автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Теория, методы и средства автоматизированного управления безопасностью при авариях на подземных горных предприятиях

ри од

- ОПТ

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский ордена Трудового Красного Знамени государственный горный университет

На правах рукописи МУТАНОВ Галимхаир

УДК 622.8:628.564

ТЕОРИЯ, МЕТОДЫ й СРЕДСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПРИ АВАРИЯХ НА ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

Специальность 05.13.07 — «Автоматизация технологических процессов н производств (промышленность)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степеин доктора технических наук

Москва 199.3

Диссертационная работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный консультант

член-корреспондент РАН, докт. техн. наук, проф. ПУЧКОВ Л. А.

Официальные оппоненты:

докт. техн. наук, проф. ИЛЮША А. В., докт. техн. наук, проф. КАМЫНИН Ю. Н„ докт. техн. наук, проф. МАТВИЕНКО Н. Г. /

Ведущее предприятие — институт ГИПРОУГЛЕАВТО-МАТИЗАЦИЯ-

Защита диссертации состоится 1993 г.

_час. на заседании специализированного Совета Д-053. 12.12 при Московском государственном горном университете по адресу: 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, д. 6. иуд' А - 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан

«17 »сентября 1993—г.

Ученый секретарь специализированного Совета Д-053.12.12 докт. техн. наук, проф. ТОРХОВ В. Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Горнодобывающая промышленность, особенно, ее пс. чная разработка, которая ведется в замкнутом пространстве, в ухудшающихся горногеологических условиях в настоящее время остается одной из самых опасных отраслей народного хозяйства, имеющей наибольший показатель смертности. Природные силы и процессы в недрах земли, относительные равновесия которых нарушаются в результате ведения горных работ, представляют постоянную угрозу в виде опасных явлений в жизнедеятельности подземных горных предприятий (ПГП). СовремеР" я технология добычи полезного ископаемого, разр-^утка его на больш...; глубинах, применение высокопроизводительных / обычных машин и комплексов существенно осложнили проблему обеспечения аварийной безопасности ведения горных работ. Эти факторы показывают, что концепция "абсолютной безопасности" не приемлема внутренним законом техносферы шахт и рудников, поэтому безопасное ведение горных работ должно не только предотвратить несчастные случаи и возможные аварии, но и требует прогнозирования развития событий в случае той или иной аварии, допуская тем самым некоторый приемлемый риск.

В этих условиях основную роль в обеспечении безопасности подземных горных предприятий играют правильно организованная система проветривания горных выработок, позволяющая поддерживать аэрогазовые параметры в пределах обусловленных Едиными Правилами Безопасности (ЕПБ), и система оперативного ввода в действие Плана Ликвидации Аварии (ПЛА).При этом ПЛА, содержащий первоочередные меры ведения горноспасательных работ, от правильности и работоспособности которых зависит жизнь людей и размеры материального ущерба, одновременно является средством как профилактики аварийности, так и ликвидации аварий.

Составлениг ПЛА и его оперативный ввод в действие возлагается на человека, от которого требуется знание большого объема инструктивной и справочной информации. На разработку и проверку позиций ПЛА затрачивается длительное время и большой труд специалистов, нередко фактор субъективности ставит под сомнение его работоспособность.

В сложной аварийной ситуации человеческие действия, как правило, носят нестатический и непредсказуемый характер, не всегда удается вы-

работа-! правильное решение по спасению людей и ликвидации аварии, определить аварийные вентиляционные режимы, своевременно оповестить об аварии и т.д. Все это остро ставит проблему обеспечения аварийной безопасности шахт и рудников, вызывает необходимость к ней нового подхода,обуславливает создание высокоэффективных автоматизированных систем аварийной безопасности на базе современных методов и средств.

Переход к автоматизированным системам аварийной безопасности позволяет при принятии решений по ликвидации аварий использовать большой объем знаний и накопленный опыт по данной проблеме, проигрывать • последствия принимаемых решений, определять причины и риск аварийных ситуаций, дает возможность обучения персонала подземных горных предприятий по безопасности и проведения тренинга службы горноспасателей.

Изложенное показывает,что проблема создания научных основ и разработка методов и средств управления автоматизированных систем аварийной безопасности подземных горных предприятий, позволяющих повысить безопасность ведения горных работ, является актуальной научной проблемой имеющей важный народнохозяйственный эффект и социальное значение.

Цель работы - создание теоретических основ, разработка методов и средств автоматизированного управления безопасностью при авариях на подземных горных предприятиях, позволяющих повысить аварийную безопасность ведения горных работ.

Идея работы - заключается в использовании закономерностей техносферы . подземных горных предприятий и принципов оперативного мышления при создании теоретических основ, разработки Методов и средств автоматизированного управления безопасностью при авариях.

Научные положения, разработанные лично диссертантом, и их новизна:

1. Концепция приемлемого уровня риска аварийности и теоретические основы оценки уровня риска аварийности подземных горных предприятий, новизна которых заключается в учете реальных ретроспективных ст? -тических данных об авариях при проведении вег •• тностного анализа оезопасности (ВАБ) на основе деревьев отказов и событий, что

позво^игг определить текущий уровень и установить при«, емый уровень риска аварийности подземных горных предприятий.

2. Теория и структура классификации и распознавания аварийных ситуаций ПГП, новизна которых заключается в представлении понятий об аварийных ситуациях в виде семантической сети, состоящей из двух деревьев понятий: классификационных и композиционных, что позволяет автоматически распознавать с использованием логического метода " распознавание с учителем " аварийные ситуации на основе как качественной, так и количественной информации об авариях.

3. Метод определения кратчайших маршрутов вывода людей из опасных зон и движение службы горноспасателей, основанный на методах " поиска в глубину " " с возвратом " и его графическое представление, новизна которого заключается в учете всех требований ЕПБ, и в использовании базы правил и принципов когнитивной графики, что позволяет определить опасные и угрожаемые участки,, сэкономить оперативную память ЭВМ и визуализировать процесс решения.

4. Теоретическое обоснование списков мероприятий по спасению людей и ликвидации аварий, новизна которого заключается в использовании экспертных оценок при их ранжировании, что позволяет определить необходимый перечень мероприятий по спасению людей и ликвидации аварии, последовательность их реализаций по времени и выработать единый подход при разработке Г1ЛЛ рудников.

5. Модели управления процессом ликвидации аварии, новизна которых заключается в использовании в задачах управления процессом ликвидации аварии комплекса моделей: мысленной модели ликвидации аварий, ситуационных моделей управления типа "ситуация - действие" и "ситуация - стратегия управления - действие"; модели времени и сетевых моделей управления процессом ликвидации аварий, которые позволяют определять порядок действия лица, принимающего решение (ЛПР), при различных аварийных ситуациях и управлять процессом ликвидации аварии в соответствии с предложенными в работе критериями оптимального управления - минимизирующих общее время спасения людей и ликвидации аварии.

6. Цифровые имитационные модели воздухораспределения ШВС, новизна " "торых заключается в использовании характеристи" ких уравнений • _ вствительности естественного воздухораспределения ..о отноше-

нию к вариациям управляющих воздействий воздухорегулирующих средств и аэрогазодииамических параметров горных выработок в комплексе с моделями контуров управления и аэрогазодинамических процессов ШВС, что позволяет прогнозировать воздухораспрсдслсние в ШВС и установить аварийные вентиляционные режимы.

7. Теоретические основы создания экспертных систем формирования ИЛА подземных горных предприятий, новизна которых заключается в структурировании и создании базы знаний (БЗ) экспертной системы, состоящей из двух иерархических уровней. На первом, высшем уровне в виде фреймов представлены знания о ПГП, об аварийных ситуациях, о технических средствах и оборудовании, обеспечивающих аварийную безопасность. Второй уровень БЗ составляет база правил в виде правил - продукции по составлению и оперативному вводу в действие ПЛА. Представленная таким образом БЗ о проблемной области дает возможность путем логического вывода, который носит циклический характер, не только формировать список мероприятий по спасению людей и ликвидации аварии при любых видах аварийных ситуаций, но и накапливать знания и объяснять формируемый текст ПЛА.

