Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1 

50 страниц

Купить бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

В документе рассматривается технология автоматизированного проектирования вентиляции угольных шахт на ЭВМ, постановки и методы решения задач проектирования параметров сложных вентиляционных сетей и выбора типоразмеров вентиляторов главного проветривания; приводятся основные сведения по организации и эксплуатации специализированного системного и стандартного программного обеспечения проектирования вентиляции на ЭВМ. Рекомендован к использованию работниками проектных, научно-исследовательских, вузов, шахт, отрядов депрессионных съемок, занимающихся вопросами вентиляции

 Скачать PDF

Оглавление

Технология автоматизированного проектирования вентиляции угольных шахт

Организация проектирования вентиляции на ЭВМ

Список литературы

 
Дата введения01.01.2021
Добавлен в базу01.01.2019
Актуализация01.01.2021

Этот документ находится в:

Организации:

РазработанИнститут геотехнической механики
УтвержденАкадемия наук Украинской ССР
Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНСКОЙ ССР Институт геотехнической механики

МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЯЦИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ НА ЭВМ

Киев Наукова думка 1982

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНСКОЙ ССР Институт геотехнической механики

МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ БВНВДЯЩИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ НА ЭШ


Киев Наукова думка 1982

Для каждого ЕПЗ задаются его область промышленного использования s которая определяется границами устойчивой и экономичной работы БГП к границами, соответствующими крайнему левому е крайнему правому углам установки лопаток рабочего колеса вентилятора, напорные характеристики, соответствующие им энергетические характеристики для каждого угла установки лопаток.

Таким образом, для каждого типоразмера БГП область ырсмш-ленного использования задается системой


(21)

коэффициенты в уравнениях, аппроксимирующих границы о сласти промышленного использования БГП (границы устойчивости, экономичности, правой, левой соответственно).

(22)

Напорные и энергетические характеристики задаются уравнениями

+Щ + C9f

(23)

где    ~    коэффициенты    ашроксимацик    напорных    характеристик;    Мф,    c/Tfi    -    коэффициенты    аппроксимаций    энер

гетических характеристик; $ - угол установки лопаток рабочего колеса.


В качестве критерия оценки оптимальности вентилятора в рабо те принят функционал приведенных затрат на проветривание

10

где J ~ время эксплуатации вентиляторной установки, ч; J -порядковый номер периода эксплуатации вентиляторной установки при неизменном вентиляционном режиме и установленной мощности периода; /у - число ч^соь работы установки в год; - стой-мос.ть единицы потребляемой электроэнергии, руб/кВт*ч; еус -тариф единицы расходуемой мощности, руб/кВт*ч; tj - длительность у-го периода, годы;    у/ - мощность, затрачиваемая

вентилятором в режиме ь, , ^ и установочная мощность электродвигателя в у-м периоде; cg, cfit c^t - стоимость вентилятора, строительных, ремонтных работ, монтажа я демонтажа вентиляторной установки, руб*; £ - годовые амортизационные отчисления по вентиляторной установке, руб; fH - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; - нормативный коэффициент приведения разновременных затрат, определяется согласно /Ь}\ t - год* к которому приводятся капитальные затраты; ы. - год приложения капитальных затрат*

Задача выбора вентиляторов на стадии разработки технического проекта шслты формулируется в виде; из числа заданных типоразмеров НГП необходимо выбрать такие, которые будут обеспечивать вое режимы Aj , в течение срока службы вентилятора и имеют минимальные затраты на строительство установки и ев эксплуатацию, т.е. необходимо минимизировать функционал (24) при условии выполнения ограничений (21) - (23)*

Для каждого режима hj ,    ,    характеризующего    период

проветривания, выбираются все возможные типоразмеры вентиляторов. обеспечивающих этот режим. Для выбранных типоразмеров венти ляторов определяются угол установки лопаток рабочего колеса, мощность элекгродвигателя, затрачиваемая на проветривание в данный период, и вычисляются затраты на электроэнергию* Из выбранных вентиляторов составляются все возможные комбинации типоразмеров ВГП, области промышленного использования (ОНИ) которых покрывают вое заданные вентиляционные режимы. Для каждого типоразмера шш ряда типоразмеров вычисляется функционал (24), определяющий приведенные годовые затраты на проветрив Для установки рекомендуется тот типоразмер дли та комбинация типоразмеров, для которых функционал (2*) принимает наименьшее значение *

