автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.04, диссертация на тему:Синтез надежных и эффективных шахтных вентиляционных систем
- доктора технических наук
- Ушаков, Владимир Кимович
- город
- Москва
- год
- 1997
- специальность ВАК РФ
- 05.26.04
Автореферат диссертации по теме "Синтез надежных и эффективных шахтных вентиляционных систем"
/о ^
<С % \
На правах рукописи
УШАКОВ Владимир Кимович
УДК 622.4: 622.019.3
СИНТЕЗ НАДЕЖНЫХ И ЭФФЕКТИВНЫХ ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ
Специальность 05.26.04 — «Промышленная безопасность»
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Москва 1997
Работа выполнена в Московском государственном горном университете.
докт. техн. наук, проф. АЙРУНИ А. Т., докт. техн. наук, проф. КРАСНОШТЕЙН А. Е., докт. техн. наук, проф. ШКУНДИН С. 3.
Ведущая организация: Научный центр социалыю-произ-водствеппых проблем охраны труда.
в . . на заседании диссертационного совета
Д-053.12.02 при Московском государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, В-49, Ленинский проспект,
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.
Официальные оппоненты:
Защита диссертации состоится
Д. 6.
1997 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
докт. техн. наук, проф. КУЗНЕЦОВ Ю. Н.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Стратегия экономической стабилизации и развития всех отраслей народного хозяйства в качестве одной из основных предпосылок успешного решения поставленных задач предусматривает коренную реструктуризацию топливно-энергетического комплекса страны, в том числе угледобывающей отрасли. Интенсификация подземной разработки угольных месторождений предполагает дальнейшее совершенствование технологии добычи угля с учетом специфики перехода на более глубокие горизонты и усложнения условий ведения горных работ. При этом повышаются газоносность угольных пластов и температура окружающего массива, учащаются внезапные выбросы угля, породы и газа, увеличивается горное давление и усложняется поддержание горных выработок, что может привести к резкому снижению уровня безопасности труда шахтеров.
Актуальность проблемы охраны труда в новых социально-экономических условиях развития угольной промышленности предъявляет высокие требования к надежности и эффективности функционирования шахтных систем жизнеобеспечения и особенно важнейшей из них — шахтной вентиляционной системы (ШВС). Нарушения нормального функционирования ШВС могут приводить к самым тяжелым последствиям как экономического, так и социального характера. В экономическом аспекте отказы ШВС вызывают серьезные нарушения технологического процесса, приводят к возникновению аварийных ситуаций по фактору вентиляции, что обуславливает значительные убытки предприятия в виде потерь от сокращения добычи угля, ущерба от аварий (включая выплаты по травматизму) и затрат на устранение отказов ШВС. В социальном аспекте ненадежность и неэффективность функционирования ШВС снижают уровень безопасности и комфортности труда шахтеров, что негативно отражается как на здоровье работающих,-так и на моральном климате трудовых коллективов.
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 Центрального
штаба ВГСЧ число загазирований из-за дефицита воздуха только очистных забоев в целом по отрасли в последнее время составляло порядка Ю4 случаев в год. При этом на одну шахту в среднем за месяц приходилось около 4 нарушений вентиляции. Более того, нередко практически сразу после создания или модификации ШВС возникала необходимость ее коренной и дорогостоящей реконструкции вследствие низкой надежности и эффективности функционирования (НЭФ) системы.
Причины низкой НЭФ действующих ШВС заключаются в следующем. В нормативных документах требуется разработка мероприятий по обеспечению надежной вентиляции шахты с учетом программы развития горных работ, а также согласование проекта шахты в части надежности выбранной схемы вентиляции. Однако практическая реализация на стадиях проектирования шахты или перспективного планирования развития горных работ требований достоверного прогнозирования и повышения НЭФ ШВС наталкивается на ряд принципиальных проблем. Во-первых, отсутствуют научно обоснованные критерии и показатели надежности и эффективности вентиляции. Во-вторых, в рамках статической детерминированной модели системы, принятой в существующих методах расчета вентиляции, невозможен адекватный учет стохастической динамики функционирования ШВС, которая собственно и обуславливает отказы системы. И, наконец, отсутствуют как методы прогнозной оценки показателей НЭФ ШВС, так и методы обоснования направлений их повышения, т. е. выбора рационального в смысле надежности и эффективности варианта системы вентиляции шахты.
Из вышеизложенного следует, что для дальнейшего развития научного направления охраны труда в угольной промышленности особую актуальность приобретает разработка теоретических основ, методов и средств синтеза надежных и эффективных систем вентиляции, т. е. систем, способных сохранять свое качество на требуемом уровне в течение всего процесса функционирования.
Целью работы является разработка и обоснование принципов, методов и программных средств синтеза надежных и эффективных ШВС, практическая реализация которых обеспечивает повышение уровня безопасности труда по фактору вентиляции и эффективность принимаемых на стадиях проектирования шахты или перспективного планирования развития горных работ технологических решений.
Идея работы заключается в учете как детерминированной (планируемой), так и стохастической (случайной) динамики ШВС на этапе прогнозирования ее НЭФ и использовании системы экспертных правил на этапе повышения надежности и эффективности вентиляции шахты.
Методы исследований. В диссертации использован комплекс методов теории системного анализа и синтеза сложных объектов, теории графов, теории имитационного моделирования сложных систем, теории случайных процессов, математической статистики и натурных исследований, технико-экономического анализа, теории оптимизации, теории экспертных систем, структурного и модульного программирования.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Методологическая схема синтеза надежных и эффективных ШВС реализуется в виде итерационного процесса, включающего в себя два циклически повторяющихся этапа. На этапе прогнозирования для очередного варианта ШВС с учетом принципов комплексности и иерархичности оцениваются показатели надежности и функциональной эффективности, отражающие частоту, продолжительность и глубину нарушений требуемого воздухораспределения (т. е. отказов ШВС), и экономической эффективности, характеризующие затраты на добычу угля по фактору вентиляции. На этапе принятия решений по повышению показателей на основе системы экспертных правил сначала для очередного варианта ШВС реализуется рациональная тактика обоснованного выбора инженерных мероприятий по устранению текущих отказов, а затем, при необходимости, формируется стратегия модификации этого варианта ШВС.
2. Наиболее адекватное отражение реального процесса функционирования ШВС обеспечивает стохастическая динамическая модель системы, учитывающая как детерминированную, так и стохастическую динамику ее структуры и параметров. Детерминированная динамика ШВС соответствует программе развития горных работ на шахте, а стохастическая — отражает отклонения от проектных значений как сроков существования, так и параметров элементов системы вследствие случайных изменений скоростей подвигания подготовительных и очистных забоев, аэродинамического старения, разрушений и ремонтов элементов.
3. Прогнозирование показателей надежности и эффективности и выявление «узких мест» в системе осуществляется с помощью разработанного метода имитационного моделирования случайного процесса функционирования ШВС, основанного на имитации отдельных возможных реализаций этого процесса, т. е. возможных реализаций программы развития горных работ.
4. Аэродинамическое старение горных выработок представляет собой коррелированный случайный процесс с логнор-мальным законом распределения. В результате шахтных наблюдений, выполненных на восьми шахтах Донбасса, для тринадцати классификационных групп выработок получены зави-
симости от времени математического ожидания, дисперсии и корреляционной функции случайного процесса старения.
5. Экономический анализ НЭФ ШВС выполняется методом, основанным на учете как средних затрат (потерь), обусловленных ненадежностью функционирования системы, которые включают в себя затраты на устранение отказов вентиляции и экономический ущерб от аварий по фактору вентиляции, так и дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат на повышение НЭФ ШВС.
6. Повышение НЭФ ШВС без корректировки ее базового (планируемого) варианта достигается применением разработанного метода рациональной тактики восстановления работоспособности ШВС, основанного на оптимальном регулировании воздухораспределения путем реализуемой в динамике тактики рационального выбора мест и приоритета проведения мероприятий по устранению текущих отказов. Эта тактика формируется с учетом динамической иерархической сегментации ШВС и тактических экспертных правил, сформулированных на основе эвристических знаний по ликвидации периодически возникающих нарушений требуемого воздухораспределения.
7. Дальнейшее повышение НЭФ ШВС достигается применением разработанного метода стратегической модификации системы, основанного на формировании обоснованной стратегии выбора мероприятий по корректировке параметров и структуры ее базового варианта с целью устранения в нем «узких мест», что позволяет синтезировать рациональный в смысле надежности и эффективности вариант ШВС.
8. Рациональная корректировка применяемых в базовом варианте схем проветривания выемочных и вентиляционных участков, являющаяся наиболее радикальным способом повышения НЭФ ШВС, выполняется с помощью специальных алгоритмов, разработанных на основе нового объектно-ориентированного подхода к классификации схем проветривания и представленных в виде деревьев решений. Содержащиеся в деревьях решений структурные экспертные правила организованы в базу знаний для выбора надежных и эффективных схем пооветривания выемочных и вентиляционных участков.
9. Программная система синтеза надежных и эффективных ШВС реализует методологическую схему синтеза. В режиме «Прогноз» она выполняет имитационное моделирование процесса функционирования очередного варианта ШВС и оценку его показателей надежности и эффективности. В режиме «Повышение» программная система с учетом тактических экспертных правил реализует рациональную тактику восстановления работоспособности моделируемого варианта ШВС, а затем, при необходимости, на основе стратегических экспертных правил и диалога с пользователем выбирает мероприя-
тия по рациональной корректировке его структуры и параметров.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
адекватностью используемой модели ШВС и метода имитационного моделирования реальным условиям функционирования системы;
представительным объемом (около 100 километров горных выработок на восьми шахтах) шахтных исследований процесса старения горных выработок;
соответствием разработанной системы экспертных правил эвристическим представлениям о путях и способах повышения надежности и эффективности шахтной вентиляции;
удовлетворительной сходимостью результатов ретроспективного моделирования НЭФ реальных ШВС с фактическими данными об их надежности и эффективности (погрешность в среднем составляет 15,6%);
положительными результатами использования программной системы синтеза надежных и эффективных ШВС при прогнозировании и практической реализации технических решений по повышению НЭФ ШВС на пяти шахтах Донбасса.