8. Принципы построения и функционально-алгоритмическая структура автоматизированной системы аварийной безопасности подземных горных предприятий, новизна которой заключается в использовании в составе системы, согласно с предложенной концепцией, различных функциональных подсистем и технических средств.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

сопоставимостью результатов теоретических исследований, результатов имитационного моделирования с результатами экспериментальной проверки в шахтных условиях в пределах 7-10% относительных величин оцениваемых параметров;

результатами опытно-промышленной эксплуатации АСУ вентиляции шахты;

результатами опытно-промышленной эксплуатации системы автоматизированного составления и оперативного ввода в действия ПЛА рудников.

Научное значение работы состоит в создании научных основ и разработке теории, методов и средств автоматизированного управления аварийной безопасностью подземных горных предприятий при авариях, что является дальнейшим развитием теории автоматизированного управления аварийной безопасностью сложных технических систем.

Практическое значение работы состоит в разработке: системы экспертного формирования ПЛА на базе которой возможно управление процессом ликвидации аварии, обучение персонала ПГП и тренинг службы горноспасателей;

пакета программ имитационного моделирования воздухораспределе-ния шахтной сети, который может использоваться при определении аварийных вентиляционных режимов шахт и рудников;

методики оценки уровня риска аварийности, которая может использоваться при оценке уровня риска аварийности подземных горных предприятий;

микропроцессорной системы аварийной сигнализации, которая позволяет сочетать минимум два независимых способа оповещения и функционирующая как автономно так и в сопряжении с ЭВМ;

шахтной перемычки (А. С. N 1490296, СССР) для изоляции горных выработок при ликвидации аварии и регуляторов расхода воздуха для оперативного управления воздухораспределением в шахтной сети.

Реализация выводов и рекомендации работы осуществлена путем внедрения их на угольной шахте, рудниках и принятия к использованию научно-исследовательскими, проектными и учебными институтами.

Система экспертного формирования ПЛА, микропроцессорная система аварийной сигнализации и проект "Методических указаний по составлению и оперативному вводу в действие ПЛА" приняты и рекомендованы Госгортехнадзором Республики Казахстан для внедрения на подземных рудниках Республики.

Казахским научно-исследовательским институтом безопасности горной промышленности (Каз НИИБГП) используются методика оценки риска аварийности подземных горных предприятий, методы классификации и распознавания аварийных ситуаций, алгоритм и программа определения и расчета кратчайших маршрутов, алгоритм и программа мате-

матических моделей воздухораспределения ШВС, база знаний экспертной системы формирования ПЛА.

Институтом "Гипроуглеавтоматизация" приняты к использованию алгоритмы и программы математических моделей управления воздухо-распределением ШВС.

Результаты исследований, полученные в диссертации, используются в ряде учебных пособий автора, курсовом и дипломном проектировании, при проведении практических, самостоятельных и лабораторных работ.

Микропроцессорная система аварийной сигнализации внедрена на подземном руднике ГОКа "Майкаинзолото".

Алгоритмы и программы математических моделей управления воз-духораспределением ШВС в составе математического и программного обеспе1.. :1ия АСУ вентиляцией шахты внедрены на шахте '"'оммунист" ПО "С ,;ябрьуголь".

Система экспертного формирования ПЛА, пакет программ имитационных моделей воздухораспределения и регуляторы расхода воздуха приняты к внедрению на Соколовском подземном руднике.

Связь темы диссертации с государственными программами и с планом работы института.

Автор принимал участие в решении проблемы создания экспериментального образца системы автоматического управления проветриванием шахты "Коммунист" ПО "Октябрьуголь" в качестве исполнителя тем, выполнявшихся Московским Горным институтом в соответствии с целевой комплексной научно-технической программой О. Ц. 026, задание 01.22 (Постановление ГКНТ и Госплана СССР N 476-ГК/429-ГП от 12. 12. 1980 г.) и создания автоматизированной системы безопасности угольных шахт (Программа Минтопэнерго России N 06.03). В качестве руководителя научно-исследовательских работ автор принимал участие в решении проблем "Создание систем мероприятий безопасного ведения горных работ (Программа Министерства науки и новых технологий Республики Казахстан) и по разработке и внедрению системы автоматизированного составления и оперативного ввода в действие ПЛА рудников (решение Госгортехнадзора Республики Казахстан 15-1/452 от 20. 07. 92.) с рядом предприятий горнообогатительных комбинатов (ГОК) Республики Казахстан: Шахта "Молодежная" (Донской ГОК), Майкаин-

б

ский подземный рудник (ГОК "Майкаинзолото"), рудник "Южная" (ГОК "Каззолото"), Соколовский подземный рудник (ССГПО) и др.

Диссертационная работа является составной частью вышеуказанных исследований.

Апробация работы. Основное содержание работы и ее отдельные положения докладывались и были одобрены на Республиканской конференции "Молодые ученые - научно-техническому прогрессу в угольной промышленности" (г. Донецк, 1984 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективы развития технологии подземной разработки рудных месторождений" (г. Москва,1986 г.); Всесоюзном научно-техническом совещании "САПР и АСУ горного производства" (г. Алматы, 1987г.); Региональной научно-технической конференции молодых ученых "Комплексное и рациональное освоение железорудных месторождений и охрана природы" (г. Губкин, 1988 г.); Всесоюзном научно-практическом семинаре "Аэрология калийных рудников" (г. Кунгур,1989 г.); IX Республиканская научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов "Совершенствование добычи и переработки горючих сланцев" (г. Кохтла-Ярве. 1989); Международной конференции "Гуманизация горной работы" (Венгрия, г.Шиофок,1989 г.); XIV Международном симпозиуме по пневмокониозу (ЧСФР, п. Горный-Бечва, 1989 г.); Х-Х1 Международной конференции по автоматизации горного производства 1САМС90, 92 (ЧСФР, г. Острава, 1990 г.; СНГ г.Екатеринбург, 1992 г.); Международном форуме информатизации МФИ -92. Всемирный конгресс 1ТБ-92 "Информационные коммуникации, сети, системы и технологии" (Москва, 1992 г.); Международном семинаре "Теория и практика комплексного освоения месторождений полезных ископаемых и обогащения минерального сырья" (Москва-Алматы, 1992 г.) IV - Международной конференции по проблеме здоровья шахтеров и эргономике (Венгрия, г. Печь, 1990 г.); 23 Международном симпозиуме по применению ЭВМ и автоматизации в горнодобывающей промышленности АРСОМ' 92, (США, г. Тусон, 1992 г.); II Международном симпозиуме по механизации и автоматизации горнодобывающей промышленности (Швеция, г. Лулиа, 1993 г.); Техническом совете управления Рудненского округа Госгортехнадзора Республики Казахстан (г. Рудный, 1992 г.); Научно-техническом совете республиканского комитета Госгортехнадзора Ре-

7

спублихи Казахстан (г. Алматы, 1992 г.); Технических советах Соколовского подземного рудника, ГОКов "Майкаинзолото", "Каззолото", Донского ГОКа (1988-1993 гг.); Научных семинарах Московского горного института (Москва, 1983-1986 гг., 1991 - 1993 гг.) и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 50 научных работ, получено одно авторское свидетельство на изобретение, подготовлено четыре отчета по научно-исследовательской работе, зарегистрированных во ВНТИцентре.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения изложенных на 340 страницах машинописного текста, содержит 98 рисунков и 8 таблиц, список литературы из 161 наименования и приложения.