Возможен случай, когда затраты на проветривание для типоразмера ВГП, ОПЙ которого покрывает всю кривую режимов провет-

11

ривания, превышают затраты на проветривание, в случае, когда кривая вентиляционннх режимов покрывается областями промышленного использования нескольких ЕШ (вариант с заменой типоразмера ЕГП) .В первом случае на каком-либо периоде проветривания выбранный ВГП должен работать в неэкономичном режиме, что значительно увеличивает затраты на электроэнергию, а следовательно, и на проветриваяие. Поэтому в результатах решения задачи выбора типоразмера вентилятора на ЭШ приводятся сведения о всех вариантах комбинаций ВГП, когда режимы проветривания обеспечиваются одним типоразмером ВГП либо для их обеспечения требуется одна замена. Если таких вариантов кет, то выдается информация о варианта: с большим числом замен.

Такам образом, предложенная методика выбора ВП1 позволяет определить из многообразия существующих такой или такие вентиляторы, области промышленного использования которых покрывают точки, характеризующие режимы проветривания, при минимальных затратах на проветривание.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЯЦИИ НА ЭВМ

На основе разработанной методики ооэдано программное обеспечение (ПО) для автоматизированного проектирования вентиляции угольных шахт на ЭВМ, состоящее из собственно стандартного программного обеспечения (СПО) решения проблемных задач и специализированного системного обеспечения (С00) информационного обслуживания вентиляционных расчетов. ПО предназначено для определения на стадии технического проектирования рациональных параметров ШВС, режимов работы и типоразмеров ВГП и может использоваться при проектировании новых и реконструкции действующих угольных шахт. Входящие в СПО программы выбора рациональных параметров ШВС (0PTQ) и выбора типоразмеров ВГП    )    могут

применяться как самостоятельно, так и совместно друг с другом при вентиляционных расчетах проектируемых и действующих шахт. На область их применения накладываются следующие ограничения (число не более): ветвей сети - 600; узлов сети - 400; вентиляторов -50; узлов поверхности - 100; узлов с заданным давлением - 50; типовых рядов сечений - 30; общее число оечений во всех типовых рядах - не более 400.

ПО разработано для ЭВМ типа ЕС (ЕС-1022, ЕС-1033 и т.д.) с объемом оперативной памяти не менее 512 кбайт. Минимальная кон-

12

фигурация технических средств для выполнения программ ПО составляет один пакет магнитных дисков типа ЕС-6061, устройство ввода о перфокарт, устройство сеязи с оператором и алфавитно-цифровое печатающее устройство.

Программа проектирования рациональных параметров ШВС (0PTQ) предназначена для определения режимов работы главных и вспомогательных вентиляторов, сопротивлений регулирующих устройств; сечений горных выработок, количеств и сечений дополнительных параллельных выработок при заданны:: расходах воздуха в потребителях; ограничения на скорости воздушных потоков, напоры и производительности вентиляторов, сопротивления регуляторов, заданных давлениях в некоторых узлах, диапазонах возможного уменьшения аэродинамических сопротивлений выработок за счет их расширения, перекрепления и проведения параллельных выработок. Программа 0PTQ. основана на методе декомпозиции сетевых законов и методах оптимального распределения потоков и депрессий в сети.

Программа выбора типоразмеров вентиляторов главного проветривания У£СР предназначена для выбора типоразмера (или нескольких типоразмеров) вентиляторов, обеспечивающих заданный вентиляционный режим h, £ на каждом из периодов эксплуатации вентиляторной установки и имеющих минимальные приведенные затраты на проветривание,

Программы специализированного системного обеспечения проектирования вентиляции шахт обеспечивают связь проблемных программ с единой базой данных. Они осуществляют ввод, контроль, корректировку, запоминание на внешних носителях и вывод информации. Наборы входных и печатаемых документов формируются в зависимости от конкретных особенностей проектируемой системы вентиляции. Это обеспечивает одновременно гибкость и универсальность ПО.

