условий труда в угольных таттях : Сб. /гаучн.труд. МнкНИИ. - Макеевка. 1995 г. - с. 208-215.

8. Аверин Г.б!, Теличко К.Э! О моделировании процессов переноса метана1 в выработанном пространстве выемочного участка.// Способы и средства созданий безопасных и здоровых условий труда в* угольных шахтах; Сб. йаучн: труд. Мак H И И'. - Макеевка. 1995 г. -с. 215-221.

9. Теличко К.Э. Анализ состояния проветривания выемочных

в

участков и тупиковых выработок с помощью автоматизированной системы. //"Проблемы геогидромеханики в горном деле и строительстве": Сб. научн. труд. межд. научно-практ. конфер. - Киев. 1996г.-с. 22-24.

!

АНОТАЦ1Я

Телйчко R.Ë. Методи автоматизованого анал!зу аерогазово! обстановки на bhïmkobiix дшьннцях вупльних шахт ¡з застосуванням обчислювально! технжи. Дисертац1я на здобуття вчеиого ступеня кандидата техшчних наук по спешальносп 05.26.01 - охорона прац1. Макивський науково-дослшний шститут по безпец! po6iT в ripminiîî промисловост!, Макивка, 1997 р. В робот! м1стяться результати дослщжень процеа'в переносу метану ira вшмкйвих дшышцях. Показана можлив(сз'ь ¡дентифшаци небезпечиих змш аерогакто'1 обстановки шляхом використаиня даних телевим'фювань i безперервного аиалпу отр'имуваио? нгфомацн на ЕОМ. Розроблеш методи контролю аерогазово! обстановки, гцо базугозься на засгосуванш алго-pHTMie. ям використовують адатипш математнчш модель Результат» роГютп впроналжеш при poipcnui явгома ппопано! систсми

розпЬнаваяня причин загазування прничих внробок. По теки дисер-таци опублшовано 9 друковаиях праць.

Ключов1 слова: вугшьш шахти, вшмков1 дмьншц, аерогазова обстановка, автоматизоваш системи контролю.

ABSTRACT

Telichko К.Е. Methods of the computer-aided air-gas situation anajysis of coal mine working areas. The thesis submitted for the degree of candidate ( Engineering ), speciality 05.26.01 - " Labour protection ", Makeyevka Safety in Mines Research Institute, Makeyevka, 1997. The investigation results of methane transfer in the working areas are presented. Identification possibility of dangerous air gas situation changes has been shown using the remote measurement data and continuous analysis of information on computer. The air gas situation control methods on algorithms application base have been developed using adaptive mathematical models. The work results have been introduced during the computer-aided system development for mine workings gassing causes recognition. 9 published worts have been issued on the thesis theme.

K.ey words : coal mines, worfang ureas, air-gas situatioiytomputer-aided control system. / / /

ротапринг'МакНИИ. ЗЛказ 15; Тираж ПОэка. •

_II .02>97 г. ,

г» ¡Чакееляа Донецкой обл., ул. Лихачева, 60

'Л

-V-