Автор выражает глубокую признательность .научному консультанту проф. Л.А. Пучкову, а также проф. Л.А. Бахвалову за внимание и поддержку при подготовке и завершении диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проблема разработки и создания автоматизированных систем аварийной безопасности подземных горных предприятий в настоящее время становится осуществимой, благодаря исследованиям и разработкам проводимым научными коллективами институтов Автоматуглепром, ВНИ-ИБТГ, ВНИИГД, ГУА, ДГИ, ДонУГИ, ДПИ, ИГД АН Грузии, ИГД АН Казахстана, ИГД им.Скочинского, ИГД СО РАН, ИГТМ Украины, КИА, КНИУИ, ЛГИ, Мак НИИ, МГИ. Значительный вклад в решение внесли работы ученых СНГ: Ф.А.Абрамова, Л.А.Бахвалова, В.А.Бойко, А.С.Бур-чакова, В.А.Горбатова, А.В.Илюши, И.Ю.Камынина, Ф.С.Клебанова, Н.Г.Матвиенко, О.И.Медведева, И.И.Медведева, И.М.Местера, И.Н.Петрова, В.Я.Потемкина, Л.А.Пучкова, Е.И.Рогова, Г.К.Рязанцева, В.А.Святного, В.Л.Сахновского, Г.Г.Соболева, К.З.Ушакова, Л.П.Фельдмана, С. Цоя, и других ученых, трудами которых были созданы предпосылки реализации автоматизированных систем аварийной безопасности шахт и рудников.

В первой главе диссертационной работы рассматриваются основные особенности создания автоматизированных систем аварийной безопасности, особенности аварий подземных горных предприятий, методы и модели автоматизированного управления безопасностью при авариях на ПГП и задачи исследований.

Рациональное использование и охрана недр земли, как система организационных и технических мер добычи полезного ископаемого, тесно связана и более того в некоторой степени зависит от решения вопросов обеспечения аварийной безопасности работ. Разработка месторождений полезного ископаемого при их практическом осуществлении должны прежде всего обеспечить безопасность горных работ, т.е. по возможности исключить возникновение различных видов аварии: обрушение горных выработок, взрывы газа, пожары, выбросы полезных ископаемых, и вмещающих пород, горные удары, прорывы воды и плывунов в горные выработки и другие опасные явления или свести к минимуму их последствия.

В свою очередь предупреждение и своевременная ликвидация вышеназванных аварий одновременно обеспечивают жизнедеятельность подземного горного предприятия, охрану недр, непосредственно сохраняя от потерь запасы полезных ископаемых.

В настоящее время на основе накопленного опыта по созданию отдельных автоматизированных систем и средств жизнеобеспечения ПГП, и современного уровня научных методов и технических средств появляются реальные возможности перехода к высокоэффективным интеллектуальным системам аварийной безопасности. Интеллектуальная система аварийной безопасности ПГП должна:

- оценивать ситуацию на объекте управления и выработать список мероприятий по спасению людей и ликвидации аварий;

- иметь возможность обучаться распознаванию и классификации неизвестных аварийных ситуаций и формировать список мероприятий по их ликвидации;

- объяснить формируемый текст ПЛА и уметь отвечать на вопросы касающейся проблемной области;

- функционировать в темпе возникновения и развития аварии.

Системный подход создания автоматизированных систем предусматривает единство деятельности всех элементов системы аварийной безопасности и проведение нормативных исследований.

Для; достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие основные задачи:

1. Анализ и теоретическое обобщение результатов анализа причин возникновения и развития аварии подземных горных предприятий.

2. Разработка теоретических основ оценки уровня риска аварийности подземных горных предприятий.

3. Разработка методов классификации и распознавания аварийных ситуаций.

4. Разработка методов определения кратчайших маршрутов движения горнорабочих и горноспасателей в шахтной сети.

5. Теоретическое обоснование списков мероприятий по спасению людей и ликвидации аварий при различных аварийных ситуациях.

6. Разработка моделей управления процессом ликвидаций аварий.

7. Разработка и исследование имитационных моделей воздухорасп-ределения в шахтной вентиляционной сети для задач управления процессом ликвидаций аварий.

8. Разработка гибридной экспертной системы автоматизированного составления и оперативного ввода в действие планов ликвидации аварий подземных горных предприятий.

9. Разработка функциональной структуры и технических средств управления автоматизированной системы аварийной безопасности подземных горных предприятий.

Во второй главе проведен анализ аварии шахт и рудников, их теоретическое обобщение и разработаны теоретические основы оценки риска аварийности подземных горных предприятий.

Основной задачей анализа аварийности подземных горных предприятий являлось выявление факторов и причин возникновения аварии и установления тенденции и закономерности аварий шахт и рудников.

Показано, что природные явления, которые возникают в виде подземных аварий, происходят и развиваются согласно двум законам термодинамики - закону сохранения энергии и закону возрастания энтро-

пии. При этом закон возрастания энтропии предопределяет направление процессов, а закон сохранения энергии - баланс природных ресурсов.

Согласно фундаментальному закону (закону сохранения энергии) природные силы в результате воздействия технологических процессов, связанных с велением горных работ, теряют свои относительные равновесия и переходят в другую форму в виде опасных явлений - аварий. Причинами аварий ПГП кроме природных факторов также являются производственно-технические фактор!,I и факторы, не связанные с подземной разработкой.

С ростом сложности технических жи'м особую роль в обеспечении аварийной безопасности ПГП играет человеческий фактор. Несоблюдение персоналом Правил Безопасности и нарушение условий эксплуатации технических систем являются причинами многих аварий, а неправильные действия ответственных лиц в аварийных ситуациях становятся источниками других более серьезных аварий.

В результате анализа установлены три фазы динамики развития и возникновения аварии. Первый этап динамики соответствует фазе "накоплении' элементарных событий (факторов). Вторая фаза ¡о их суммирование и резкое возрастание факторов в количественном отношении. Эти два этапа или фазы характеризируют предаварийную ситуацию.

Процесс "назревания" аварийных ситуаций во времени происходит не сразу, а постепенно по некоторому закону. Анализ показывает, что данный процесс носит экспоненциальный характер.

Для возникновения аварии существует соответствующий предел "назревания", т.е. достижение ее третьей - предаварийной фазы. Для разных видов аварий он также различен в количественном отношении. Например, нижний предел взрываемости метана соответствует содержанию его

в шахтной атмосфере 5.1%. Предел разрушения деревянных затяжек на_ ,

ступает при нагрузке до 1000 кг и прогибе около 3 10 м, железобе-

_ "3

тонных до 15Сл) кг и прогибе 8-10 м и т.д.

Время нахождения аварийной ситуации на этой фазе определяется воздействием случайных факторов, которые в свою очередь являются толчком или импульсом для аварий. Если процесс развития аварийных ситуаций является закономерным, то способы его осуществления могут быть случайными, как принято говорить, при неблагополучном стечении

обстоятельств, т.е. при появлении какого-то непредвиденного обстоятельства, которое играет роль толчка.

Рассматривая подземные аварии, как понятия, выделены и- даны определения четырех логических элементов в структуре поняли» аварии: содержание, объем, имя и денотат. Содержанием аварии является совокупность признаков, которыми задается соответствующий вид аварии. Такие признаки составляют мысленный образ вида аварии, по которому она распознается и воссоздастся. Возникновение какой - либо аварии возможно лишь при соответствии ее содержанию.

Объемом аварии является совокупность тех элементов, которые распознаются или воссоздаются с помощью признаков, образующих се содержание. В объем аварии могут входить однородные и разнородные элементы.

Денотатом аварии является тот вид аварии, который ей соответствует. Понятие является результатом деятельности человека и вторично по отношению к его денотату.

При логическом анализе аварий между понятиями устанавливается три вида отношений: классификационные, композиционные и казуальные.

Классификационные или родовидовые отношения - это отношения по их объему. Понятие, объем которого содержит объем другого понятия, называется родовым, а объем которого содержится в другом - видовым. Например, при аварии - обрушение термин "обрушение" обозначает родовое понятие, а к видовому относится понятие обрушение руды и породы и т.д.