СХЮ проектирования вентиляции шахт включает баву данных (ЦЦ) для вентиляционных расчетов и программы ее формирования и обслуживания. Щ состоит из трех файлов прямого доступа: справочного, основного и дублирующего. В справочном файле (СФ) хранится справочная информация о массовых и переменных основного файла (ОФ) - юс имена, длины в словах и в байтах, номера начальных эааисей для массивов и номера начальных байтов переменных в массиве переменных, двусторонние контрольные ограничения, значения по умолчанию, форматы и шапки для печати, признаки принадлежности (входные, рабочие или выходные). Имена массивов и перемен-

13

ных всегда ссстсят из четырех символов (гро.ле четырех пробелов). Для массивов нельзя также применять комбинацию из трех пробелов и амперсанда. В СФ содержатся также справочные данные: номера фай-юв, реальнее число массивов и переменных ОФ, номер парной свободной записи ОФ, номер первого свободного байта в массиве переменных ОФ, максимальное число затхсой ОФ, длина записи ОФ, максимальное число периодов работы шахты, имена массивов, управляющих разнесением информации по периодам, максимальное число ключевых массивов, их имена и признаки адресного соответствия, имя массива переменных и имя переменной, содержащей признак системы единиц для данных ОФ, максимальные количества вводимых на одной карте элементов массиврв и переменных, максимальная длина блока вводимых карт, имена ключевых массивов для выработок и вентиляторов.

Ключевые массивы определяют свою структуру п структуру связанных с ниш массивов и могут быть с адресным соответствием или без него. Для ключевого массива с адресным соответствием адрес любого его элемента и адреса элементов связанных с ним массивов равны значениям элементов ключевого массива. Для программы OPTQ ключевым массивом с адресным соответствием является массив номеров ветвей з массив номеров типовых сечений #st , а для программы VEGP - ключевой массив библиотеки вентиляторов.

Это означает, например, что параметры к-й ветви сети всегда находятся на к-х местах массивов, связанных с массивом так как номер "к" занимает к-ft адрес в массиве М. Для ключевого массива без адресного соответствия адрес любого его элемента и адреса элементов связанных с ним массивов определяются при вводе - они равны адресу первого нулевого элемента ключевого массива, если значения всех имеющихся в ключевом массиве элементов отличны от значения вводимого ключевого элемента, и равны адресу ключевого элемента, равного вводимому, если таковой уже имеется в ключевом массиве. Иначе говоря, ключевые массивы с адресным соответствием могут иметь -внутренние нулевые элементы среди расположенных по возрастанию значащих ключевых элементов, тогда как ключевые массивы без адресного соответствия содержат расположенные в произвольном порядке, но без пропусков значащие ключерые элементы.

Во всех программах используется ключевой массив без адресного соответствия W (номера ветвей с вентиляторами). Кроме

It

того, в программе 0PTQ используется ключевой массив без адресного соответствия W2 (номера узлов с заданными давлениями), Коли не входной массив не связан с ключевым массивом, то он заполняется по мере поступления вводимых элементов - адрес любого вводимого элемента всегда на единицу больше адреса введенного перед ним элемента.

Генерация справочных данных после очистки ОФ, ввод и контроль сведений о массива:: и переменных ОФ, контроль двусторонних ограничений, значений по умолчанию,, форматов печати и шапок, сведений о ключевых массивах, управляющих разнесением информации по периодам (массивах периодов), определение номеров начальных записей массивов и адресов начальных байтов переменных, формирование оглавлений массивов, переменных и СФ на диске осуществляются программой GC0 fORQ ; Эта программа всегда работает в режиме корректировки, т.е. при..поступлении сведений о массиве или переменной, имеющихся в СФ, старые имена и соответствующие им параметры удаляются, производится сжатие оглавления массивов или переменных, Вычисляются новые номера начальных записей или новые адреса начальных байтов для всех элементов оглавления, следующих после удаленного, а новый элемент располагается в конце оглавления и получает номер первой свободной записи или номер первого свободного байта, аналогично случаю, когда вводимый элемент не имеет равного себе имени в оглавлении.

Структура СФ, составленного программой 40Л£ , приведена в табл Л. Длины переменных ( £3) всегда должны быть равны единице (по абсолютной величине), а абсолютные значения длин массивов ( £4) могут принимать значения от 2 до 32767. При отрицательном значении1 длины считается, что массив или переменная имеет разные размерности в различных системах единиц, в противном случае размерность инвариантна до отношению к системе единиц.