Научная новизна состоит в следующем:
на основе разработанных принципов прогнозирования и повышения показателей НЭФ ШВС создана методология синтеза надежных и эффективных ШВС;
разработана стохастическая динамическая модель ШВС, позволяющая учитывать как детерминированную, так и стохастическую динамику системы, и обеспечивающая наиболее адекватное отражение реального процесса функционирования ШВС;
разработан метод прогнозирования НЭФ ШВС, основанный на использовании корректно сформированных показателей надежности и эффективности системы и адекватной имитации процесса ее функционирования, что обеспечивает высокий уровень достоверности прогнозирования и выявления «узких мест» в ШВС;
установлены статистические закономерности случайного процесса аэродинамического старения для тринадцати классификационных групп горных выработок, отличающиеся учетом взаимной зависимости значений сопротивления выработки в различные моменты времени путем определения корреляционных функций;
обоснован новый подход к экономическому анализу НЭФ ШВС, отличающийся учетом как затрат (потерь), обусловленных ненадежностью функционирования системы, так и дополнительных затрат на повышение ее надежности и эффективности;
разработан метод повышения НЭФ ШВС путем выбора рациональной тактики восстановления работоспособности системы, что позволяет повысить восстанавливаемость ШВС без корректировки ее базового (планируемого) варианта;
предложен метод повышения НЭФ ШВС путем формирования обоснованной стратегии модификации базового варианта системы, что позволяет синтезировать рациональный в смысле надежности и эффективности вариант ШВС;
разработана программная система синтеза надежных и эффективных ШВС, которая моделирует процесс функционирования ШВС и определяет прогнозные оценки ее показателей надежности и эффективности, а также на основе организованной в виде базы знаний системы экспертных правил в диалоге с пользователем предлагает технические решения по повышению НЭФ ШВС.
Научное значение диссертации состоит в создании методического, алгоритмического и программного обеспечения синтеза надежных и эффективных ШВС на основе разработанных принципов, методов и программных средств моделирования, прогнозирования и повышения НЭФ ШВС.
Практическое значение работы заключается в том, что результаты выполненных исследований позволяют:
осуществлять комплексную количественную оценку надежности, функциональной и экономической эффективности ШВС;
обеспечивать на стадиях проектирования или перспективного планирования развития горных работ высокий уровень достоверности прогнозирования НЭФ ШВС и определения «узких мест» в системе;
выполнять сравнительный экономический анализ НЭФ различных вариантов ШВС;
осуществлять в динамике рациональный выбор мест и приоритета проведения мероприятий по устранению отказов ШВС;
формировать обоснованную стратегию модификации параметров и структуры планируемого варианта ШВС;
реализовать в проектных организациях и на шахтах программную систему, обеспечивающую высокий уровень компетентности при синтезе рационального по критериям надежности и эффективности варианта ШВС.
Реализация работы. Научные результаты и практические рекомендации, разработанные автором, использованы:
при составлении «Методики автоматизированного расчета надежности проектируемых шахтных вентиляционных систем», которая внедрена в институте «Центрогипрошахт» в качестве алгоритмического обеспечения фрагмента «Вентиляция» подсистемы «Вентиляция, дегазация, кондиционирование» САПР-уголь;
при составлении «Методики оценки экономической эффективности надежности функционирования шахтных вентиляционных систем», используемой в институте «Центрогппрошахт»;
при перспективном планировании развития горных работ на шахтах им. Л. И. Лутугина, «Ударник», «Заря» ПО «То-резантрацит» и «Юбилейная» АО «Ростовуголь»;
при составлении программы реструктуризации АО «Обу-ховская».
Научные и практические результаты используются в Московском государственном горном университете при ведении учебного процесса по направлению 550600 — «Горное дело».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на Всесоюзной научно-технической конференции «Интенсивная и безотходная технология разработки угольных и сланцевых месторождений» (Москва, 1989), па заседании секции САПР научно-технического совета института «Центрогппрошахт» (Москва, 1987), на 24-й Международной конференции научно-исследовательских институтов по безопасности работ в горной промышленности (Донецк, 1991), на VIII Всесоюзном совещании «Управление вентиляцией и газодинамическими явлениями в шахтах» (Новосибирск, 1991), на Международном симпозиуме по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства (Санкт-Петербург, 1993), на научных семинарах кафедры вентиляции Китайского горного университета (Сюйчжоу, 1993), на отраслевом семинаре по вопросам совершенствования вентиляции и дегазации шахт (Кемерово, 1994), на научном симпозиуме в рамках Недели горняка-97 (Москва, 1997), на 2-м региональном Международном симпозиуме по применению компьютеров и исследования операций в горном деле (АРСОМ-97) (Москва, 1997), на научном семинаре кафедры аэрологии и охраны труда Московского государственного горного университета (Москва, 1997).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 40 научных работах, в том числе в 30 публикациях, включая учебник, справочник, монографию, и 10 научно-технических отчетах, депонированных во ВНТИцентре.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти разделов и заключения, содержит 344 страницы текста, 49 рисунков, 27 таблиц, два приложения, список литературы из 110 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность чл.-кор. РАН, проф., докт. техн. наук Л. А. Пучкову за научные консультации и методическую помощь при выполнении научных исследований диссертационной работы.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Проблема надежности и эффективности ШВС. Процесс функционирования ШВС определяется совокупностью геологических, технологических и технических факторов, которые обуславливают как детерминированную (планируемую), так и стохастическую (случайную) динамику структуры и параметров системы. Детерминированная динамика ШВС соответствует программе развития горных работ на шахте. Стохастическая динамика ШВС отражает отклонения от проектных значений как сроков существования, так и параметров элементов системы вследствие случайных изменений скоростей подвигания забоев, аэродинамического старения, разрушений и ремонтов элементов. Динамика ШВС может вызывать нарушения требуемого воздухораспределения и даже аварии по фактору вентиляции.
Актуальность и сложность обеспечения надежности и эффективности функционирования ШВС обусловили значительный интерес исследователей к этой проблеме. Весомый вклад в ее решение внесли институты ВостНИИ, ГоИ КФ РАН, ДонУГИ, ИГД им. А. А. Скочинского, ИГД СО РАН, ИГД АН РК, ИГТМ, КГТУ, МГГУ, НГТУ, ПГТУ и ученые Ф. А. Абрамов, Л. А. Бахвалов, А. Д. Вассерман, В. К. Вольский, В. Н. Вылегжанин, Л. Я. Гимельшейн, С. П. Казаков, Ф. С. Клебанов, Р. Л. Кинг, В. П. Лавцевич, Н, Н. Мохирев, А. А. Мясников, А. Ф. Павлов, М. А. Патрушев, В. Я- Потемкин, Л. А. Пучков, Р. В. Рамани, Е. И. Рогов, Г. К. Рязанцев, Е. Сулковски, В. П. Светличный, В. Ф. Слепых, Ю. Томинага, К. 3. Ушаков, А. Фриц, А. М. Фролов, Е. Н. Харченко, В. М. Шек и др. В результате был выявлен целый ряд факторов, влияющих на НЭФ ШВС, предложены показатели надежности и разработаны методы их оценки для отдельных элементов и подсистем ШВС, предложены обобщенные показатели для оценки эффективности ШВС действующих шахт, разработаны методы учета случайных воздействий и принятия экспертных решений при оперативном управлении вентиляцией.
Однако до настоящего времени отсутствует единая методология синтеза надежных и эффективных ШВС на стадиях проектирования или перспективного планирования развития горных работ. Существующие методы оценки показателей НЭФ ШВС отличаются даже самими оцениваемыми показателями, что вызвано различной трактовкой понятий эффективности и, особенно, надежности ШВС. При этом используется статическая модель системы, которая не позволяет адекватно имитировать стохастическую динамику функционирования ШВС и прогнозировать ее показатели. Отсутствуют методы и алгоритмы повышения НЭФ ШВС, т. к. существующие методы оценки показателей НЭФ ШВС в вопросе их повыше-
пня ограничиваются эвристическими рекомендациями весьма общего характера. Кроме того, применяемая экономическая оценка ШВС только по затратам на ее создание и эксплуатацию не учитывает потерь, обусловленных низкой НЭФ системы, что не позволяет выполнить анализ экономической эффективности рекомендуемых мероприятий по повышению НЭФ ШВС. Все это затрудняет синтез рациональной в смысле надежности и эффективности ШВС.
В связи с этим сформулированы следующие основные задачи исследований:
разработка принципов прогнозирования и повышения показателей надежности, функциональной и экономической эффективности ШВС и создание методологии синтеза надежных и эффективных ШВС;
создание стохастической динамической модели ШВС, учитывающей как детерминированную, так и стохастическую динамику системы в процессе ее функционирования;
разработка метода прогнозирования НЭФ ШВС, основанного на адекватной имитации реального процесса функционирования системы и обеспечивающего высокий уровень достоверности прогнозирования показателей и выявления «узких мест» в ШВС;
создание информационного обеспечения метода прогнозирования путем установления статистических закономерностей стохастической динамики структуры и параметров ШВС;
разработка нового подхода к экономическому анализу НЭФ ШВС, учитывающего как потери, обусловленные низкой НЭФ системы, так и дополнительные затраты на повышение НЭФ ШВС;
-разработка методов повышения НЭФ ШВС, основанных на выборе как рациональной тактики восстановления работоспособности ШВС в рамках ее базового (планируемого) варианта, так и обоснованной стратегии его модификации с целью синтеза надежной и эффективной ШВС;
создание программного обеспечения разработанных методов в виде компьютерной экспертной системы синтеза надежных и эффективных ШВС, позволяющей на высоком уровне компетентности выбирать технические решения по повышению НЭФ ШВС.
Принципы и методология синтеза надежных и эффективных ШВС. Синтез надежных и эффективных ШВС базируется на методологии синтеза сложных динамических систем и состоит из следующих этапов: 1) определение понятий надежности и эффективности и выбор их показателей; 2) прогнозный анализ базового варианта системы путем моделирования процесса ее функционирования и получения оценок показателей; 3) выбор мероприятий по корректировке базового вари-
анта системы с целью повышения ее НЭФ и проверка их обоснованности (т. н. верификация) путем возвращения к этапу № 2.