Композиционные отношения являются отношением частей друг к другу и к целому и могут быть представлены в иерархическом виде. В этом случае некоторый вид аварии будет целостным по отношению к другим авариям, которые получаются из него с помощью его декомпозиции.

Каузальные отношения представляют отношения, в которых находятся аварии, как порождающие так и порождаемые. В этом случае каждый вид аварии может быть базой для возникновения одного или нескольких других видов аварии. Каузальные отношения видов аварий являются наиболее интересными при формализации логической последовательности аварии, которые интерпретируются как эффект "домино". При

т •>

этом порождаемые виды аварий возникают только при стечении благоприятных условий для их возникновения, т.е. лишь при соответствии ее содержании. Проведенный анализ показывает некоторую установившуюся каузальную зависимость нескольких видов аварий, например, пожар может явиться причиной взрыва газа, обрушения и др.; внезапные выбросы руды и породы являются причинами газовыделения и затопления и т.д.

Проведенный анализ аварий подземных горных предприятий и их теоретическое обобщение позволяет сделать вывод, что концепция "абсолютной безопасности" не приемлема внутренним законом техносферы шахт и рудников, и поэтому безопасное ведение горных работ должно не только предотвращать несчастные случаи и возможные аварии, но и требует прогнозирования развития событий в случае той или иной аварии, допуская тем самым некоторый приемлемый риск.

Для установления уровня приемлемого риска разработаны теоретические основы оценки риска аварийности подземных горных предприятий. На основе результатов анализа аварий и их теоретического обобщения проведен вероятностный анализ безопасности (ВАБ) подземных рудников с использованием статистических данных об авариях рудников Казахстана. Установлены на основе деревьев отказов и событий причинные взаимосвязи между исходными аварийными событиями и приводящими к авариям факторами. Получены зависимости степени риска с летальными исходами различных видов аварий от относительных частот аварии. Полученные результаты позволили определить текущий уровень риска аварийности рудников и создали основу для законодательного установления Парламентом Республики приемлемого уровня риска аварийности подземных рудников Казахстана.

В третьей главе диссертации дано теоретическое обоснование методов аварийной безопасности.

Для классификации и распознавания аварийных ситуаций необходимым условием является представление аварийных ситуаций в выработках подземного горного предприятий в виде понятий. В автоматизированной системе эффективным средством представления понятий (знаний) являются семантические сети.

Предложенный метод классификации, в зависимости от видов и мест, представляет аварийные ситуации в виде семантической сети, состоящих из классификационных (по видам аварии) и композиционных (по местам аварии) деревьев. Классификационные деревья отображают родовитые отношения видов аварии. Например, вид аварии - пожар делится на эндогенные и экзогенные; завалы и обрушения - руды и породы и т.д.

Композиционные деревья, отображающие отношения целого и частей, описывают место возникновения аварии. Например, рудник - рабочие горизонты - очистные блоки. При этсмэлементами рудника являются отдельные горные выработки. Существенным признаком горных выработок является их название, определяющее значение и местонахождение, относительно месторождения, согласно которой определяется их "классовая" принадлежность.

"Классовая" принадлежность горных выработок определяется в результате их классификационного отнесения к одному из пяти непересекающихся классов, которые представляют весь рудничный комплекс: 1) надшахтные здания; 2) вскрывающие выработки и выработки горизонтов: 3) вскрывающие; 4) подготовительные; 5) выработки очистных блоков.

Такая классификация мест возникновения аварийных ситуаций вполне соответствует иерархическому принципу строения рудников: рудник -рабочие горизонты - очистные блоки. Более того, она хорошо согласуется с требованиями ЕПБ по составлению ПЛА, где для каждого из указанных классов рекомендуются свои особые аварийные вентиляционные режимы.

Распознавание аварийных ситуаций, основанное на логическом подходе "распознавание с учителем" позволяет достаточно просто определять номера позиции ПЛА. Формой представления фактической ситуации является бинарная таблица. Столбцы бинарной таблицы представляют виды, а строки - места аварийных ситуаций. В случае необнаружения необходимой (заранее составленной) позиции ПЛА, осуществляется классификационное отнесение аварийной ситуации к одному из известных классов.

Для определения кратчайших маршрутов движения людей в шахтной сети разработан метод, основанный на методах поиска "в глубину" и "с возвратом", учитывающий специфику шахтной сети и требования Правил Безопасности.

Алгоритм определения и расчета кратчайших путей, реализованный в виде программного модуля Р015С, используя базы правил, графически отражает опасные и угрожаемые участки, этапы поиска и маршруты вывода людей из опасных зон и движения горноспасателей.

С целью упорядочения списков мероприятий по спасению людей и ликвидации аварии рудников методом экспертных оценок проведено их ранжирование. В оценке важности и необходимого количества мероприятий для различных видов аварийных ситуаций приняли участие эксперты - ученые и ведущие специалисты Казахского научно-исследовательского института безопасности горной промышленности, Западного отделения ВГСЧ Казахстана, Рудненского округа Госгортехнадзора Казахстана и Соколовского подземного рудника. Экспертам была предложена анкета, составленная на основе "Проекта временной инструкции по составлению ПЛА на рудниках Минчермета УССР, Днепропетровск, 1987г" с дополнением данных, полученных из существующих ПЛА рудников Казахстана по семнадцати видам аварийных ситуаций.

Обработка заполненных анкет по группам экспертов проведена согласно типовым методикам математической статистики. Важность (вес) каждого мероприятия определена по величине средней оценки и по сумме рангов экспертных оценок, а согласованность экспертов - по коэффициентам вариации и конкордации. Полученные результаты ранжирования списков мероприятий по спасению людей и ликвидации аварии позволили упорядочить их выполнение, выработать единый подход в разработке ПЛА рудников и создали основу для разработки нового проекта "Методических указаний по составлению ПЛА" для рудников Казахстана.

В четвертой главе диссертации разработаны модели управления процессом ликвидаций аварий. Управление процессом ликвидаций аварий шахт и рудников относится к управлению "сложными объектами", где цели выбора управляющих решений и условия, влияющие на этот выбор не выражены в виде количественных соотношений, формализованное описание объекта управления очень сложно и основная часть информации, необходимая для математического описания объекта, представлена в виде пожеланий специалистов-экспертов.

Все вышеуказанные факторы затрудняют построение модбли управления, учитывающей все особенности объекта и пригодной для реализации. В этой связи наиболее приемлемым подходом является построение не модели объекта, а модели управления объектом, т.е. моделируется не сам объект, а действия лица принимающего решения по ликвидации аварии.

В теории когнитивных структур аварийная ситуация относится к классу диссонирующих, т.е. требующих от субъекта принятия комплекса мер по ее ликвидации. Согласно "закону ситуации" различные аварийные ситуации требуют от ЛПР различных типов знаний для принятия соответствующих решений. Процесс принятия решения по управлению ликвидацией аварии может происходить при двух принципиально различных условиях. В первом случае решение однозначно следует из ситуации и его содержание жестко определено программой, составленной заранее. Такого рода решение принято называть реактивным. Второй случай - это когда возникают "нештатные ситуации", в которых обнаруживается отсутствие заранее запрограммированных решений, а у ЛПР отсутствует четкое представление о том, что необходимо делать для их устранения.

Мыслительный процесс ЛПР в процессе ликвидации аварии представляет модели управления, базирующиеся на понятии мысленной модели, которая содержит всю информацию о данных, характеризующих объект управления, и об операторах функции, преобразующих эти данные, и отражает действия ЛПР в различных аварийных ситуациях.

Управление процессом ликвидации аварии осуществляется принятием решения в зависимости от сложившейся ситуации на объекте управления. Для принятия решения в различных аварийных ситуациях используется в виде таблицы функция реализации ? списка мероприятий по спасению людей и ликвидации аварии - XI, 1-1,2...п.