Длины элементов массивов (£34) и переменных (£33) могут принять такие значения: +4 - для действительных чисел обычной точности; ,-8 - для действительных чисел удвоенной точности;

-4 - для целых чисел .длиной 4 байта; +2 - для целых чисел длиной 2 байта; 80 - для текстовых констант длиной 4 байта; -2 -для текстовых констант длиной 2 байта; 1-80 (кроме рассмотренных выше) - для остальных текстовых констант.

При нулевой длине элемента массив или переменная удаляется из соответствующего оглавления.

16

Массив

Иденти

фикатор

Размер

ность

Длина в байтах

Номер

записи

Справочные данные

100

400

1-2

Имена массивов основного файла

М

300

1200

3—8

Номера начальных записей массивов

т

5,300

3000

9-23

Длшш массивов (в словах)

LA

300

600

24-26

Длины в байтах слов массивов

т

300

600

27-29

Минимально ограничения на элементы массивов

4MIN

300

1200

30-35

Максимальные ограничения на элементы массивов

АМАХ

300

1200

36-41

Значения по умолчанию элементов массивов

т

300

1200

42-47

Имена ключевых массивов для массивов

АМ

300

1200

48-53

Признаки гхринадаежности массивов

т

300

600

54-56

Форматы печати для элементов массивов

ш

6,300

1500

57-64

Шапки массивов

зт

41,300

12300

65-126

Имена переменных основного файла

25

300

1200

I27-132

Адоеса первых байтов переменных основного файла в массиве переменных

5,300

3000

I33-147

Длины переменных в байтах

185

300

600

148-150

Минимальные ограничения на переменные

PMIH

300

1200

151-156

Максимальные ограничения на переменные

/ШАХ

300

1200

I57-162

Значения по умолчанию переменных

SXX

300

1200

163-168

Признаки принадлежности переменных

IDS

300

600

169-171

Форматы печати переменных

XXS

5,300

1500

172-179

Шапки переменных

SHA3

41,300

12300

I80-241

Длины переменных в словах (признак системы единиц)

15

300

600

242-244

16

Минимальные и максимальные ограничения на элементы массивов {AMIN, AM АХ)    и на переменные (РМЩ РМАХ) использу

ются для контроля информации, вводимой в основной файл.

Если задано AMIN > АМАХ или PMI ft > РМАХ , то при вводе в ОФ абсолютное значение каждого элемента массива или переменной контролируется на соответствие абсолютным значениям этих двусторонних ограничений.

Значения по умолчанию присваиваются элементам массивов (АXX) и переменным (SXX) , если последние являются нулевыми, но по логике выполнения проблемной программы должны иметь содержательное значение.

Признаки принадлежности массивов i/J>A) и переменных UPS) могут принимать значения I, 2 и 3, что с некоторой долей условности соответствует делению массивов и переменных на входные, рабочие и выходные. Во втором случае в ОФ отводится меото только для одного массива или переменной, в остальных случаях - по максимальному числу периодов работы шахты (вариантов) .

Для использования в выходных документах предназначаются форматы печати и наименования (шапки) массивов (АЛА, МАЛ) и переменных (FA MAS)* Для задания каждого формата отводится 5 байт, каждой шапки - 41 байт.

Для массива ОФ может быть задано шля ключевого массива (ANft)* Это означает, что элемент ключевого массива, вводимый на одной карте с элементом рассматриваемого массива, определяет адрес последнего. Если признак адресного соответствия равен и А , то адрес элемента любого вводимого массива, связанного (согласно содержимому Aftft ) с данным ключевым массивом, равен значению элемента ключевого массива. Если же признак адресного соответствия не задан (равен «-* м ), то элемент массива, связанного с таким ключевым массивом, имеет адрес первого нулевого элемента ключевого массива или заменяет элемент ключевого массива с таким же значением.

При нулевом значении ключевого элемента на вводимой карте и наличии признака адресного соответствия его адрес (а также и значение), определяется в результате анализа незанятых (н, внх) элементов ключевого массива. Ключевые массивы могут быть только целого типа (длина в байтах одного ключевого элемента -4 или t2)•

17

Рассмотренные выше массивы СФ готовятся на картах программистом для каждой проблемной программы шш пак.ета программ. Одна карта содержит сведения об одном массиве или об одной переменной 0$. Структура этой карты приведена в табл.2.