Под надежностью технической системы понимается ее свойство сохранять в процессе эксплуатации способность выполнять требуемые функции. Функция ШВС заключается в непрерывном обеспечении всех потребителей воздухом в количестве и по качеству, требуемым для поддержания нормативного состояния шахтной атмосферы. Поэтому над надежностью ШВС понимается ее свойство сохранять в процессе функционирования способность обеспечивать требуемое воз-духорасиределение. Количественное требование к воздухорас-пределению имеет вид
где / — номер потребителя воздуха; npot —количество потребителей в ШВС; Q,- (/) —расход воздуха в момент времени t;
QlmU]=^rnax{Qim, и/"'"-^; Qlm" = uim"-Sl; Qtm — расход воз-
духа, требуемый по газовому, пылевому и тепловому факторам, а также по количеству людей; «£п'1' и «¡тах — минимально и максимально допустимые скорости движения воздуха;
— площадь поперечного сечения выработки.
Качественное требование к воздухораспределению означает отсутствие запрещенного Правилами безопасности (ПБ) последовательного проветривания потребителей. Нарушение хотя'бы одного из этих двух требований означает отказ потребителя. Для оценки надежности ШВС выбраны показатели, характеризующие ее свойства безотказности и восстанавливаемости,— средние продолжительности безотказной работы Т н и восстановления Г,, а также коэффициент готовности Кг, определяемый по формуле
В сложных системах отказы отдельных элементов, как правилоиприводят лишь к снижению эффективности функционирования системы в целом, а не к полной потере ее работоспособности. Поэтому наряду с оценкой надежности сложной системы следует оценивать эффективность ее функционирования, т. е. ее функциональную эффективность. В качестве показателя функциональной эффективности системы принимается среднее значение ее выходного эффекта. Выходным эффектом ШВС является создаваемый ею уровень безопасности труда по фактору вентиляции, характеризуемый степенью соответствия фактического воздухораспределения требуемому. Чем больше отклонение фактического расхода воздуха от границ интервала его допустимых значений [<2'"|п, <Зтзх],. т. е.
Q/mi"<Q/(0< Q/m" (¿=1, г!ноД
(1)
Kt = TJ(T„ + Tu).
(2)
чем больше глубина отказа, тем менее эффективно функционирует ШВС. В качестве показателя функциональной эффективности принимается средний уровень безопасности по фактору вентиляции Е, определяемый по формуле
E=EvKr + Еотк(\ - Кг), (3)
где ЕР = 1 и £■„.,„ =1—А— уровни безопасности при работоспособном состоянии потребителя и при его отказе; А — средняя глубина отказа.
Средний уровень безопасности Е является комплексным показателем, отражающим как глубину отказов, так и частоту их возникновения.
Анализ экономической эффективности надежности функционирования технических систем заключается в определении как затрат на создание и эксплуатацию надежной системы Z\, так и затрат (потерь), обусловленных ненадежностью функционирования системы, Z2. Сравнение величин Z\ и Z2 позволяет сделать вывод об экономической целесообразности достижения данного уровня надежности системы. В качестве критерия экономической эффективности рассматриваются средние удельные приведенные затраты, т. е. затраты, рассчитанные за весь исследуемый период функционирования системы и отнесенные к единице выпускаемой продукции. При анализе ШВС средние удельные приведенные затраты Z представляют собой затраты, отнесенные к среднему суммарному объему добычи угля Л,„ за рассматриваемый период деятельности шахты, т. е. стоимость тонны угля по фактору вентиляции
Z=(Z,+Z2)/ABl. (4)
При проектировании или планировании развития горных работ затраты на создание и эксплуатацию ШВС Z, определяются для ее базового варианта по отраслевой методике. При повышении НЭФ ШВС подсчитываегся приращение этих затрат AZ, в виде затрат на проведение мероприятий по корректировке базового варианта системы. Средние затраты (потери), обусловленные ненадежностью ШВС, Z2 включают в себя средние затраты па устранение отказов ШВС (т. е. нарушений требуемого воздухораслределения) ZOT н средний экономический ущерб от аварнй по фактору вентиляции ZaH, т. е.
Z2=ZOT -f-Z„„ . (5)
Методика определения величин AZb Z0I и ZaB рассматривается ниже.
Второй этап синтеза надежных и эффективных ШВС заключается в 'Прогнозном анализе НЭФ системы, который основывается на принципах комплексности (оценки показателей как надежности, так и функциональной и экономической
эффективности ШВС) и иерархичности (ранжирования отказов вентиляции ло их значимости для ¡производственной деятельности шахты и оценки показателей различных рангов). Анализ НЭФ ШВС носит характер прогнозирования и поэтому выполняется путем .математического моделирования процесса функционирования системы. Используемая математическая модель ШВС является динамической моделью стохастического типа, отражающей поведение системы в ее развитии и учитывающей различные случайные факторы, которые и обуславливают отказы пли снижение выходного эффекта ШВС.
Третий этап синтеза заключается в выборе мероприятий по повышению НЭФ ШВС. Сначала применяется принцип рациональной тактики восстановления работоспособности, позволяющий повысить восстанавливаемость ШВС без корректировки ее базового варианта. Рациональная тактика осуществляется путем применения мероприятий по устранению текущих отказов ШВС, выбираемых с помощью сформулированных т. н. тактических экспертных правил. Эти правила представляют собой формализацию эвристических правил, используемых специалистами по вентиляции при устранении периодически возникающих нарушений вентиляции. При необходимости дальнейшего повышения показателей НЭФ ШВС применяется принцип стратегической модификации системы для формирования обоснованной стратегии выбора мероприятий по корректировке ее базового варианта с целью устранения в нем «узких мест». Выбор этих стратегических мероприятий выполняется на основе сформулированных т. н. стратегических экспертных правил, которые представляют собой формализацию эвристических правил, применяемых специалистами по вентиляции при формировании различных вариантов проектируемой ШВС. После выбора мероприятий по корректировке базового варианта ШВС выполняется их верификация путем прогнозного анализа НЭФ уже скорректированного варианта системы.
Таким образом, методологическая схема синтеза надежных и эффективных ШВС реализуется в виде итерационного процесса, включающего в себя два циклически повторяющихся этапа — этапа прогнозирования показателей очередного варианта ШВС путем моделирования процесса его функционирования и этапа повышения показателей путем проведения мероприятий, выбранных на основе тактических и стратегических экспертных правил. Процесс синтеза продолжается до тех пор, пока достигнутые показатели не будут признаны удовлетворительными или пока не будут исчерпаны все возможные мероприятия по повышению НЭФ данной ШВС.
Принципы и метод имитационного моделирования и прогнозирования НЭФ ШВС. Принципы имитационного модели-
рования ШВС основаны на том, что в силу стохастичности структуры и параметров системы ее функционирование представляет собой случайный процесс. Идея разработанного метода имитационного моделирования и прогнозирования заключается в имитации отдельных возможных реализаций этого процесса путем учета детерминированной динамики ШВС и генерирования возможных случайных изменений структуры н параметров системы, а также случайных моментов этих изменений. Прогнозные оценки показателей НЭФ ШВС определяются статистической обработкой результатов моделирования достаточно большого количества отдельных реализаций процесса функционирования системы.
Имитационное моделирование выполняется в рамках стохастической динамической модели ШВС. Эта модель включает в себя статическую модель ШВС в виде сетевых уравнений, описывающих воздухораспределение в фиксированный момент времени, и семь одношаговых моделей различных видов изменений структуры и параметров системы в течение одного шага моделирования tj}^■ 1) проходка выработок; 2) погашение выработок; 3) очистные работы; 4) изменение потребностей в воздухе у потребителей; о) замена или добавление ГВ; 6) старение выработок и вентсооружений; 7) разрушения и ремонты элементов ШВС. Одношаговые модели проходческих и очистных работ описываются графами возможных переходов из одного состояния тупика (или лавы) в другое за один шаг (рис. 1). Вершины графов соответствуют следующим состояниям: а — подвигание тупика (лавы) со скоростью а м/мес; 0 — остановка тупика (лавы); —1 —тупик (лава) еще отсутствует; —2 — тупик (лава) введен в сеть; —3 — лава уже погашена. Надписи над ветвями графов указывают имя процедуры корректировки сети, выполняемой при соответствующем переходе. Одношаговые модели проходческих и очистных работ включают в. себя также логические ^модели условий переходов (условий вызова процедур), учитывающие требуемую длину проходки, наличие выработки, инцидентной началу тупика, длину выемочного столба, наличие разрезной печи лавы. Одношаговые модели погашения выработок, изменения потребностей в воздухе и замены или добавления ГВ представляют собой логические модели условий вызова процедур, выполняющих соответствующие корректировки сети, границ допустимых значений расходов воздуха в потребителях, списка и параметров ГВ. Одношатовая модель случайного процесса старения выработок представляется в виде т. н. формирующего фильтра, применяемого для формирования дискретных реализаций случайных процессов, который с учетом логнормальности процесса старения имеет вид
Г* (//) = Ьхг* (¿у-,) + /У"; (¿у-,) -Ь {(¡) + а,х (¿у-,), (б)
r (tj) = (ехр (r* (tj)) - e°-5J a / (e (e — 1))°-» + m (¿Д (7)
где /' (0 — удельное сопротивление выработки; г* (!t) = ln (г (t) ) ;
и a{t) —математическое ожидание и среднеквадратиче-ское отклонение для r(t)\ x(i) —«белый гауссов шум»; bu Ь2, Оо, «1 — параметры, зависящие от вида корреляционной функции процесса r(t).
Одношаговые модели старения вентсооружений, а также разрушений и ремонтов элементов ШВС определяют возможные значения таких случайных величин, как степень уменьшения сопротивления вентсооружения, время между разрушениями и 'продолжительность ремонта элемента, приращение сопротивления выработки при обрушении, и имеют вид
y(t,)=f->\z(t,) 1, (8)
где y(t) —¡моделируемая случайная величина; f(y) — ее плотность распределения; г (t)—равномерно распределенная на [0; 1] случайная величина.
Соотношение типа (8) используется также и в одношаго-вых .моделях .проходческих и очистных работ при определении возможных значений случайных изменений скоростей лодви-гания забоев.