В зависимости от количества возникших аварийных ситуаций формирование Р также различно. В случае одной аварийной ситуации -у/у по таблице согласно виду - I и месту - j аварии формируется соответствующий список мероприятий. Полученная функция - fij (лс/,УiJ) описывает модель управления процессом ликвидации аварии для случая "ситуация - действие" (С-Д).

В основу модели управления "ситуация - действие" положен принцип реактивного решения, что фактически представляет собой продук-ционнные правила и носит секвенциальный характер, т.е. если имеется аварийная ситуация - y¡¿, то порождается соответствующее решение -

Uúj.

Для всего списка мероприятий по спасению людей и ликвидации аварии модель управления состоит из суммы мероприятий, представленных в виде случайных единичных временных функций - х/ (/). В этом случае задача оптимального управления ликвидацией аварии для "С-Д" можно представить как минимизацию полученной в результате суммирования /,,/ [x(t ),}■/,/ ] функции во кремени.

Uc-д = 1 2 hj \ XI (t), У,,,) dt- min (1)

О/ = 1

при

-ve Xi,, y,jе у, /е /„, L = | 1,2,...,л I,

'•6/. / = {1.2.....*}. (2)

/ е J , / = { 1, 2.....т |,

/с/.

Верхний предел интегрирования г>> соответствует общему времени реализации списка мероприятий, т.е. времени ликвидации аварии. Нижний предел интегрирования соответствует началу ликвидации аварии.

Показателем качества управления процессом ликвидации аварии является проекция (1) на временную ось

Тс — д — Пр! Uс — д (3) В случае возникновения нескольких видов аварийных ситуаций формирование fi,/(xl,y¡j) осуществляется по другому принципу, путем объединения соответствующих столбцов таблицы в соответствии со стратегией управления ликвидации аварии. Задача управления ликвидацией аварии б этом случае приобретает "многомерный" характер. Управление ликвия'"'чей аварии при такой "многомерной цели" треб" ' создания стратег, управления, формирующей такую функцию реали__ции, которая имеет многоцелевой характер. Полученная в результате функция реализации представляет собой модель управления "ситуация - стратегия управления - действие" (С-СУ-Д).

Модели управления типа "С-СУ-Д" отличаются от модели "С-Д" отсутствием явного описания продукции, на основе которых осуществляется вывод управляющих решений. Здесь задано только условие истинности правила - продукции, т.е. информация о сложившихся аварийных ситуациях, в виде "ситуация - ситуация".

Для случая, когда возникают два или несколько.видов аварии, фун-кпия реализации которая представляет модель управления "С-СУ-Д", формируется путем логического объединения столбцов таблицы, т.е. множеств списков мероприятий по отдельным видам аварии. Логико-временная последовательность общего списка мероприятий определяет структуру модели управления "С-СУ-Д". Полученное в результате объединения • множество представляет собой кортеж списков мероприятий для всех видов возникших аварий.

Задача оптимального управления ликвидацией аварии по критерию минимума времени для случая "ситуация - стратегия управления - действие" имеет следующий вид:

Uc-CY-A=ï 2 U U fij [i/(/).Wl ¿'-min (4)

О / = I i ~ I j = 1 при x/€E Л", y,j G У,

le L, L - { 1, 2,..., n },

i e /, I - { 1, 2..... k }, (5)

/G J , J = { 1, 2..... m },

ICI.

Показателем качества управления, как и в (1) также является проекция функционала Vc-cy-д на временную ось.

Реализация мероприятий, осуществляется на основе временных зависимостей между мероприятиями, заданными в виде высказываний на естественном языке. Логика высказывания определяет порядок выполнения мероприятий и является основой ситуативного отношения во времени между ними. Логико-временная последовательность реализации мероприятий определяется моделью времени, которая основана на псевдофизической логике времени (ПЛВ) предложенной Д.А. Поспеловым, позволяющей имитировать рассуждения, относящиеся к таким субстанциям внешнего мира, как время и пространство.

На основе модели времени в работе рассмотрены следующие задачи управления ликвидацией аварии: определение общего времени ликвида-

ТЯ

ции аварии, установление взаимного расположения (упорядочения) во времени мероприятий по ликвидации аварии, анализ временных зависимостей между мероприятиями и вывод новых зависимостей.

Временные отношения между различными видами мероприятий по спасению людей и ликвидации аварии позволяют в удобной форме в виде сетевых графиков построить логико-временную последовательность их реализации.

Сетевые модели управления дают возможность запланировать при составлении ПЛА порядок и организацию мероприятий, при оперативном вводе в действие ПЛА управлять ходом реализации списка мероприятий.

На основе сетевых моделей рассмотрены вопросы упорядочения списка мероприятий и оптимизации функционалов (1), (2), (3) и (4) во времени.

В пятой главе диссертации разработаны математические модели воз-духораспределения, имитирующие шахтную вентиляционную сеть при управлении воздухораспределением и от изменения аэрогазодинамических параметров горных выработок вследствие возникших в них аварий. В основе математической модели воздухораспределения лежат полученные С.В )ем характеристические уравнения.

Для использования этих характеристических уравнений в задачах управления воздухораспределением они представлены в виде дифференциальных уравнений чувствительности ШВС к изменениям управляющих параметров расхода воздуха (РРВ), производительности и депрессии вентиляторов главного проветривания.

При известных законах развития аварийных ситуаций в ШВС, которые характеризуются изменением аэродинамических параметров горных выработок - гу ' (/), <7/ ' (I) и Л/ ' ( /) для удобства моделирования совокупность дифференциальных уравнений чувствительности представим в форме систем конечно-разностных уравнений:

<21(л + 1 )Д/] =(2 [л Д/] + г/ [ лЛМ РтУ„ , (6)

[яА/] (Гтр) +

где 0 - р-мерный вектор естественного воздухораспределения;

г-

л

У =

5 - структурная матрица типа "контур - ветвь"; Л - структурная матрица типа "узел - ветвь";

Н - (р х р) мерная диагональная матрица с элементами п щ .¡¡ни ((//);

II - к-мерный вектор правых частей контурных уравнений; р - количество ветвей; к - количество независимых контуров;

/V' [ /I Л/ 1 - значение на п N времени аэродинамического сопротивления v-тoй горной выработки. Аналогичными системе уравнений (6) и (7) являются уравнения воздухораспределения для <// ' (/) к А/ '(')•

Входными параметрами, при использовании уравнений (6) (7) в задачах прогнозирования и установления аварийных вентиляционных режимов в шахтной сети, могут быть зависимости аэрогазодинамических параметров горных выработок от вида аварии, полученные А.Ф. Вора-паевым, С.II. Осиповым, В.И. Жадаком, В.В. Ивановым и др.

Для использования в этих целях в работе предложены модели аэрогазодинамических процессов ШВС. На основе наблюдений в шахте в течение рабочей смены определены статистические характеристики основных возмущающих факторов по аэродинамике. Количественная информация о характере возмущающих факторов для условий конкретной шахты позволила моделировать эти случайные по времени возмущения с помощью датчика случайных чисел.

В основу модулирующего алгоритма случайного процесса газовыделения с(0 добычного участка положено линейное преобразование стационарной последовательности Х[п] независимых случайных чисел (дискретный белый шум) в последовательность С [п], коррелированную по заданному закону. При этом оператор линейного преобразования записывается в виде скользящего суммирования с некоторым весом ико [ л ] :

N

С I » 1 = 2 ак X I п - к ] . • (8)

к = I

Весовые коэффициенты были определены на основе экспериментальной нормированной корреляционной функции, которая была получена в

¿и

результате обработки записи концентрации метана аппаратурой АМТ-3, установленных на участках шахт.