Таблица 2. Структура карты с исходной информацией о массиве или переменной основного файла

п/п

Колонка

Пози

ция

Формат

ввода

Содержание

I

Идентификатор

1-4

А4

I. 2 или 3 +2 (целые)

2

Приз*. дк принадлежности

5

II

3

Длине одного слова в. байтах

6-7

12

-2

О

-8

целые) текст 4 байта) текст) удаление) двойной точности) остальные -текст

I - переменная

80


4    Длина в словах    8-12    /5

б    Минимальное ограничение    13-18    /6.5

6    Максимальное ограничение    19-24    /6.5

7    Имя ключевого массива    25-28    А4

8    Значение по умолчанию    29-33    У5.2

9    Формат печати элемента    34-38    5AI

10    Шапка    39-79    41AI

Задание отличных от нуля элементов массивов 16Л* &BS, 1Л4У Ш, ЬЛ, 15 и отличных от пробелов элементов массивов ЛЛ Л5 является обязательным всегда, кроме случая удаления сведений о массиве или переменной из СФ (когда длина &8А(183) задается равной нулю и не требуется знание IDA С/Л5) ). Все переменные 0$ располагаются в отдельном массиве ОФ с именем SCAL . Массивы номеров Начальных записей массивов и адресов начальных байтов переменных в массиве переменных заполняются и корректируются программой RORG с учетом значений &А, &8А или 685 • Оглавления массивов и переменных рассчитаны на 300 элементов каждое. Удаление массива SCAL и переменной 15 (признак системы единиц) не допускается.

Записи 1-2 ОФ занимают справочные данные (табл, 3,) При дальнейшем описании в скобках указываются их стандартные значения. Переменные, содержащие номера файлов ( #sf* /В , 8R- 9 ,

Массив

Иденти

фикатор

Длина в словах

Длина одного слова в байтах

Номер справочного файла

т

I

4

Номер основного файла

MF

I

4

Номер дублирующего файла

MF

I

4

Максимальный номер элемента в оглавлении массивов

Л7А

I

4

Максимальный номер элемента в оглавлении переменных

#$

I

4

Номер первой свободной записи основного файла

mi

1

2

Максимальное число записей основного файла

тс

I

2

Длина записи основного и дублирующего файлов

шс

I

2

Номер первого свободного байта в массиве переменных

№7

1

2

Максимальное число периодов работы шахты

NTM

I

4

Максимальная длина блока вводимых карт

LBM

I

4

Максимальное число элементов массивов, вводимых на одной карте

Ш

I

4

Максимальное число ключевых массивов

т

I

4

Имена ключевых массивов

ли#

20

4

Признаки адресного соответствия для ключевых массивов

кц

20

2

Имена массивов - периодов

WPJ7

6

4

Имя ключевого массива для выработок

АЯН

I

4

Имя ключевого массива для вентиляторов

АРМУ

I

4

Максимальное число переменных, вводимых на одной карте

шс

I

4

Имя массива переменных

SGAL

I

4

Имя переменной, содержащей признак системы единиц для данных основного файла

AIS

I

4

19

NDF x //) t удобно использовать в операторах ввода - вывода прямого доступа 8848* WRITE, PIN8 . Текущие значения длин оглавлений массивов (WA) , переменных    С/Vs) , номер первой сво

бодной записи ОФ (N$R!) и номер первого свободного байта в массиве переменных (NSSI} определяются в программе 8080 . Генерация остальных справочных данных также производится в этой программе, но только при первом после очистки СФ ее выполнении. Максимальное число записей ОФ (MNR* 9200) используется для контроля при формировании номеров начальных записей массивов ОФ (MRА) , как и длина записи '*RcC * 200 байт), которая, кроме того, нужна и при обмене информацией основного о дублирующим файлом. Имена массивов принадлежности к периодам f№uu WP и WP2 lj WPS и WP4 и WPS ), имена ключевых массивов (A Rl N *

= ии NNuu NV ы IJZ и МОУихш МРъ* NST), признаки адресного соответствия для них (Hi8 ж Аиииии AUUU А ), максимально е число периодов (МГМ* 5), ключевых массивов ( N81 * 20), максимальная длина блока вводимых карт ( 18 М * 600), максимальное число вводимых на одной карте элементов массивов (Ш8* 30), переменных ( Ш С = 20), имя ключевого массива для выработок (ARM* uu NN ), для вентиляторов (4RKV* uu МУ), имя массива переменных (SOAb* SCAl ) t имя переменной с признаком системы единиц (AIS »uu IS ) используются при вводе и контроле исходных данных, а также могут быть полезными в некоторых проблемных программах.