Информационное обеспечение .метода имитационного моделирования состоит из проектных и статистических данных. Проектная информация подготавливается непосредственно перед 'моделированием конкретной ШВС и описывает ее детерминированную динамику, соответствующую перспективной программе развития горных работ на шахте в течение моделируемого периода. Статистическая информация формируется заранее для ряда горно-геологических (ГГ) и горнотехнических (ГТ) условий добычи угля. Она отражает стохастическую динамику ШВС н включает в себя статистические характеристики случайных изменений структуры системы, процессов старения и -потоков разрушений и ремонтов ее элементов.
Алгоритм имитационного моделирования (рис. 2) основан на пошаговом моделировании отдельной реализации процесса функционирования ШВС путем корректировки структуры и параметров системы с учетом их изменений в течение очередного шага моделирования (tj.,, tj\.
При корректировке топологии сети, т. е. структуры ШВС, учитываются возможные на (£/_,, tj\ изменения состояний некоторых выработок вследствие проходческих и очистных работ— подвигание или остановка забоев, ввод в сеть или погашение выработок. Для этого выполняются модули, реализующие одношаговые модели проходческих и очистных работ (блоки № 5—7 на рис. 2). Эти модули содержат ряд процедур, выполняющих тот или иной вид корректировки сети (см.
а)
б)
1. Графовые модгля проходческих («а») к очистпых (<'б») работ
Начало
Ввод исходной информации
ПрслагрителмшП анализ иШС (ПрИ Г" !,)
©
3--
Счетчик числя рсалтший:
Счетчик числа кнтервалоа времени:
Н «г<0
0
Проходка выработок
г- <5 •
Погашение выработок
Очистиме работы
Изменение потребностей а во"! духе
Замена «ли добавление ГЙ
- 10-
Старение выработок и г*с»псооружснкД
г- И-:-
Разрушения и ремонты ЭЛСМСНТОС ШВС
16-
X рОНОЛОГКЧГСКОС
упорядочение событий
на Оц^
г- м—:-
Счстчнх номера моделируемое событие: £**/
Моделирование к-гособиш*
. 17-:-
Рг.счст ссздухо-распределения
ёМ
кет > 13 Наличие
Опрел с л с мне характеристик откатоэ и их последствий
_ 20 —__
Выбор способов устранения отказов
„21 „1_
Определение характеристик вссстгиоалечмЯ
-.......в
26 *->
М+1
в
.22.
4-А*/
24 Модедир^мнк^ч ¿гпЛ.^Т^
Средние сю я.-пП ре ал и гглин покате.«и
27 Гкс реялтзиюЬ
" пром одел про-
ваий-
¿У -----1
п,™ пг+)
О
__ 28_:__
Срслнис ясеч рслчшацилч поктлте^ч
_30 -
Вы под покатслсЛ
Н>? ШНС
^ Ко»сч
Гис.2. Блок-схема алгоритма имитационного моделирования процесса
функционирования ШВС.
рис. 1), и логические условия вызова требуемой процедуры на основе программно реализованного анализа текущего состояния сети. В модуле «Проходка выработок» выполняется разбиение ветвей, смежных новым тупикам, вычисление новых значений длин и сопротивлений тупиков (с учетом текущих значений скоростей проходки), выбор ветвей для установки ВМП и включение их 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 выработкам, так и смежные с ними висячие ветви. В модуле «Очистные работы» выполняется включение в список потребителей новых лав, определение требуемых направлений движения воздуха в них и характера изменения длин участковых выработок (в соответствии с планируемыми схемами проветривания новых выемочных участков), изменение местоположения узлов работающих лаа и длин смежных им ветвей (в соответствии с принятой системой разработки и с учетом текущих значений скоростей подвигания лав), а также погашение выработок отработанных выемочных участков.
При корректировке параметров ШВС с помощью соответствующих одношаговых моделей учитываются возможные на (.(/-1> ¿у! изменения потребностей в воздухе у потребителей, изменения списка и параметров.ГВ, а также старение, разрушения и ремонты элементов системы (блоки № 8—16). В модуле «Изменение потребностей в воздухе» корректируются допустимые расходы воздуха с учетом текущих скоростей подвигания лав. В модуле «Замена или добавление ГВ» в соответствии с кодом замены или добавляется в список вентиляторов новый, или изменяются типы существующих ГВ. Модуль «Старение выработок и вентсооружешш» обеспечивает изменение их сопротивлений вследствие аэродинамического старения в течение (в соответствии с (6) — (8)). В модуле «Раз-
рушения и ремонты элементов ШВС» (блоки № 11—16) реализуется хронологически упорядоченная последовательность событий, произошедших на (¿>-—1, обрушение или его устранение, разрушение или ремонт вентсооружения, остановка или запуск ГВ.
На каждом шаге моделирования случайные величины и
случайные процессы — скорости подвигания забоев, сопротивления элементов, время между разрушениями и продолжительность ремонта — принимают одно из своих возможных значений. Это достигается использованием методов генерирования значений случайных величин.
Таким образом, реализуется одношаговая динамика ШВС и определяются ее структура и параметры на текущий момент моделирования ¿у.
Затем рассчитывается воздухораспределение и вы-
полняется анализ текущего состояния системы (блоки № 17— 23). При этом фиксируются характеристики отказов и восстановлений потребителей (момент и глубина отказа, продолжительность безотказной работы, момент и продолжительность восстановления), последствия отказов (в виде остановок забоев или снижения нагрузки на них), а также выбираются способы устранения отказов и определяются затраты на их реализацию.
После завершения моделирования всего прогнозируемого периода и получения одной из возможных реализаций процесса функционирования ШВС на основании зафиксированных характеристик потока отказов и восстановлений определяются средние по этой реализации (т. е. усредненные по времени) прогнозные оценки показателей надежности и эффективности (блоки № 24—26).
После моделирования заданного количества реализаций (обычно 50—60) определяются средние по реализациям прогнозные оценки показателей надежности и функциональной и экономической эффективности (как для отдельных потребителей, так и для ШВС в целом (блоки № 27—29): средние продолжительности безотказной работы Т„ и востановления Тв, коэффициент готовности Кг , ¡количество отказов п0т , средние .глубина отказа Д и уровень безоласности по фактору вентиляции Е, средние суммарные добычи из,каждой лавы и шахты в целом Аш, средние затраты на устранение отказов Zoт и экономический ущерб от аварий по фактору вентиляции ¿шъ , а также средние затраты (потери), обусловленные ненадежностью вентиляции,
Статистические характеристики функционирования элементов ШВС. С целью формирования статистической компоненты информационного обеспечения метода имитационного моделирования и прогнозирования НЭФ ШВС разработана методика шахтных наблюдений и оценки статистических характеристик стохастической динамики системы. Оцениваемыми статистическими характеристиками являются: 1) для случайного процесса старения элементов ШВС — его выборочные среднее, дисперсия, корреляционная функция и плотность распределения; 2) для случайного потока разрушений и ремонтов элементов ШВС — плотности распределения времени между разрушениями Д/р, приращения сопротивления элемента при его разрушении Д/? и продолжительности ремонта тв .
Экспериментальные исследования случайного процесса старения выработок выполнены на 439 объектах восьми шахт Донбасса. Выработки были классифицированы на тринадцать групп, соответствующих варьируемым влияющим факторам:
1) тип выработка; 2) принадлежность пласту; 3) наличие разгрузочных лав; 4) способ охраны; 5) вид транспорта. Получены интерполирующие модели выборочных среднего mR (t), среднеквадратического отклонения oK(t) и корреляционной функции Kr(J, t + x) процесса старения выработок, имеющие вид
tnR (t) ^ Am + Bm (1-f cos {С J)) (1 - exp (-Dmt)), (9) o«(t) = A4\ +sm{BJ)), (10)
KP (i. t +1)= exp (- AKi) cos (ад (0 °r 0 + 01)
В диссертации для всех тринадцати классификационных групп приведены значения входящих в (9)— (11) коэффициентов. Установлено, что процесс старения выработок имеет логнормальный закон распределения.
Также установлено,, что:
1) для случайного потока обрушений и ремонтов выработок случайные величины АР, AR и т4 имеют экспоненциальный закон распределения (их выборочные средние для различных типов выработок приведены в диссертации);
2) случайный процесс старения шлюзов представляет собой некоррелированный стационарный процесс, имеющий экспоненциальный закон распределения со сдвигом (в среднем фактическое сопротивление шлюзов в результате постепенной разгерметизации в три раза меньше проектного);
3) для случайного потока разрушений и ремонтов шлюзов случайные величины АР и rJ имеют экспоненциальный закон распределения (в среднем шлюз разрушается примерно раз в два месяца и ремонтируется примерно в течение двух смен); •
4) для случайного потока перерывов в подаче воздуха в шахту из-за остановок ГВ случайная величина Дtp имеет экспоненциальный закон распределения, а случайная величина тв —экспоненциальный закон распределения со сдвигом (в среднем из-за. остановок ГВ примерно два раза в месяц прекращается подача воздуха в шахту и это продолжается немногим более четверти часа);
5) случайный процесс б» (t) отклонений скоростей подви-гания забоев от их плановых значений можно считать некоррелированным стационарным процессом, имеющим нормальный закон распределения с математическим ожиданием а= 1 и среднеквадратическим отклонением сг=1/3.
Экономический аспект проблемы НЭФ ШВС. В экономическом аспекте целью прогнозирования НЭФ ШВС является выбор такого варианта системы, при котором стоимость угля по фактору вентиляции Z была бы наименьшей. Для этого, как следует из (4) — (5), должны подсчитываться затраты /' Zaa и AZj.
2
17
Средние затраты на устранение отказов ШВС 2от определяются количеством отказов за прогнозируемый период пот и средними затратами на устранение одного отказа 1'от. Учитывая, что величина 2'от зависит от способа устранения отказа, определяемого его видом, имеем
~ "от 12 от 1 -4- ... -Ь л,)Т х £ от (12)
где 5 — количество способов устранения отказов; п0—количество отказов, устраняемых г-м способом; 2'аг1 — средние затраты на устранение отказа г-м способом.