В работе получены имитационные модели контуров управления воз-духораспределением РРВ и ВГП, описывающие динамические свойства элементов контуров управления и расходные характеристики воздухоре-гулирующих средств, что позволяет реализовать эффективные алгоритмы управления воздухораспределением.

Модель ВГП с регулируемым электрс—приводом получена путем апроксимации его напорной характеристики и описывает зависимость депрессии вентилятора Ив от вариации скорости вращения рабочего колеса Ла>в и производительности ■

Цифровая имитационная модель, описывающая зависимость производительности вентилятора цв от вариации скорости вращения рабочего колеса Ыод и учитывающая изменения аэродинамического сопротивления АЛс, получена на основе уравнения пропорциональности.

Полученные модели дают возможность установления аварийных вентиляционных режимов и определения зоны экономичной работы вентилятора на сеть.

Экспериментальные исследования, проведенные в условиях шахты, подтверждают эффективность и работоспособность цифровых имитационных моделей воздухораспределения.

В шестой главе разрабатывается экспертная система формирования планов ликвидации аварии ПГП. В соответствии этапу разработки экспертных систем, проведены извлечение и структурирование знаний о проблемной области, осуществлены выбор способа представления знаний, созданы база знаний, механизм логического вывода, разработаны блок объяснения и блок взаимодействия с пользователем.

Произведенные извлечение и структурирование знаний о проблемной области позволили выявить совокупность знаний для создания экспертной системы формирования ПЛА и концептуально разделить эти знания на три подмира: 1) "Подземное горное предприятие"; 2) "Аварийная ситуация"; 3) "Действие ЛПР".

Совокупность сведений, которые отражают знание первых двух под-миров носят понятийный и предметный характер. Знания, использован-

ные в подмире "Действия ЛПР" имеют процедуральный характер и определяют действия ЛПР в различных аварийных ситуациях.

Особенности знаний, используемых в выше указанных подмирах, позволили выбрать модели их представления и перейти к созданию базы знаний (БЗ) экспертной системы.

База знаний состоит из двух иерархических уровней. На первом уровне сосредоточены знания об аварийных ситуациях, ПГП, сведения о технических средствах и оборудовании, обеспечивающих безопасное ведение горных работ. Форма, представления этих знаний - фреймовая и состоит из трех суперфреймов: "Вид аварии", "Место аварии - ПГП" и "Коммуникация".

Каждый из этих суперфреймов содержит в качестве слотов субфреймы. Например, для суперфрейма "Вид аварии" субфреймами являются фреймы, описывающие виды аварий.

Для конкретной ситуации, например для информации: "Горит электрокабель на откаточном штреке 190 горизонта" фрейм - экземпляр будет иметь следующий вид:

имя суперфрейма: вид аварии тип субфрейма: пожар место: горизонт 190

откаточный штрек объект: электрокабель масштаб: средний

Таким образом, при определении аварии в шахте построенный субфрейм - экземпляр представляет собой исходные данные по виду аварии для экспертного составления ПЛА.

Субфрейм "Место аварии - ПГП" в соответствии с представленной в третьей главе классификацией состоит из иерархически построенных фреймов. При этом фрейм - прототип будет иметь следующий вид: Имя суперфрейма: ( имя ) Надшахтные здания: ( субфрейм ) Вскрывающие выработки: ( субфрейм ) Рабочий горизонт 1: ( субфрейм ) Рабочий горизонт 2: ( субфрейм )

....................................................( субфрейм )

Рабочий горизонт п: ( субфрейм )

Каждый из этих субфреймов содержит детальное описание соответствующих участков шахтного комплекса.

Суперфрейм "Коммуникация" состоит из субфреймов, которые описывают системы жизнеобеспечения ПГП: воздухоснабжения, энергоснабжения, водоснабжения и др.

Второй уровень БЗ системы составляет база правил-продукций по составлению и оперативному вводу в действие ПЛА, которая состоит из трех основных блоков: база правил по составлению ПЛА, база правил по определению аварийных и угрожаемых участков, и база правил по оперативному составлению и вводу в действие ПЛА.

Управление базой правил экспертной системы осуществляется с помощью метаправил. База правил по составлению ПЛА состоит из семнадцати модулей, которые позволяют формировать список мероприятий по спасению людей и ликвидации аварии по всем видам шахтных аварий. Количество мероприятий и их ранги в этих модулях упорядочены на основе приведенного в третьей главе ранжирования списков мероприятий. Последовательность формирования мероприятий осуществляется на основе модели времени в соответствии их рангам. При этом в условной части правил-продукций обуславливается выполнение тех мероприятий, без реализации которых невозможно формирование последующего мероприятия.

Базу правил (модули) по составлению списка мероприятий по спасению людей и ликвидации аварии можно условно разделить на две части - на модули, в которых определяются аварийные вентиляционные режимы, и на модули, в которых нет необходимости определения аварийных вентиляционных режимов. Для определения аварийных вентиляционных режимов создан блок правил, содержащий около восьмидесяти правил-продукций, которые на разных этапах ликвидации аварии предусматривают соответствующие режимы вентиляции.

База правил по определению аварийных и угрожаемых участков на основе классификации признаков горных выработок, которые устанавливаются их расположением в шахтной сети и направлением воздушных струй относительно очага аварии, определяют и представляют на экране дисплея аварийные и угрожаемые участки шахтной сети при пожарах. По этим данным определяются маршруты вывода людей из опасных зон и движение отделений ВГСЧ.

В настоящее время, в случае возникновения аварии, принятие решения по оперативному вводу ПЛА остается одной из самых сложных задач для диспетчеров. Наряду с психологическими факторами важной причиной, усложняющей принятие решения является недостаточно полная информация о характере и месте аварии. Неполная информация об аварийных ситуациях создает некоторую неопределенность и требует "выяснения" или "установления" истинности информации, получаемой от "нечетких датчиков", для выработки адекватного решения.

Созданная в работе база правил способствует правильному принятию решения для оперативного ввода в действие ПЛА. Наиболее значимыми факторами для принятия решений являются: 1) вид аварии; 2) масштаб аварии; 3) место аварии; 4) предмет аварии; 5) возможность ликвидации аварии на месте; 6) продолжительность времени с момента возникновения аварии.

В связи с тем, что получаемая словесная информация от "нечетких датчиков" поступает в виде качественных описаний об объекте, для принятия решений используются нечеткие понятия. Окончательные решения принимаются правилами-продукциями на основе дерева решений, путем верификации атрибутов объекта.

Механизм логического вывода списка мероприятий по спасению людей и ликвидации аварии осуществляет прямую цепочку рассуждения. Отправной точкой для логического вывода служит возникшая аварийная ситуация.

Блок объяснений использует базу знаний и базу данных для логического вывода ответов на вопросы пользователей "Как ?" и "Почему ?".

Блок диалогового интерфейса обеспечивает естественный для пользователя способ взаимодействия с системой.

Инструментальным средством реализации системы является язык программирования С++. Выбор этого языка связан с тем, что в задачах составления и оперативного ввода ПЛА, кроме решения задач чисто экспертных, требуется проведение вычислительных расчетов по определению аварийных вентиляционных режимов.

В седьмой главе рассматриваются структура и средства управления автоматизированной системы аварийной безопасности и ее функции. Си-

стема, в зависимости от выполняемой функции, состоит из нескольких функциональных подсистем, которые предназначены решать как задачи профилактики аварийной безопасности, так и задачи управления ликвидации аварии. К основным функциям автоматизированной системы аварийной безопасности относятся: контроль и управление воэдухораспре-делением в шахтной сети; контроль опасных факторов техносферы ПГП; контроль и управление техническими средствами жизнеобеспечения; составление и оперативный ввод в действие ПЛЛ; учет, анализ и расследование аварии; оценка риска аварийной безопасности ПГП; аварийное оповещение; обучение персонала по безопасности.