Массивы WP г WPS управляют разнесением элементов других массивов по периодам. Данные о масоиве WP должны находиться в СФ, данные о массивах WP2 + WPS не должны находиться в СФ, но могут находиться среди имен вводимых в 0Ф массивов. Если вводятся массивы периодов (хотя бы один из массивов WP + WP6), то в атом блоке может быть только один ключевой массив. Если в блоке не вводятся ключевые массивы, то все массивы блока рассматриваются как относящиеся к первому периоду. Это же происходит, если элементы всех вводимых в блоке массивов периодов на какой-либо карте равны нулю. Если на некоторой карте элементы одного или нескольких массивов периодов не равны нулю, то элементы остальных массивов блока вводятся в соответствующие периоды. Например, если WP- /, WP2 * WP9 **-/    ,    то    находящи

еся на этой карте элементы массивов блока относятся к I, 2 и 4 периодам.

20

ПРЕДИСЛОВИЕ

В решениях ХХУ1 съезда КПСС поставлены задачи дальнейшего повышения производительности, улучшения условий труда и техники безопасности на предприятиях угольной промышленности страны. Эффективное -и безопасное ведение подземных горных работ на угольных вахтах в значительной степени зависит от правильного определения на стадии проектирования параметров вентиляции - режимов работы и типоразмеров вентиляторов главного проветривания (ВГП), сечений горных выработок, воздухораспредеденшг ж сопротивлений дополнительных регулирующих устройств с учетом сложной взаимосвязи природных, технологических и оанитарно-гигиенических факторов.

Высокие требования к эффективности и надежности шахтных вентиляционных систем в условиях постоянного углубления, концентрации и механизации горных работ, повышения интенсивности вредных выделений в рудничную атмосферу выдвигают автоматизацию проектирования вентиляции шахт как основное средство обеспечения безопасности и улучшения условий труда горнорабочих на одну из ведущих позиций в применении математических методов и вычислительной техники в горнодобывающей промышленности.

ТЕХНОЛОГИЯ АВТСШТИЗИРОВАШГОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЯЦИИ УГОЛШЫХ ШАХТ

Системы вентиляции современных угольных шахт содержат, как правило, несколько оотек произвольным образом соединенных между собой ветвей и несколько совместно работающих источников тяги. Применявшиеся в конкретном проектировании ручные методы расчета вентиляционных параметров сводились к последовательному перебору нескольких наиболее "трудных” с точки зрения проветривания маршрутов в шахтной вентиляционной сети (ШВС). Их выбор во многом зависел от интуиции и опыта проектировщика. Если депрессия како-

8

го-либо маршрута превышала регламентированный нормами технологического проектирования уровень, принимались меры к ее снижению путем расширения выработок и проведения параллельных выработок. Такой подход является приближенным и не учитывает сложные взаимосвязи аэродинамических параметров ветвей в сети; обладает низкой надежностью, особенно для ШВС, в которых задание расходов воздуха в потребителях - лавах, камерах, подготовленных забоях - не определяет однозначно распределение воздуха в остальных ветвях.

Применение ЭВМ позволяет устранить эти недостатки, получить более оптимальное решение и полную картину распределения в ШВС всех вентиляционных параметров при любой топологии и большой размерности се^, нескольких вентиляторов главного проветривания (ВГП), учете требований технологии, правил безопасности (ПБ) и физических закономерностей воэдухораопределения. Это требует строгой математической формализации задач автоматизированного проектирования вентиляции угольных шахт.

Исходными данными для проектирования вентиляции на ЭШ являются топология ости горных выработок и планы горных работ на различные периоды работа шахты, требования технологии и ПБ к оптимизируемым вентиляционным параметрам, различные справочные дан ные - стоимости проведения, поддержания и восстановления выработок, напорные, энергетические характеристики, стоимостные параметры ВГП и др. Расчет потребного количества воздуха для проветривания очистных, подготовительных забоев и выработок типа камер производится по методике, изложенной в /17-

Исходными данными для проектирования параметров сети одного периода работы шахты являются заданные расходы во множестве потребителей овежэго воздуха

(I)

*ктах t Ь € Kff,

диапазоны изменения сопротивлений пассивных ветвей множества ^ (выработки, камеры, утечки и т*д.)