Способ устранения внезапного отказа, обусловленного разрушением некоторого элемента ШВС, представляет собой, в зависимости от типа этого элемента, устранение обрушения выработки или ремонт разрушенного вентсооружения. Соответствующие средние затраты вох состоят из заработной платы ремонтным рабочим и -затрат на .материалы и записываются в виде
¿'В0Т = Л№емСремГрем + 2ы, (13)
где 7рем —выборочное среднее случайной (продолжительности ремонта элемента т"; Л"-1™ — среднее количество ремонтных рабочих; Срем —средняя заработная плата рабочего; 2 м — средние затраты на материалы.
Способы устранения постепенного отказа, обусловленного совокупным влиянием процессов старения элементов ШВС на воздухораспределение в сети, представляют собой: повышение герметичности существующих или установка новых вент-сооружений, расширение и 'перекрепление выработок, форсирование режима работы ГВ. Затраты, связанные с вентсоору-жениявди, имеют вид (13). Затраты на расширение и перекрепление выработки с существующего 5С до нового 5„ сечения определяются как
2расш = (« Н~ ЬБИ + с Б с) АХ, (14)
где Ь — длина выработки; а, Ъ, с, К—эмпирические коэффициенты (определяемые по отраслевой методике).
Затраты при форсировании режима работы ГВ равны
¿форс = « ШМн — Тф. С5)
где Нс и (¡>„, Нп — параметры ГВ до и после отказа; Тф — продолжительность работы ГВ в форсированном режиме; и — табличный коэффициент.
Принцип оценки среднего экономического ущерба от аварий по фактору вентиляции учитывает относительные частоты возникновения при отказе вентиляции как взрывов газа и пыли так и обширных загазирований выработок IV3, а также величины средних ущербов от одной аварии каждо-
го вида 1„' н Zэ'. Для онеики величины 2&п имеет следующее соотношение
(16)
В диссертации приведены статистические оценки величин \№и, 7. в и Ъ3', полученные путем статистической обработки данных Центрального штаба ВГСЧ об аварийности угольных шахт и экономических последствиях аварий.
Определение затрат на повышение НЭФ ШВС основано на анализе возможных параметрических и структурных способов повышения надежности и эффективности системы и расчете дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат по соответствующим этим способам разделам проекта. Выполненный анализ приводимых ниже возможных способов повышения НЭФ ШВС позволяет сделать вывод, что при определении затрат может потребоваться расчет дополнительных затрат по следующим разделам проекта: проведение, поддержание, расширение и перекрепление выработок, сооружение вентскважин, очистные работы, вентиляция и условно-постоянный штат трудящихся (в работе приведены соответствующие формулы).
Расчет величин ZU1, Ъав , и 1 для различных вариантов ШВС позволяет выбрать вариант, наиболее эффективный по критерию минимума удельных приведенных затрат т. е. стоимости угля по фактору вентиляции.
Метод рациональной тактики восстановления работоспособности ШВС. Этот метод («тактический» метод) предназначен для повышения НЭФ ШВС за счет повышения восстанавливаемости базового варианта системы без его корректировки. Тактический метод обеспечивает рациональную тактику восстановления работоспособности ШВС путем динамического оптимального регулирования воздухораспределения, которое выполняется с помощью динамически выбираемых мероприятий по устранению текущих отказов («тактических» мероприятий) и с учетом продолжительности их проведения. Тактика рационального выбора мест и приоритета проведения этих мероприятий основана на динамической иерархической сегментации ШВС и использовании тактических экспертных правил.
Сегментация ШВС заключается в представлении ее в виде иерархической совокупности аэродинамически связанных частей («сегментов» различных уровней), содержащих группы потребителей. Такое иерархическое группирование потребителей в сегменты позволяет определить, между какими группами потребителей целесообразно перераспределять воздух, выявить ветви, подводящие и отводящие воздух от каждого сегмента, и, следовательно, выбрать места установки РРВ и рас-
2*
19
ширяемые выработки. Сегментация выполняется динамически на основе расчета воздухораспределения в момент наступления очередного отказа.
Тактические экспертные правила выбора мероприятий по устранению текущих отказов сформулированы на основе приводимых в нормативной литературе эвристических рекомендаций. Правила включают в себя как мероприятия по устранению внезапных отказов (ремонт разрушенных веитсооруже-ний, устранение обрушений выработок, запуск остановившихся ГВ), так и мероприятия по устранению постепенных отказов (установка новых вентсооружений, расширение и перекрепление выработок, форсирование режима работы ГВ). Тактические правила обеспечивают в динамике рациональный выбор мест проведения этих мероприятий. Сначала в момент наступления отказа выполняется сегментация ШВС. Далее применяется экспертное правило о целесообразности проведения тактических мероприятий в ветвях, отводящих воздух от сегментов. Для уменьшения затрат на устранение отказов ¿от мероприятия проводятся не во всех ветвях-отводах сразу, а начиная с тех, влияние параметров которых на отказавшие потребители наиболее существенно. Для этого сформулированы экспертные правила, отражающие эвристический принцип уменьшения взаимного влияния все более удаленных друг от друга ветвей.
На основе этих правил формируются матрицы влияющих ветвей: 1) матрица йе}ис в 1-й строке содержит номера тех ветвей-отводов, в которых целесообразна установка новых вентсооружений для увеличения расхода воздуха в гЧм из имеющих дефицит воздуха потребителей, яри этом элементы строки упорядочены, по степени близости (определяемой на основе сегментации) новых вентсооружений к этому потребителю; 2) ^матрица defew в г-й строке содержит номера тех ветвей-отводов, в которых целесообразно расширение выработки для увеличения расхода воздуха в нм «дефицитном» 'потребителе, при этом элементы строки упорядочены то степени «зажато-стп» выработок; 3) матрица йеЦ в г-й строке содержит номера тех ветвей-вентиляторов, режим работы которых целесообразно форсировать для увеличения! расхода воздуха в ¿->м «дефицитном» потребителе, при этом сначала стоят номера тех ГВ, форсирование 'Которых может устранить дефицит воздуха в большем 'количестве потребителей; 4) матрица р1епис аналогична по своей цели матрице йе^ьс только для (потребителей, имеющих избыток воздуха; 5) матрица ирвис в г-й строке содержит номера тех ветвей, в которых целесообразна установка новых вентсооружений для обеспечения требуемых направлений движения воздуха во всех ветвях-диагоналях и ветвях-утечках, выявленных для г-го из «загрязняемых» ¡потребителей, при этом элементы строки упорядочены по убыванию до-
ли в загрязнении ¡"-го потребителя той диагонали, к которой они относятся; 6) матрица ирэехи) аналогична по своей цели матрице ирэис только в ней стоят номера ветвей, в которых целесообразно расширение выработок, при этом элементы строки упорядочены как по убыванию доли в загрязнении г'-го потребителя той диагонали, к которой они относятся, так и по степени «зажатости» выработок.
Последние две матрицы формируются с помощью оригинального алгоритма выявления запрещенного по ПБ последовательного проветривания потребителей (их «загрязнения»), ветвей-диагоналей и ветвей-утечек.
Таким образом, матрицы влияющих ветвей представляют собой списки предполагаемых тактических мероприятий и определяют как места, так и приоритет их проведения.
В алгоритме тактического метода эти мероприятия выполняются, когда имеющихся на момент отказа РРВ недостаточно для его устранения. Сначала выбираются самые короткие из предполагаемых тактических мероприятий. При этом если сразу несколько мероприятий одинакового вида влияют на состояние одного и того же потребителя, то среди них выбирается только самое эффективное, определяемое с учетом упорядоченности элементов строк матриц влияющих ветвей. Затем осуществляется регулирование воздухораспределения с имитацией выбранных мероприятий. Для тех из них, которые потребовались при регулировании, подсчитываются затраты 20Т на их ■проведен«, а незадействованные исключаются из списка предполагаемых мероприятий. Выполнение алгоритма тактического метода завершается либо при восстановлении работоспособности ШВС, либо по исчерпании списка предполагаемых тактических мероприятий.
В алгоритме тактического метода применяется разработанный алгоритм оптимального регулирования воздухораспределения, который можно рассматривать как гибридный, сочетающий черты метода возможных направлений и метода проекции градиента. В результате регулирования определяются значения параметров ШВС, обеспечивающие допустимые значения расходов воздуха в потребителях, требуемые направления движения воздуха в ветвях-диагоналях и в ветвях-утечках и минимум мощности, потребляемой всеми ГВ.
Повышение восстанавливаемости ШВС при применении тактического метода приводит к повышению как ее коэффициента готовности Кг (вследствие уменьшения средней продолжительности восстановления Тв ), так и добычи из лав А5 (вследствие снижения их простоев по фактору вентиляции).
Метод стратегической модификации ШВС. Этот метод («стратегический» метод) предназначен для дальнейшего повышения показателей НЭФ ШВС, полученных в результате моделирования базового варианта системы. Стратегический
метод используется для формирования обоснованной стратегии выбора мероприятий по корректировке базового варианта ШВС («стратегических» мероприятий) с целью устранения в нем «узких мест». В результате осуществляется синтез рационального в смысле надежности и эффективности варианта ШВС.
При разработке стратегического метода эффективным оказался экспертно-системный подход, т. к. формирование стратегии корректировки базового варианта ШВС предполагает использование совокупности эвристических знаний эксперта-специалиста по вентиляции. Сформулированы стратегические экспертные правила выбора мероприятий по корректировке базового варианта ШВС. Правила составлены на основе эвристических рекомендаций, приводимых в нормативной и методической литературе и используемых специалистами по вентиляции при формировании различных вариантов проектируемой ШВС. Стратегические правила имеют формат если (условие) то (действие). Условная компонента правила «если» указывает условие или совокупность условий (т. е. ситуацию), при которых это правило выполняется. Компонента вывода правила «то» определяет те мероприятия, которые должны быть выбраны в результате выполнения этого правила. Стратегические правила подразделены на параметрические и структурные.