Показано взаимодействие подсистем в процессе функционирования автоматизированной системы. Рассмотрена работа экспертной системы формирования ПЛА в составе автоматизированной системы аварийной безопасности.

В соответствии с поставленными требованиями рассмотрены информационное, математическое, программное, организационное и техническое обеспечения системы, направленные на решение вышеуказанных функций.

Система аварийной безопасности является централизованной двухуровневой системой. На нижнем уровне производится сбор и предварительная ■, . работка данных, выявление предаварийных и авар» ых ситуаций, выдача предупредительных и аварийных сигналов и сообщений. На верхнем уровне производится формирование массивов обработанных данных и выходной информации в виде рапортов, сводок, сообщений и графиков, формируется архив данных, производятся вспомогательные расчеты.

Своевременное предупреждение трудящихся, занятых на подземных работах, о грозящей опасности является задачей первостепенной важности в обеспечении их безопасности. Однако, в настоящее время, отсутствуют надежно действующие технические средства аварийной сигнализации подземных горных предприятий. Имеющиеся средства устарели как морально, так и физически, что ие отвечает современным тре-бовани

Разработка микропроцессорных систем аварийной сигнализации позволяет использовать такие преимущества микропроцессорной техники, как надежность, широкая функциональная возможность и тем самым

наиболее полно обеспечит!, предъявляемые требования Правил безопасности.

Для оповещения людей об авариях в Г1ГП разработана микропроцессорная система. Кроме основного вида - световой сигнализации, система предусматривает так же одновременное обеспечение других способов оповещения: звуковой и ароматической.

Микропроцессорная система <МГ1) аварийной сигнализации состоит из следующих основных блоков:

1) блок индикации и управления;

2) логический блок, и составе которого имеется микропроцессор;

3) устройства ввода и вывода;

4) периферийные устройства, включающие в свой состав контролируемые пункты (KII), датчики аварийных ситуаций и исполнительные устройства.

В качестве элементной базы микропроцессорного устройства выбраны микросхемы К 155 из 37 микросхем. Микропроцессор является перепрограммируемым, что делает возможным адаптацию всей МП - системы к конкретным шахтным условиям. В предлагаемом базовом варианте микропроцессора имеется четыре канала управления фидерами освещения и по одному - управления периферийными исполнительными устройствами аварийной сигнализации.

Алгоритм функционирования МП - системы состоит из двух частей - программы, обеспечивающей функционирование всей МП - системы и подпрограммы " Авария ", работающей при возникновении аварийной ситуации.

МП - система аварийной сигнализации работает как автономно, так и н сопряжении с ЭВМ.

В аварийных ситуациях чрезвычайно важно не только быстро и правильно выбрать эффективные аварийные вентиляционные режимы воздухораспределения, но и оперативно осуществить их. Для оперативного управления воздухораспределением в шахтной сети в работе предложены различные конфигурации многостворчатых регуляторов расхода воздуха, которые отлич,;иггч нысокои герметичностью и простотой экс-плуатац- i.. Разработаны схемы управления приводами регулн.оров расхода во;,(уха.

Для изоляции торных выработок при ликвидации аварии предложена шахтная перемычка парашютного типа (а.с N 1490296,СССР). С целью повышения изолирующих свойств перемычки и ее несущей способности кольцевые элементы жесткости выполнены с одинаковым диаметром и с изменяющейся длиной окружности, а стяжки выполнены упругими. При этом кольцевые элементы установлены с возможностью образования гофр на поверхности парашютообразного купола, причем длина гофр между кольцевыми элементами жесткости равна предельной длине упругих стяжек.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе дано теоретическое обобщение и решение крупной научной проблемы создания теории и разработки методов и средств автоматизированного управления безопасностью при авариях на подземных горных предприятиях, направленных на повышение аварийной безопасности ведения горных работ.

Основные научные выводы и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем.

1. Установлены причины и закономерности возникновения и развития аварии подземных горных предприятий. Показано, что природные явления, которые возникают в виде подземных аварий, происходят и развиваются согласно двум законам термодинамики - закону сохранения энергии и закону возрастания энтропии. При этом закон возрастания энтропии предопределяет направление процессов, а закон сохранения энергии - баланс природных ресурсов. Проведен логический анализ аварий подземных горных предприятий. Установлены между понятиями -аварии три вида отношений: классификационные, композиционные и каузальные.

2. Разработаны теоретические основы оценки уровня риска аварийности подземных горных предприятий. Показано, что концепция "абсолютной безопасности" не приемлема внутренним законом техносферы шахт и рудников, поэтому безопасное ведение горных работ должно допускать некоторый приемлемый риск.

3. Разработаны методы классификации и распознавания аварийных ситуаций. Предложенный метод классификации, в зависимости от видов

(

и мест, представляет аварийные ситуации в виде семантической сети, состоящей из классификационных (по видам аварии) и композиционных ( по местам аварии ) деревьев.

Распознавание аварийных ситуаций, основанное на логическом подходе "распознавание с учителем", позволяет достаточно просто определять необходимые позиции ПЛА для ликвидации аварии.

4. Разработан метод определения кратчайших маршрутов движения горнорабочих и горноспасателей в шахтной сети. Предложенный метод по сравнению с другими известными методами наиболее полно учитывает специфику шахтной сети и предъявляемые требования Правил Безопасности. Алгоритм, реализованный в виде программного модуля, используя базы правил, графически отражает опасные и угрожаемые участки, этапы поиска и маршруты движения людей.

5. Установлен порядок реализации списков мероприятий по спасению людей и ликвидации аварий путем экспертных оценок. Полученные результаты ранжирования списков мероприятий позволяют не только упорядочить их выполнение, но и создают единый подход в разработке ПЛА подземных рудников.

6. Разработаны модели управления ликвидации аварии. Показано, что мысленная модель управления ликвидации аварии отражает мыслительный процесс ЛПР при ликвидации аварии. Ситуационные модели управления "ситуация - действие" и "ситуация - стратегия управления -действие" представляют собой продукционные правила и носят секвенциальный характер и позволяют выработать управляющее решение при любых видах аварий, независимо от их количеств и мест возникновения. Предложены критерии оптимального управления процессом ликвидации аварии, обеспечивающие минимум времени спасения людей и ликвидации аварии.

Модель времени, которая основана на псевдофизической логике времени, позволяет определять общее время ликвидации аварии, установить взаимное расположение во времени мероприятий, провести анализ временных зависимостей между мероприятиями и вывод новых зависимостей.

Сетевые модели управления позволяют запланировать порядок и организацию мероприятий, управлять и оптимизировать процесс ликвидации аварии.

Полученные модели позволяют определять порядок действия ЛПР при различных аварийных ситуациях и управлять процессом ликвидации аварии в соответствии с предложенными в работе критериями оптимального управления - минимизирующие общее время ликвидации аварии и спасения людей.

7. Разработаны цифровые имитационные модели воздухораспределе-ния в шахтной вентиляционной сети при управлении воздухорегулиру-ющими средствами и при изменении аэрогазодинамических параметров горных выработок. Получены модели контуров управления воздухорас-пределением регуляторами расхода воздуха и вентиляторами главного проветривания, описывающие динамические свойства элементов контуров управления и расходные характеристики воздухорегулирующих средств. Предложены модели аэрогазодинамических процессов, имитирующие возмущающие воздействия системы автоматического управления проветриванием шахт.

Полученные модели позволяют в задачах управления ликвидации аварии прогнозировать воздухораспределение в шахтной сети и установить аварийные вентиляционные режимы.

8. Разработана гибридная экспертная система формирования планов ликвидации аварии подземных горных предприятий. В соответствии этапу разработки экспертных систем, проведены извлечения и структурирование знаний в проблемной области, осуществлены выбор способа представления знаний, механизм логического вывода, разработаны блок объяснения и блок взаимодействия с пользователем.