(2)

(3)

диапазоны изменения скоростей воздушных потоков

* лнгх 9

напоров

ке*а    U)

*ека.    (Ь)

^хтН ^    ^    ^Х    ,гхп 1

и производительностей вентиляторов

Ь min * 9х    та*'

Значение L задается непосредственно либо вычисляется про-граммно исходя из заданных длины    сопротивления    100 и

RtQQx , коэффициента аэродинамического сопротивления ик , периметра Пх , коэффициента формы сечения    и    минимально-

го сечения выработки ^хт/я , выбираемого обычно из условий транспорта, по извеотным формулам рудничной аэродинамики:

(7)

(В)

Ътя-М'******.    (6)

*хт^Ых ** ^ С,*, *е**

Выбор конкретной формулы из (6) - (8) для выработки осуществляется в зависимости от опоооба задания исходных данных (подробнее см* ниже).

Если установка регулирующего устройства в ветви невозможна по требованиям ПБ (наклонные выработки, по которым производится откатка) или по технологическим соображениям (стволы, очистные забои и т.д„), то #ктах '    I    в    остальных слу

чаях максимально возможное сопротивление ветви определяется с учетом максимально допустимого сопротивления регулятора

^к-так * ^xm/n t ^ ^xmvx *

В ряде узлов сети (множества Mt ) могут быть давления

Д ~ const,    / е М2.    (Ю)

Это особенно характерно для выбора вентиляционных режимов при нагнетательно-всасывапцем способе проветривания, распростри-

&

ненном на шахтах, разрабатывающих пласты самовозгорающегося угля, например в Прокопьевско-Киселевском районе Кузбасса.

(И)


Я €


Я /7КХХ f


Х>


Для некоторых выработок сети (множества #х ) задается диапазон расширения сеченая относительно допустимого по условиям транспорта

причем искомое сечение должно, как правило, входить в дискретный ряд сечений Т$/е , т.е. быть типовым:

5'£Г*Х-    (12)

(13)


< й


ХС*Я'


Kffftn Г


Для других выработок допускается задание непрерывного диапазона изменения сечения (II) либо сопротивления относительно *'

Во всех случаях (II) - (13) может также разрешаться проведение дополнительных к основной параллельных выработок, число которых не превышает nKmtfX’'

r/wr#f *€*я.    (14)

При этом каждой ветви множества #х ставится в соответствие стоимостной коэффициент fSx , выражающий затраты на проведение (с учетом приведения разновременных затрат), поддержание и перекрепленне горной выработки за период , отнесенные к единице объема выработки.

При проектировании на ЭШ параметров вентиляции нескольких периодов работа угольной шахты рассматривается рад сетей различной топология, для каждой из которых задаются условия (I) -(14), а также требования к неизменности сечений выработок множества на протяжений всего срока их службы, т.е. в общем случае эти выработки входят в pt сетей из о рассматриваемых:

Sy * const. *<r jep'    (15)

К таким выработкам обычно относятся основные вскрывающие выработки (стволы* квершлаги), выработки общешахтного назначения (бремсберги, уклоны), магистральные штреки, выработки околост-вольных дворов и др., которые в процессе эксплуатации целесообразно не расширять по технологическим г экономическим соображениям.

Процесс автоматизированного проектирования параметров вентиляции угольных шахт состоит из нескольких этапов,На первом этапе решается задача определения режимов работы вентиляторов,сопротивлений регуляторов и воздухорасдредшгеяия в сети.шяишзирувдих затраты электроэнергии на проветривание

при ограничениях (I) - (5), (10), фиксированных сечениях выработок -

(17)

и требованиях к распределению потоков

Ш)

где (tj - множество ветвей, инцидентных /-му узду сети; т ~ число узлов сети;

+1, если к-н ветвь входит в узел

-19 если а-я ветвь выходит из узла и к распределению депрессий в ШВС

Z HKsifr>HK-0,    (i9)

где Cj - множество ветвей /-го независимого цикла; £($) -число независимых циклов графа £ , изоморфного вентиляционной сети;

(20)

i = *„ 9К /4 /.

7

Функция sign Нк опредзляется направлением *-й ветви относит ел вне направления обхода /-го цикла, принимаемого за положительное.