Параметрические правила описывают условия применения параметрических способов повышения НЭФ ШВС, основанных на проведении следующих мероприятий по повышению безотказности и ремонтопригодности элементов системы (при сохранении неизменной ее структур-ы): 1) усиление крепи выработок и улучшение условий их поддержания; 2) резервирование вентсооружений и ГВ; 3) формирование рационального графика профилактик. В условной части этих правил выполняется сравнение полученных при моделировании базового варианта ШВС средних затрат на ремонты элемента с задаваемой пользователем допустимой величиной этих затрат. Если применение только параметрических способов не позволяет устранить «узкие места» в системе, то используются структурные способы повышения НЭФ ШВС.
Структурные правила описывают условия применения структурных способов повышения НЭФ ШВС, основанных на проведении следующих мероприятий по модификации структуры системы путем изменения как количества элементов, так и схемы их соединения (топологии сети): 1) проходка дополнительных или исключение лишних выработок, а также изменение мест'проходки; 2) бурение дополнительных вентсква-жин; 3) введение дополнительных или замена типов существующих ГВ; 4) формирование рационального графика ввода дополнительных элементов; 5) изменение схем проветривания
выемочных и вентиляционных участков. В условной части структурных правил по изменению количества элементов
ШВС выполняется сравнение полученных при моделировании базового варианта системы затрат на расширение выработки с затратами на проходку параллельной ей дополнительной выработки, затрат на устранение отказов всех потребителей вентиляционного участка с затратами на бурение дополнительной вентскважины и установку на ней дополнительного ГВ для обслуживания этого участка, затрат на устранение отказов потребителей, обслуживавшихся неоднократно форсируемым ГВ, с затратами на его замену. Компоненты вывода этих правил определяют местоположение и моменты ввода дополнительных элементов. Структурные правила по рациональной корректировке применяемых в базовом варианте схем проветривания выемочных и вентиляционных участков описывают наиболее радикальный способ повышения НЭФ ШВС, т. к. именно топология шахтной вентиляционной сети в решающей степени определяет воздухораспределение в ней, т. е. состояние ШВС. Поэтому выбор рациональных схем проветривания является одной из важнейших задач проблемы синтеза надежных и эффективных ШВС.
В рамках решения этой задачи предложен новый объектно-ориентированный подход к классификации схем проветривания выемочных и вентиляционных участков. Участок представляется в виде некоторой структуры, которая характеризуется набором атрибутов. Значения, принимаемые атрибутами, определяют конкретный тип схемы проветривания. В качестве основных атрибутов схемы вентиляционного участка выбраны: тип участковых воздухоподающих и вентиляционных выработок (атрибут Ат-1.3; его значения: бремсберги, уклоны, магистральные штреки и квершлаги), направление движения воздушных струй в этих выработках (атрибут Ат-1.1; его значения: согласное и встречное) и их взаимное расположение (атрибут Ат-1.2; его значения: центральные и фланговые). Атрибутами схемы выемочного участка являются лава, воз-духоподающая, вентиляционная, подсвежающая и поддерживаемая выработки, а также, при наличии, спаренная лава п ее воздухоподающая и поддерживаемая выработки (соответственно атрибуты А-3, А-1, А-4, А-5, А-2, А-6, А-7 и А-8). Значения атрибутов А-1, А-4 и А-7—{ВШ, УШ, ВХ, УХ}, т. е. участковые штреки (ходки), протяженность которых-по мере отработки запасов возрастает (убывает). Значения атрибутов А-2, А-5 и А-8—{О, ПШ, ПХ}, т. е. либо данная выработка отсутствует в схеме, либо она — поддерживаемый участковый штрек (ходок). Значения атрибутов А-3 и А-8 —{ВЛ, НЛ, ГЛ}, т. е. лавы с восходящим, нисходящим или горизонтальным направлением воздушной струи. В случае схемы с одиночной лавой атрибуты А-6 = А-7 = А-8 = 0. Множество схем
проветривания, описываемых разработанной классификацией, включает в себя и все схемы традиционной классификации. Кроме того, можно описать практически любые сочетания схемы вентиляционного участка и схем входящих в его состав выемочных участков.
В рамках стратегического метода разработай алгоритм стратегической модификации ШВС путем рациональной корректировки топологии ее сети. Этот алгоритм представляет собой итерационный процесс поиска и устранения «узких мест» в ШВС, т. е. снижения полученных при моделировании базового варианта затрат на устранение отказов для тех потребителей, для которых они превышают некоторое (задаваемое пользователем) критическое значение. На каждой итерации определяется самый «дорогой» потребитель (т. е. имеющий на данной итерации максимальное среди всех потребителей значение величины ; его имя присваивается переменной МАКСПОТ), применяются структурные правила корректировки схемы содержащего этот потребитель выемочного или вентиляционного участка и выполняется верификация целесообразности предлагаемого структурными правилами изменения схемы путем имитационного моделирования варианта ШВС со скорректированной схемой этого участка. Стратегическая модификация ШВС путем корректировки топологии сети завершается либо когда затраты для всех потребителей удовлетворяют пользователя, либо когда исчерпаны все возможности рациональной корректировки схем проветривания.
Структурные правила составляются на основе эвристических правил, которые получены путем обобщения приводимых в нормативной и методической литературе рекомендаций эвристического характера по выбору схем проветривания. В диссертации сформулировано свыше двадцати основных эвристических правил выбора схем проветривания.
Структурные правила организуются в алгоритмы идентификации и рациональной корректировки существующих в базовом варианте ШВС схем проветривания выемочных и вентиляционных участков. Эти алгоритмы изображаются в виде деревьев решений. Любой путь в дереве, решений из его начальной вершины в один из окончательных выводов представляет собой одно из структурных правил.
Разработаны шесть деревьев решений для рациональной корректировки схемы проветривания выемочного участка в рамках неизменяемой схемы содержащего его вентиляционного участка (рассмотрены случаи как одиночной, так и спаренных лав в выемочном участке). Каждое из этих деревьев соответствует случаю, когда та или иная выработка выемочного участка является самым «дорогим» потребителем, т. е. представляет собой «узкое место» в ШВС. На рис. 3 приведено дерево решений, соответствующее случаю, когда самым
«дорогим» потребителем является лава, т. е. значение переменной МАКСПОТ = А-3 (случай одиночной лавы, т. е. А-6 = = 0). Построение деревьев решений для корректировки схемы выемочного участка основывается на последовательном применении следующих принципов. Сначала выявляется определяющий фактор, по которому рассчитывалось минимально допустимое количество воздуха (2ш1п для самого «дорогого» потребителя. Затем в зависимости от определяющего фактора выбирается то или иное техническое решение по корректировке схемы, которое позволит увеличить расход воздуха в этом потребителе. При этом учитываются сформулированные в эвристических правилах ограничения па выбираемое техническое решение, накладываемые ГГ и ГТ условиями (газообильность, склонность к самовозгоранию и выбросоопасность пласта, его угол падения, опасность местных скоплений метана, транспорт, а также возможность изменения направления отработки выемочного столба, проходки спаренных выработок, поддержания выработок отработанного и использования выработок подготавливаемого участков). Далее выполняется идентификация существующей в базовом варианте ШВС схемы выемочного участка. Если она уже соответствует выбранному техническому решению, т. е. отсутствует возможность ее рациональной корректировки, то для уменьшения величины затрат следует попытаться скорректировать схему вентиляционного участка, содержащего этот выемочный участок. Иначе в соответствии с выбранным техническим решением выполняется корректировка существующей схемы выемочного участка на основе принципа минимальных изменений, т. е. изменения в схему вносятся в порядке возрастания затрат на их проведение (изменение направления движения воздуха в выработках, погашение, поддержание и проходка выработок, изменение направления отработки выемочного столба).
Дерево решений для рациональной корректировки схемы проветривания вентиляционного участка состоит из восьми блоков. Каждый из блоков соответствует определенным ГГ и ГТ условиям, идентификация которых для конкретной ШВС выполняется в вершинах обшей части дерева решений. На рис. 4 приведен блок № 4, соответствующий следующим условиям: газообильность выемочного участка не более 3 м3/мнн, пласт склонен к самовозгоранию, невыбросоопасный и неопасный по местным скоплениям метана (Ко<1). Каждый из блоков 'представляет собой алгоритм выбора наиболее рациональной в данных ГГ и ГТ условиях схемы выемочных участков и принятия решений по соответствующей корректировке схемы содержащего их вентиляционного участка. Построение этих блоков основывается на 'последовательном применении следующих принципов. Сначала на основе эвристических правил
конструируется схема выемочных участков, наиболее рациональная для данных ГГ и ГТ условий. Затем формулируются требования -к схеме вентиляционного участка, обусловленные сконструированной схемой его выемочных участков. Далее выполняется идентификация существующей в базовом варианте ШВС схемы вентиляционного участка и выбирается техническое решение по ее корректировке на основе принципа минимальных изменений (изменение взаимного расположения участковых воздухолодающих и вентиляционных выработок, изменение направления движения воздуха в них путем изменения мест расположения общешахтных выработок, изменение способа подготовки шахтного тюля (горизонта)).
Содержащиеся в деревьях решений экспертные правила по рациональной корректировке структуры ШВС (структурные правила) организованы в виде базы знаний для выбора надежных и эффективных схем проветривания выемочных и вентиляционных участков.
Таким образом, разработанные имитационный метод прогнозирования и тактический и стратегический методы повышения НЭФ ШВС представляют собой, алгоритмическое обеспечение компьютерной экспертной системы синтеза надежных и эффективных ШВС.
Программные средства синтеза надежных и эффективных
ШВС. Программные средства синтеза надежных и эффективных ШВС представляют собой программную систему «SYNT», которая реализует методологическую схему синтеза и имеет два режима работы — «Прогно'з» и «Повышение».
В режиме «Прогноз» головной программой является программа «PROG», которая реализует алгоритм имитационного метода прогнозирования НЭФ ШВС. Она состоит из подпрограмм различных уровней вложенности. Подпрограммы 1-го уровня — подпрограммы имитации процесса функционирования ШВС «SIMP» и оценки показателей НЭФ ШВС «EST». Подпрограмма «S1MP» включает в себя три подпрограммы 2-го уровня: ввода исходной информации «INF» (состоит из двух .модулей обработки проектной и статистической информации), моделирования одношаговой динамики ШВС «DYN» (состоит пз семи модулей, соответствующих описанным видам динамики ШВС) и анализа текущего состояния «STAT» (включает в себя подпрограммы предварительного анализа и графического изображения ШВС и расчета и регулирования воздухораепределения). Подпрограмма «EST» состоит из модулей текущего анализа потока отказов и восстановлений «REF» и расчета средних характеристик отказов и их последствий «AVER». Итогом выполнения программы «PROG» является файл прогнозных оценок показателей НЭФ базового варианта ШВС.
