Способ управления работой главной вентиляторной установки при проветривании шахт

Технический результат заключается в создании высокоэффективного способа управления работой главной вентиляторной установки (ГВУ), работающей на подземных горнодобывающих предприятиях, с использованием результатов статистических оценок значимости влияния параметров воздуха в вентиляторном и диффузорном каналах ГВУ на процесс проветривания шахт. Способ управления работой главной вентиляторной установки при проветривании шахт включает поступление данных с датчиков давления и расхода воздуха на микроконтроллерный блок (МКБ), их обработку и подачу управляющих сигналов на задающее устройство ГВУ. Новым является то, что датчики размещают в вентиляторном и диффузорном каналах ГВУ и по данным, поступающим в МКБ с датчиков, осуществляют их обработку путем измерения производительности (Q_в) ГВУ и статического давления (h_ст), развиваемого ГВУ, проверки значимости данных, поступающих с указанных датчиков, и определения отсутствия или наличия общешахтной естественной тяги (h_е), а также степени ее влияния на процесс проветривания шахты методом статистической оценки степени значимости влияния указанных параметров на режим работы ГВУ. Затем по результатам этих оценок формируют управляющий сигнал на задающее устройство ГВУ либо продолжают накапливать данные без изменения режима работы ГВУ. Использование метода статистических оценок позволяет существенно повысить эффективность управления работой ГВУ и исключить лишние энергозатраты.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для управления работой главной вентиляторной установки (ГВУ), работающей на подземных горнодобывающих предприятиях, при изменении величины общешахтной естественной тяги.

Известен способ измерения естественной тяги с использованием расчета величины общерудничной естественной тяги (Николаев А.В. Метод расчета величины общерудничной естественной тяги // Воздушная завеса и общерудничная естественная тяга, Москва, изд-во «Горная книга», 2011, стр.12-17).

Однако известный способ неприменим в реальных условиях, т.к. измерения производятся в определенный момент времени и управление работой ГВУ осуществляется лишь во время проведения эксперимента. Кроме того, способ не позволяет проводить проверку значимости и независимости искомых значений аэродинамического сопротивления шахты на величину общешахтной естественной тяги и т.п.

Наиболее близким к заявляемому является способ управления работой ГВУ, который осуществляется с помощью системы автоматизации ГВУ (RU 131083, опубл. 10.08.2013 г.). Способ позволяет регулировать режим работы калориферных установок для минимизации тепловых депрессий с учетом климатических параметров, а также изменять производительность ГВУ таким образом, чтобы в шахту подавался требуемый объем воздуха.

Однако известный способ является недостаточно эффективным, т.к. не позволяет точно определять абсолютное значение общешахтной естественной тяги, применим только в холодное время года при работе калориферных установок и не позволяет оценивать значимость влияния параметров воздуха на процесс проветривания шахты, что снижает его эффективность.

Кроме того, способ требует установки датчиков температуры в устьях и околоствольных дворах всех стволов, что связано с дополнительными затратами.

Технический результат заключается в создании высокоэффективного способа управления работой ГВУ с использованием результатов статистических оценок значимости влияния параметров воздуха в вентиляторном и диффузорном каналах ГВУ на процесс проветривания шахт.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе управления работой главной вентиляторной установки (ГВУ) при проветривании шахт, включающем поступление данных с датчиков давления и расхода воздуха на микроконтроллерный блок (МКБ), их обработку и подачу управляющих сигналов на задающее устройство ГВУ, согласно изобретению датчики размещают в вентиляторном и диффузорном каналах ГВУ и по данным, поступающим в МКБ с датчиков, осуществляют их обработку путем измерения производительности (Q_в) ГВУ и статического давления (h_ст), развиваемого ГВУ, проверки значимости данных, поступающих с указанных датчиков, и определения отсутствия или наличия общешахтной естественной тяги (h_е), а также степени ее влияния на процесс проветривания шахты методом статистической оценки степени значимости влияния указанных параметров на режим работы ГВУ, а затем по результатам этих оценок формируют управляющий сигнал на задающее устройство ГВУ либо продолжают накапливать данные без изменения режима работы ГВУ.

Использование метода статистических оценок позволяет существенно повысить эффективность управления работой ГВУ и исключить лишние энергозатраты.

Проверку значимости поступающих с датчиков давления и расхода данных осуществляют согласно известным статистическим процедурам первичной обработки данных (Айвазян С.А., Мхитарян B.C. Прикладная статистика и основы эконометрики. - 2-е изд., Москва, ЮНИТИ, 2001, с.656).

Способ осуществляется следующим образом.