Задачи (I) - (5), (10), (16) - (20) по классификация, данной в /2/, относятся к классу наиболее сложных задач математического программирования, так как содержат невыпуклую целевую функцию (16), нелинейные (19), (20) и линейные (18) ограничения -равенства и линейные неравенства. Из-за нелинейности условий (19), (20), выражающих второй закон Кирхгофа для вентиляционных сетей (закон однозначности напора), область допустимых решений этой задачи также является невыпуклой. Изучение существующих методов нелинейного программирования и экспериментальная проверка ряда методов при решении сформулированной задачи показали их практическую непригодность для проектирования вентиляционных параметров шахт. Это вызвано большими методологическими и вычислительными трудностями, возникающими при реализации этих методов из-за невыпуклооти, большой размерности, возможной вырозденности задачи, сложной взаимосвязи целевой и ограничивающих функций, большого объема требуемой оперативной памяти. Поэтому для решения задачи минимизации затрат энергии на проветривание шахты (16) при условиях (I) - (5), (10), (17) - (20) разработан специальный сетевой метод, основанный на идее декомпозиции сетевых законов I§, 4/. Его вычислительный процесс состоит из ряда связанных между собой итерационных циклов изменения всех аэродинамических параметров ветвей и организован таким образом, что позволяет найти решение даже при наличии противоречий в исходных данных. Например, если заданный расход воздуха в потребителе (I) превышает пропускную способность последовательно соединенной с ним выработки по воздуху $ктвх - *гтах * $*min t т0 синтезируется решение с нарушением максимально допустимой скорости по этой выработке. В других более сложных ситуациях, часто связанных с недостаточностью диапазонов регулирования (2), нарушаются верхние грани-Ът«л, rrmaf. Нижние границы изменения этих параметров не нарушаются. Практика проектирования параметров вентиляции угольных шахт йа ЭВМ показала, что нарушения исходных требований к системе вентиляции встречаются почти в каждом расчете и вызваны, как правило, сложностью анализа большого объема исходной топологической и аэродинамической информации без ЭШ.

Если полученные с помощью метода декомпозиции сетевых законов напоры одного или нескольких вентиляторов превышают регламея-

8

тированный уровень, то на втором этапе автоматизированного проектирования вентиляционных параметров производится анализ возможностей уменьшения депрессий критических маршрутов за счет расширения выработок (II) - (13) и проведения дополнительных параллельных выработок (14). Для новых значений    Kmfo*

^к max    снова повторяется первый этап решения и т.д. до тех

пор, пока не будет соблюдаться регламентированный уровень депрессии или не останется резервов для ее снижения. Изменение количества и сечений горных выработок производится о учетом минимизации приращения стоимости проведения, поддержания и восстановления выработки, приходящейся на единицу уменьшения депрессии.

При соилестном проектировании вентиляционных параметров нескольких ШВС, соответствующих различным периодам работы шахты, действия первого и второго этапов решения производятся для каждой сети в отдельности, но значения    ДЛЯ    ветвей    (15)

любого периода определяются как максимальные из полученных сечений этих ветвей во всех р* периодах, где они участвуют. При расширении этих выработок учитываются затраты на их сооружение и эксплуатацию во всех р* периодах. Расчет сетей всех периодов повторяется ь общем случае несколько раз до тех пор, пока не перестанут изменяться сечения общих выработок (15).

Таким образом, в результате автоматизированного проектирования параметров вентиляции угольной пахты для всех характерных периодов еа работы определяются напоры hH и производительности

вентиляторных установок, сечения £ горных выработок, количества дополнительных параллельных выработок, сопротивления регулирующих устройств    ,    расходы    воздуха <?А и де-

преооии всех ветвей. Полученные значения режимов работы источников тяги служат основой для выбора их типоразмеров. Задача выбора ЕГП при проектировании шахт заключается а нахождении ряда типоразмеров вентиляторов, области промышленного использования (0ПИ) которых покрывают кривую режимов (hj%. у ) работы вентилятора и в определении затрат на проветривание ( J -номер периода проветривания)*. Для решения этой задачи задаются типоразмеры вентиляторов, из числа которых будет выбираться вентилятор.

% ■ "■1 ..............

В разработке математического обеспечения выбора ВГ11 принимали участие В,А.Хижняй и Л,Н.Новикова.

9