Режим «Повышение» используется при необходимости повышения прогнозных оценок показателен НЭФ ШВС и имеет два подрежима.
В подрежиме «Тактика» головной программой является программа «TACT», которая включает в себя программу «PROG» и подпрограмму рационального выбора тактических мероприятий «ТМ», реализующую алгоритм тактического метода. Подпрограмма «ТМ» состоит из трех подпрограмм 2-го уровня: рационального выбора мест проведения тактических мероприятий «PLAC», определения приоритета их проведения «ORD» и выявления запрещенного последовательного проветривания потребителей и ветвей-диагоналей «DI AG» (последняя содержит подпрограмму динамической иерархической сегментации ШВС «SEGM»), Итогом выполнения программы «TACT» является файл оценок показателей НЭФ базового варианта ШВС, полученных уже с применением рациональной тактики устранения текущих отказов,
В подрежиме «Стратегия» головной программой является программа «STRAT», которая включает в себя программу «TACT» и подпрограмму выбора стратегических мероприятий «STM», реализующую алгоритм стратегического метода. Подпрограмма «STM» состоит из двух подпрограмм 2-го уровня— подпрограмм параметрических «RULP» и структурных «RULS» экспертных правил повышения НЭФ ШВС. Подпрограмма «RULS» в свою очередь содержит подлрограм.му структурных правил по изменению количества элементов ШВС «NUMB» и подпрограмму рациональной корректировки топологии сети «BASE». Подпрограмма «BASE» состоит из двух модулей, представляющих собой базы знаний для выбора надежных и эффективных схем /проветривания выемочных «SVM» и вентиляционных «SVEN» участков, которые в настоящей версии содержат соответственно 351 и 447 экспертных правил. Итогом выполнения программы «STRAT» является файл, содержащий два списка оценок показателей НЭФ ШВС, первый из которых получен после моделирования базового варианта системы в режиме «Прогноз», а второй — после моделирования последней из версий скорректированного варианта системы в режиме «Повышение».
Практическая реализация методов прогнозирования и повышения НЭФ ШВС. Реализованные в виде программной системы «SYMT» принципы и методы синтеза надежных и эффективных ШВС внедрены на пяти шахтах Донбасса при перспективном планировании развития горных работ, что позволило повысить НЭФ их вентиляционных систем.
Выполнен ретроспективный анализ НЭФ ШВС шахты им. Л. И. Лутугина ПО «Торезантрацит» путем имитационного моделирования процесса ее функционирования за предыду-
щую пятилетку. Полученные результаты показали удовлетворительное совпадение рассчитанных путем моделирования и фактических затрат на устранение отказов (относительная погрешность для различных потребителей находилась в пределах 9,4—23,1 %, составляя в среднем 15,6%)- Это обусловило возможность применения программных средств для прогнозирования НЭФ ШВС на планируемый пятилетний период. В результате были получены характеристики как потока внезапных отказов и восстановлений потребителей, так и мероприятий по предупреждению их постепенных отказов, и рассчитаны прогнозные оценки показателей НЭФ потребителей базового (планируемого) варианта ШВС. Затем с целью повышения полученных показателей на основе экспертных правил базы знаний была сформирована последовательность скорректированных вариантов ШВС, отличающихся схемами проветривания выемочных и вентиляционных участков. В результате верификации этих вариантов ШВС были выданы рекомендации по корректировке применяемых в планируемом варианте системы схем проветривания вентиляционного участка бремсбергового поля пласта к7 и выемочных участков спаренных 27—28 западных лав пласта На и 17—18 западных лав пласта /17 (уклонное поле). Моделирование скорректированного варианта ШВС показало, -что реализация этих рекомендаций позволит снизить удельные приведенные затраты по тем потребителям, схемы проветривания которых корректировались, в среднем на 28,1%, а по всем потребителям шахты— в среднем на 16,3%.
Программная система «5КАГ7,>> применялась также для прогнозирования и повышения НЭФ ШВС при перспективном планировании развития горных работ на шахтах «Юбилейная» АО «Ростовуголь», «Ударник» и «Заря» ПО «Торезан-трацит» и при составлении программы реструктуризации АО «Обуховская», что позволило синтезировать рациональные в смысле надежности и эффективности варианты этих ШВС.
Разработанные на основе результатов диссертации «Методика автоматизированного расчета надежности проектируемых шахтных вентиляционных систем» и «Методика оценки экономической эффективности надежности функционирования шахтных вентиляционных систем» использованы институтом «Цептрогипрошахт» в качестве алгоритмического обеспечения фрагмента «Вентиляция» САПР-уголь.
Полученные положительные результаты практической реализации являются подтверждением как обоснованности и достоверности научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы, так и ее практической ценности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации па основании выполненных автором исследований осуществлено решение научной проблемы синтеза надежных и эффективных ШВС, что имеет важное научное и народнохозяйственное значение для угольной промышленности России и СНГ.
Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
1. Сформирована и обоснована совокупность показателей надежности, функциональной и экономической эффективности ШВС. Разработаны принципы прогнозирования показателей и выбора технических решений по их повышению. Сформулирована методологическая схема синтеза надежных и эффективных ШВС, реализуемая в виде итерационного процесса из двух циклически повторяющихся этапов — этапа прогнозирования показателей НЭФ ШВС и этапа их повышения. Этап прогнозирования реализуется путем имитационного моделирования процесса функционирования ШВС и основан на принципах комплексности (оценки показателей как надежности, так и функциональной и экономической эффективности ШВС) и иерархичности (ранжирования отказов вентиляции по их значимости и оценки показателей различных рангов). Этап повышения основан на использовании системы экспертных правил и предполагает последовательное применение принципов рациональной тактики восстановления работоспособности ШВС (повышение восстанавливаемости системы без корректировки ее базового варианта) и стратегической модификации ШВС (повышение НЭФ системы путем рациональной корректировки параметров и структуры ее базового варианта).
2. Разработана стохастическая динамическая модель ШВС, учитывающая детерминированную и стохастическую динамику ее структуры и параметров. Детерминированная динамика ШВС соответствует программе развития горных работ на шахте. Стохастическая динамика ШВС отражает отклонения от проектных значений как сроков существования, так и параметров элементов системы вследствие случайных изменений скоростей подвигания подготовительных и очистных забоев, аэродинамического старения, разрушений и ремонтов элементов. Модель ШВС включает в себя систему сетевых уравнений и семь одношаговых моделей различных видов изменений структуры и параметров системы на очередном шаге моделирования: 1) проходка выработок; 2) погашение выработок; 3) очистные работы; 4) изменение потребностей в воздухе у потребителей; 5) замена или добавление ГВ; 6) старение элементов; 7) разрушения и ремонты элементов.
3. Разработан метод прогнозирования НЭФ ШВС, основанный на имитационном моделировании случайного (в силу
стохастической динамики системы) процесса функционирования ШВС. Идея метода заключается в имитации отдельных возможных реализаций этого процесса (т. е. возможных реализаций программы развития горных работ) путем учета детерминированной динамики ШВС и генерирования возможных случайных изменений ее структуры и параметров, а также случайных моментов этих изменений. На каждом шаге моделирования фиксируются характеристики потока отказов и восстановлений потребителей и последствия отказов, а также выбираются способы устранения отказов и определяются затраты на их реализацию. Получены соотношения для прогнозных оценок показателей НЭФ ШВС.
4. Разработана методика оценки статистических характеристик как постепенных, так и внезапных случайных изменений структуры и параметров ШВС. Получены экспериментальные зависимости от времени математического ожидания, дисперсии и корреляционной функции случайного процесса аэродинамического старения для тринадцати классификационных групп горных выработок. Установлено, что процесс старения выработок имеет логнормальный закон распределения. Установлены также статистические характеристики случайного процесса аэродинамического старения вентиляционных шлюзов, случайных потоков обрушений и ремонтов выработок, разрушений и ремонтов шлюзов, остановок ГВ, а также случайного процесса отклонений скоростей подвигания подготовительных и очистных забоев от их проектных значений.
5. Предложен новый подход к экономическому анализу НЭФ ШВС, позволяющий выбирать вариант системы, наиболее эффективный по критерию минимума удельных приведенных затрат (стоимости угля по фактору вентиляции). Этот критерий учитывает как затраты на создание и эксплуатацию ШВС, так и потери, обусловленные ненадежностью функционирования системы, включающие в себя затраты на устранение отказов вентиляции и экономический ущерб от аварий по фактору вентиляции. Получены соотношения для оценки среднего значения затрат на устранение отказов ШВС в зависимости от вида и глубины отказов и способов их устранения. Получено соотношение для определения среднего экономического ущерба от аварий по фактору вентиляции, учитывающее относительные частоты возникновения при отказе вентиляции взрывов газа и пыли и загазирований выработок, а также величины средних ущербов от одной аварии каждого вида. Разработана методика оценки величины капитальных и эксплуатационных затрат на повышение НЭФ ШВС, основанная на анализе возможных параметрических и структурных способов повышения показателей надежности и эффективности системы.
/
6. Разработан метод повышения НЭФ ШВС путем выбора рациональной тактики восстановления работоспособности ШВС («тактический метод»), который позволяет повысить восстанавливаем ость системы без корректировки ее базового варианта. Алгоритм тактического метода реализует оптимальное регулирование воздухораспределения с помощью динамически выбираемых мероприятий по устранению текущих отказов («тактических» мероприятий) и с учетом продолжительности их проведения. Тактика рационального выбора мест и приоритета проведения тактических мероприятий основана на сегментации ШВС и использовании системы экспертных правил («тактических правил»). В рамках тактического метода разработаны оригинальные алгоритмы, которые могут использоваться при решении различных задач шахтной вентиляции: а) алгоритм динамической иерархической сегментации ШВС, т. е. представления ее в виде иерархической совокупности аэродинамически связанных частей («сегментов» различных уровней), содержащих группы потребителей; б) алгоритм выявления запрещенного по ПБ последовательного проветривания потребителей, ветвей-диагоналей и ветвей-утечек; в) алгоритм собственно оптимального регулирования, сочетающий черты метода возможных направлений и метода проекции градиента.