Данные на входы МКБ поступают с датчиков, расположенных в вентиляторном и диффузорном каналах ГВУ. МКБ вычисляет производительность (Q_в) ГВУ и статическое давление (h_ст), развиваемое ГВУ, а также осуществляет статистическую оценку выборочного (среднего) коэффициента корреляции r^оп и проверку его значимости при заданном уровне значимости α, например, с помощью t-критерия Стьюдента. Коэффициент α выбирается в зависимости от необходимой точности получения r^оп. Как правило, α принимается равной от 0,05 до 0,01.

Если коэффициент r^оп является незначимым, то МКБ продолжит накапливать данные о величинах (Q_в) и (h_ст) с датчиков. В случае выявления значимости r^оп производится расчет значения аэродинамического сопротивления шахты и коэффициента h_е, численно равного абсолютному значению общешахтной естественной тяги по методу наименьших квадратов (Айвазян С.А., Мхитарян B.C. Прикладная статистика и основы эконометрики. - 2-е изд.; испр., Москва, ЮНИТИ, 2001, с.656). Далее МКБ будет проводить оценку значимости параметров R_руд и h_е, а также значимости уравнения в целом, по которому определялась величина h_ст ГВУ с учетом величины h_е:

$$h_{ст}=h_{е}+R_{руд}\cdot Q_B^2$$ .

Далее МКБ оценивает точность указанного уравнения, т.е. при некотором значении Q_в вычисляется средняя стандартная ошибка измеренного значения h_ст от полученного в результате решения уравнения $$h_{ст}=h_{е}+R_{руд}\cdot Q_B^2$$ .

Если величина h_е незначима, т.е. согласно проверке по критерию значимости ее следует считать равной нулю, то между стволами шахты общешахтная естественная тяга не действует, поэтому отсутствует необходимость менять режим работы ГВУ.

Если согласно проверке по критерию значимости коэффициент h_е значим, т.е. отличен от нуля, то обе границы доверительного интервала лежат по одну сторону от нуля, а значение h_е положительно либо отрицательно, что указывает на наличие общешахтной естественной тяги, следовательно, и на ее влияние на работу ГВУ.

Далее способ предполагает проверку достоверности полученных результатов относительно данных, поступивших с датчиков. Проверку уравнения $$h_{ст}=h_{е}+R_{руд}\cdot Q_B^2$$ осуществляют с помощью критерия Фишера F_оп (Айвазян С.А., Мхитарян B.C. Прикладная статистика и основы эконометрики. - 2-е изд., Москва, ЮНИТИ, 2001, с.656).

Если критическое значение $$F_{\alpha }^{кр}$$ больше полученного критерия F_оп, то уравнение в целом незначимо и МКБ продолжит накапливать данные с датчиков.

Если $$F_{оп}>F_{\alpha }^{кр}$$ , то МКБ будет осуществлять оценку точности, т.е. адекватности, уравнения $$h_{ст}=h_{е}+R_{руд}\cdot Q_B^2$$ опытным данным и вычисление средней статистической оценки $$m_{h_{ст}}$$ измеренной величины статического давления от расчетного значения h_ст.

Основываясь на полученных результатах расчетов, МКБ оценивает степень влияния общешахтной естественной тяги на работу ГВУ, которая является производной от значения h_е.

Таким образом, если коэффициент h_е значим, то общешахтная естественная тяга оказывает влияние на работу ГВУ и МКБ выдает сигнал на изменение режима работы ГВУ, тем самым контролируя поступающий в шахту требуемый объем воздуха, снижая производительность ГВУ (Q_в) при положительном значении h_е и увеличивая производительность ГВУ при h_е<0.

Способ управления работой главной вентиляторной установки (ГВУ) при проветривании шахт, включающий поступление данных с датчиков давления и расхода воздуха на микроконтроллерный блок (МКБ), их обработку и подачу управляющих сигналов на задающее устройство ГВУ, отличающийся тем, что датчики размещают в вентиляторном и диффузорном каналах ГВУ и по данным, поступающим в МКБ с датчиков, осуществляют их обработку путем измерения производительности (Q_в) ГВУ и статического давления (h_ст), развиваемого ГВУ, проверки значимости данных, поступающих с указанных датчиков, и определения отсутствия или наличия общешахтной естественной тяги (h_е), а также степени ее влияния на процесс проветривания шахты методом статистической оценки степени значимости влияния указанных параметров на режим работы ГВУ, а затем по результатам этих оценок формируют управляющий сигнал на задающее устройство ГВУ либо продолжают накапливать данные без изменения режима работы ГВУ.