9. Разработана структура и средства управления автоматизированной системы аварийной безопасности и определены ее функции. Разработана микропроцессорная система аварийной сигнализации ПГП, работающая как автономно, так и в сопряжении с ЭВМ. Предложены новые конструкции воздухорегулирующих средств, схемы управления приводами регуляторов расхода воздуха.

10. Результаты диссертационной работы внедрены на подземных горных предприятиях, службах безопасности горных работ и других организациях. Система автоматизированного составления и оперативного ввода ПЛА принята Госгортехнадзором Республики Казахстан для внедрения на подземных горных предприятиях Республики. Расчетный экономический эффект от внедрения системы на одном руднике составляет

7,5 млн. руб., без учета экономического эффекта от оперативного ввода ПЛА, который не рассчитывался из-за отсутствия исходных данных.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Мутанов Г. М. Оптимальные алгоритмы цифрового управления воздухораспределением в шахтных вентиляционных сетях// Молодые ученые - научно-техническому прогрессу в угольной промышленности: Тез.докл. IV Республ. конф. - Донецк, 1984. - с.159-160.

2. Пучков Л. А., Бахвалов Л. А., Мутанов Г. М. Дифференциальные уравнения чувствительности воздухораспределения шахтной вентиляционной сети // Совершенствование технологии и техники на шахтах: Сборник научных трудов,- М.: МГИ, 1985. - с.101-104.

3. Бахвалов Л. А., Мутанов Г. М. Прогнозирование установившихся режимов воздухораспределения вентиляционных сетей шахт и рудников на основе дифференциальных уравнений чувствительности // Перспективы развития технологии подземной разработки рудных месторождений: Тез. докл. Всесоюз. научн.-техн. конф.-М., 1985. - с.47-48.

4. Бахвалов Л. А., Мутанов Г. М. Цифровое моделирование процесса газовыделения на добычных участках угольных шахт // Науч.-техн. реферативный сборник. - М. : ЦНИИуголь, - 1986. - N 3615. - с. 12.

5. Бахвалов Л. А., Мутанов Г. М. Имитационное моделирование перераспределения воздуха в вентиляционной сети шахты "Коммунист" // Науч.-техн. реферативный'сборник.- М. : ЦНИИ-уголь,- 1986.-Ы 3616. - с. 16.

6. Бахвалов Л. А., Мутанов Г. М. Построение имитационной модели функционирования системы автоматизированного управления проветриванием угольных шахт // Науч.-техн. реферативный сборник.- М.: ЦНИ-Иуголь,- N 3617. - с. 9.

7. Мутанов Г. М. Математические модели и алгоритмы оперативного управления воздухораспределением в АСУ ТП проветривания шахт // Актуальные проблемы организации и управления в горном производстве: Тез. докл. Всесоюз. науч. конф. - МГИ - М., 1986. - с. 47-48.

8. Мутанов Г. М. Цифровая имитационная модель оперативного управления воздухорапределением вентиляционной сети шахты "Комму-

нист" // Системы управления в горнодобывающей промышленности: Сборник науч. трудов.- МГИ - М., 1987. - с. 54-57.

9. Мутанов Г. М., Малашенко В. П., Калдыбиев Т. А. Автоматизация проветривания вентиляционной сети Соколовского подземного рудника ССГПО // Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. конференции молодых ученых, ВНИИКМА, Губкин, 1988. - с.48-49

10. Пучков Л. А., Бахвалов Л. А., Мутанов Г. М. Имитационное моделирование функционирования САУП угольных шахт. // Изв. вузов. Горн. журн. - 1989.- N 5. - с. 112-115.

11. Мутанов Г. М. Разработка регуляторов расхода воздуха для систем автоматического управления проветриванием шахт // Совершенствование добычи и переработок горючих сланцев: Сборник научных трудов НИИсланца,- Кохтла-Ярве. 1989. - с. 26-27.

12. Мутанов Г. М. Алгоритмы оптимального управления воздухорас-пределением в шахтных вентиляционных сетях // Комплексное использование минерального сырья. АН СССР, Алматы - 1989,- N 12. - с. 13-16.

13. А. С. N 1490296 СССР, МКИ Е 21 F 1/14. Шахтная перемычка/ 24.12.87. Жанбатыров А. А. , Ахмеджанов Т. К. , Мутанов Г. М.

14. Мутанов Г. М. Составление на ЭВМ плана ликвидации аварий на рудниках. - В сб.: Аэрология калийных рудников, АН СССР, Свердловск, 1989. - с. 28-29.

15. Мутанов Г. М. Повышение эффективности работы ветиляторов главного проветривания шахт и рудников.// Межвуз. сб.: Охрана окружающей среды при разработке твердых полезных ископаемых, КазПТИ, Алма-Ата.- 1989. - с. 33-40.

16. Мутанов Г.М. Управление вентиляцией при ликвидации аварий на шахтах. // "Гуманизация горной промышленности", Венгрия, Шио-фок, 1989. - с. 6-8.

17. Мутанов Г.М. Создание санитарно-гигиенических условий труда горнорабочих в подземных горных предприятиях. // XIV - Симпозиум по пневмокониозу. Горный Бецва - ВОКД. Чехословакия, 1989. - с. 1215.

18. Mutanov G. М. Mathematical and programe accomodation for a system of automatet ventilation control in iron ore mines. // 10 - International Conferenco ICAMC 1990, Ostrava, Czechoslovakia,1990, - p. 34-37.

19. Mutanov G. M., Bachvalov L. A., Achmetov I. S. A szituaciofuggo iranyitas modszertananak alkalmazasa a banyabalesetek elharitasi terveinek osszeallitasanal. IV-banyaegeszsegugyi es banyastzati munkaelettani Konferencia. Hungaria, Pecs, 1990, - p. 34.

20. Способы и средства воздухорегулирования на подземных горных работах // Л.А. Пучков, Г. Мутанов, Т.К. Ахмеджанов, А.А. Жанбаты-ров. Аналитический обзор, Алма-Ата: КазНИИНТИ, 1991, 85 с.

•21. Пучков Л. А. Мутанов Г. М. Синтез системы автоматизированного составления плана ликвидации аварий шахт. Изв. вузов, Горный журнал, 1991. - N 11. - с. 117-119.

22. Мутанов Г. М. О классификации аварийных ситуаций рудников. - Комплексное использование минерального сырья. РАН, АН РК, 1992, N3. - с. 11-13.

23. Bakhvalov L. A., Mutanov G. М., Murtazaev М. A. Information and computer system in the gold mines of the industrial complex "Kazzoloto". 23rd International symposium on the application of computers and operations in the mineral industry. APCOM '92, Tucson, AZ, U.S.A. 1992, - p.317-323.

24. Пучков Л.А., Бахвалов Л.А. Методы и алгоритмы автоматического управления угольных шахт. Глава 9. М.: Недра, 1992, - 399 с.

25. Мутанов Г.М. Бахвалов Л.А., Вульф В.Р. Подсистема безопасности АСУ рудника. Изв. вузов. Горный журнал. 1992. N 11. - с. 83-86. Материалы 11 Международной конференции ICAMC, -1992, Екатеринбург, Россия, 1992 г.

26. Мутанов Г.М., Костырин А.В., Вульф В.Р. Система автоматизированного составления плана ликвидации аварии шахт. -В сб.: Теория и практика комплексного освоения месторождений полезных ископаемых и обогащения минерального сырья. -М.: ИПКОН РАН, 1992, - с. 106.

27. Пучков Л.А..Мутанов Г.М. Представление базы знаний в системе экспертного составления плана ликвидации аварии рудников. Доклады международного форума информатизации МФИ-92. Всемирный Конгресс ITS-92 "Информационные коммуникации, сети, системы и технологии." М. 1992, - с. 271-273.

28. Мутанов Г. М. Экспертные системы составления плана ликвидации аварий рудников. Изв. вузов, Горн, журн., 1993. N2. - с. 50-53.