7. Разработан метод повышения НЭФ ШВС путем формирования обоснованной стратегии модификации базового варианта системы («стратегический метод»), что позволяет устранить в нем «узкие места». Этот метод использует систему экспертных правил («стратегических правил»), описывающих условия проведения мероприятий по повышению безотказности и ремонтопригодности отдельных элементов ШВС, изменению их количества и корректировке схем проветривания. Предложен новый объектно-ориентированный подход к классификации схем проветривания вентиляционных и выемочных участков. Разработаны принципы и алгоритмы идентификации и рациональной корректировки применяемых в базовом варианте ШВС схем проветривания, представленные в виде деревьев решений.
8. Разработаны программные средства синтеза надежных и эффективных ШВС в виде программной системы «БУ/УТ», имеющей два режима работы. В режиме «Прогноз» выполняется прогнозный анализ НЭФ очередного варианта ШВС и рассчитываются оценки его показателей. Режим «Повышение» используется при необходимости повышения прогнозных оценок показателей НЭФ ШВС и имеет два подрежима. В подрежиме «Тактика» для повышения НЭФ ШВС применяется рациональная тактика восстановления работоспособности системы, использующая тактические экспертные правила. В подрежиме «Стратегия» для повышения НЭФ ШВС применя-
ется корректировка параметров и структуры очередного варианта системы, основанная на стратегических экспертных правилах и диалоге с пользователем. При этом используются базы знаний для выбора надежных и эффективных схем проветривания выемочных и вентиляционных участков, которые в настоящей версии содержат соответственно 351 и 447 экспертных правил.
9. Внедрение реализованных в виде программной системы «5УАТ» принципов и методов синтеза надежных и эффективных ШВС на пяти шахтах Донбасса позволило повысить НЭФ их вентиляционных систем. При реализации рекомендованных мероприятий по повышению показателей НЭФ ШВС средняя по всем потребителям воздуха величина удельных приведенных затрат уменьшилась на 16,3%, а среднее снижение затрат только по тем потребителям, схемы проветривания которых корректировались, составило 28,1%. Внедрение результатов исследований в разрабатываемой институтом «Цен-трогипрошахт» САПР-уголь позволило расширить функциональные возможности ее фрагмента «Вентиляция».
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Ушаков В. К. Показатели надежности шахтных вентиляционных систем.— В сб.: Технология подготовки, шахтных полей с добычей угля и метана. —М.: МГИ, 1,987. — С. 1117—421.
2. Ушаков К. 3., Ушаков В. К. Надежность шахтных вентиляционных систем. — В учебнике: Аэрология горных предприятий.— М,: Недра, 1987.— С. 187-200.
3. Ушаков В. К. Аналитический метод оценки надежности шахтных вентиляционных систем. — В сб.: Технология комплексного извлечения угля. газа, энергии, воды, породы. — М.: МГИ, '11988. — С. 78—84.
4. Ушаков В. К. Структурные элементы надежности шахтных вентиляционных систем. — Известия вузов. Горный журнал, '1988, № 11. — С. 97— 99.
5. Ушаков В. К., Скопинцева О. В. Исследование влияния горно-геологических и горнотехнических условий на аэродинамическое старение горных выработок. — В сб.: Нетрадиционные технологии разработки угольных месторождений. — М.: МГИ, 1988, — С, 86—88.
6. Ушаков К. 3., Ушаков В. К. Об оценке надежности шахтных вентиляционных систем. — Известия вузов. Горный журнал, 1988, № 12.— С. 38—42.
7. Ушаков В. К. Алгоритм моделирования и оценки надежности шахтных вентиляционных систем. — В сб.: Интенсивная и безотходная технология разработки угольных и сланцевых месторождений. Тез. докл. Всес. науч.-техн. конф. — М.: МГИ, 1989,— С. 76—77.
8. Ушаков В. К., Скопинцева О. В. Аэродинамическое старение горных выработок и учет его влияния на надежность вентиляции. — В сб.: Интенсивная и безотходная технология разработки угольных и сланцевых месторождений. Тез, докл. Всес. науч.-тех«, конф, — М.: МГИ, 1989. — С, Мб— 1.17.
9. Ушаков В. К. Надежность шахтных вентиляционных систем. — В справочнике: Рудничная вентиляция. — М.: Недра, 1988. — С. 228—246.
10. Ушаков В. К., Капышев В. Н. Анализ обеспеченности очистных забоев воздухом путем имитационного моделирования 'надежности! вентиляционных шлюзов. — В сб.: Совершенствование добычи и переработки горючих сланцев. Тез. докл. IX респ. науч.-техн. конф. молодых специалистов и ученых.— Кохтла-Ярве, НИИелаицев, 1989. — С. 65.
1,1. Ушаков В. К. Структурный метод оценки надежности шахтных вентиляционных систем. — Известия вузов. Горный журнал, 1989, № 5.— С. 52—55.
'12. Ушаков В. К. Прлнципы построения стохастической модели надежное™ шахтных вентнлящгошл.и систем. — Известия вузов. Горный журнал, 1989, № 8. — С. 40—44.
13. Us'iakov К. Z., Usnakov V. К., Skopi.itseva О. V. Reliability of
mine ventilatio;) systems.—23^° Inter.iatio ¡a! Conference of Safely in Mines research institutes. — WashingtO', DC, 1989.— pp. 373—383.
14. Ушаков К. 3., Ушаков В. К. Статистическая оценка .надежности функционирования шахтных вентиляционных систем. — Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1990, № 1. — С. 89—92.
15. Ушаков В. К. Экслертво-системный подход к решению проблемы повышения надежности и эффективности шахтной вентиляции. — В сб.: Интенсивная подготовка и отработка шахтного поля. — М.: МГИ, 1990.— С. 106-108.
'16. Ушаков В. К., Капышев В, Н. Надежность шлюзов в шахтной вентиляционной системе. — Тез. докл. Шестой региональной науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов по проблемам добычи и обогащения 'руд АН СССР, КНЦ, ГоИ, —Апатиты: 1990. —С. 41—42.
17. Ушаков В. К. Имитационное моделирование надежности и эффективности функционирования шахтных вентиляционных систем. — Известия вузов. Горный журнал, 1091, № 6. — С, 23—26.
18. Ушаков К. 3., Редкозубое С. А., Ушаков В. К. Основные концепции проектирования и реализации экспертной системы синтеза надежных и эффективных шахтных 'вентиляционных систем.— В сб. докладов 24-й Международной конференции научно-исследовательских институтов по безопасности работ в горной промышленности. — Донецк: Виешторгиздат, 1991, —С. 197—205,
Ш. Ушаков В. К. Эвристические и алгоритмические принципы «онстру-(грования высоконадежных шахтных вентиляционных систем. — В сб.: VIII Всесоюзное совещание. Управление вентиляцией и газодинамическими явлениями в шахтах. — Новосибирск, 1991. — С. 36.
20. Ушаков В. К. Экономический аспект проблемы синтеза высоконадежных и эффективных шахтных вентиляционных систем. — В сб.: Региональная подготовка угольных месторождений к эффективной и безопасной разработке.—М.: МГИ, 1991. — С. 91—94.
21. Ушаков В. К., Капышев В. Н. Обоснование критерия надежности шлюзовых устройств по факторам аэродинамического старения и внезапных разрушений. — В сб.: Региональная подготовка угольных месторождений к эффективной и безопасной разработке. — М.: МГИ, 1991, —С. 79— 81.
22. Ушаков В. К. Метод регулирования воздухораспределения при имитационном моделировании надежности шахтных вентиляционных систем. — В сб.: Проблемы экологически чистой автоматизированной шахты глубокого заложения. — М.: МГИ, 1991. — С. 84—86.
^23. Ушаков В. К. Концепция формирования стохастической динамической модели процесса функционирования шахтной вентиляционной системы. — В сб. тезисов докладов Международного симпозиума по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства: Безопасность горных
работ. Новые технологии добычи полезных ископаемых. — С.-П.: СПбГИ, 1993. — С. 4.
24. Ushakov V. К. Dynamic analysis and adjustment of underground ventilation system. — World coil technology, 1993, № 1.—pp. 27—31.
25. Ушаков К. 3., Ушаков В. К. Российская современная горная теория вентиляции и газодинамики. — Сюйчжо,у: КГУ, '1994. — 100 с.
26. Ушаков В. К., Фомичев М. В. Влияние вентиляторов местного проветривания на 'надежность вентиляции выемочных участков. — Безопасность труда в промышленности* 1994, № 12. —С. 46—51.
27. Ушаков В. К., Фомичев М. В. Классификация схем проветривания вентиляционных и выемочных участков. — Безопасность труда в промышленности, 1,9-95, № 7. — С. 47—49.
28. Ushakov V. К. Stochastic dynamic model of mine ventilation systems. — В сб.: Computer Applications and Operations Research in the Mineral Industries (second Regional APCOM-97 Svmposium) — M.: МГГУ, 1997.—c. 405—407.
29. Ушаков В. К. Компьютерное моделирование шахтных вентиляционных систем при развитии горных работ.—М.: МГГУ, ГИАБ, 1997, вып. 4.— С. 178—'180.
30. Ушаков В. К. Экспертно-сгестемное конструирование схем проветривания выемочных и вентиляционных участков. — М.: МГГУ, ГИАБ, 1997. вып. 3, —С. 1:14—117.
-
Похожие работы
- Оценка эффективности системы вентиляции шахт Подмосковного бассейна
- Разработка методов оперативного расчета и планирования вентиляционных систем действующих шахт
- Влияние аэродинамического старения горных выработок на надежность шахтной вентиляционной системы
- Разработка математических моделей вентиляторных установок главного проветривания шахт при одиночной и совместной работе на сложную вентиляционную сеть
- Исследование энергетической эффективности шахтных калориферных установок с использованием метода эксергетического анализа