Автоматизированная система прогнозирования аварийных ситуаций в шахте и способ автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте
Заявлена автоматизированная система прогнозирования аварийных ситуаций в шахте и способ автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте. Техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик системы автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте. Автоматизированная система прогнозирования аварийных ситуаций в шахте включает элементы контроля физического состояния объектов шахты, модуль сбора данных, выполненный с возможностью получения данных от элементов контроля физического состояния объектов шахты, и модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, содержащий условия возникновения аварийных ситуаций в шахте и выполненный с возможностью получения данных от модуля сбора данных, и оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте с учетом полученных данных. Система дополнительно содержит модуль управления цифровыми двойниками объектов шахты, выполненный с возможностью получения запроса на создание цифрового двойника объекта шахты, получения данных от модуля сбора данных, создания цифрового двойника объекта шахты с учетом полученных данных и его передачи в модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте. Модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте выполнен с возможностью оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте с учетом цифрового двойника объекта шахты. Способ автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте включает применение цифровых двойников в автоматизированной системе прогнозирования аварийных ситуаций в шахте. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил.
Группа изобретений относится к оценке вероятности возникновения аварийных ситуаций и предотвращению возникновения аварийных ситуаций в угольных шахтах, и может быть применена в горнодобывающей отрасли промышленности.
Известна автоматизированная система для создания цифровых двойников промышленных устройств и способ создания цифровых двойников промышленных устройств, реализуемый этой системой, при этом система включает модуль сбора данных от промышленных устройств и модуль управления цифровыми двойниками, а способ заключается в получении модулем сбора данных информации о промышленных устройствах и создании модулем управления цифровыми двойниками моделей промышленных устройств [WO2020040772, дата публикации: 27.02.2020 г., МПК: G05B 19/42].
Недостатком известного технического решения является его ограниченный функционал и область применения, которые обеспечивают возможность только моделирования промышленных устройств, при этом о применении таких двойников для каких-либо целей в документе не упоминается.
Известна автоматизированная система мониторинга безопасности движения транспорта в угольных шахтах и способ мониторинга безопасности движения транспорта в угольных шахтах, при этом система включает датчики, установленные в шахте и зоне рабочего забоя, модуль сбора данных и модуль мониторинга безопасности движения транспорта в угольной шахте, а способ заключается в вводе в модуль мониторинга безопасности движения транспорта в угольной шахте условий возникновения аварийных ситуаций при движении транспорта в угольной шахте, получении модулем сбора данных от датчиков и оповещении о возникновении аварийных ситуаций при движении транспорта в шахте с учетом полученных данных [CN103362553, дата публикации: 10.06.2015 г., МПК: E21F 17/18].
Преимуществом известного технического решения является его более широкий функционал, обеспечиваемый модулем мониторинга безопасности движения транспорта в угольной шахте, который позволяет оповестить персонал о возникшей чрезвычайной ситуации на транспортных магистралях шахты. Однако его недостатком является отсутствие возможности заблаговременного предупреждения персонала о возможном возникновении чрезвычайной ситуации, что также существенно ограничивает функциональные возможности представленного технического решения.
В качестве прототипа выбрана автоматизированная система прогнозирования опасных ситуаций в шахте, содержащая датчики физического состояния объектов в шахте, модуль сбора данных и модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, а способ заключается в вводе в модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте условий возникновения аварийных ситуаций в шахте, получении информации модулем сбора данных от датчиков физического состояния объектов в шахте, передачи собранной информации в модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте и оценки модулем прогнозирования аварийных ситуаций в шахте вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте с учетом данных от датчиков и условий возникновения аварийных ситуаций в шахте [CN207999282, дата публикации: 23.10.2018 г., МПК: E21F 17/18].
Преимуществом прототипа является его более широкий функционал, обеспечиваемый модулем прогнозирования опасных ситуаций в шахте, который за счет сопоставления условий возникновения опасных ситуаций в шахте и данных от датчиков физического состояния объектов в шахте позволяет определить вероятность возникновения чрезвычайной ситуации в шахте и заблаговременно оповестить персонал о возможном обрушении кровли горной выработки, взрыве газа и других угрожающих жизни персонала событиях. Однако недостатком прототипа являются неудовлетворительные эксплуатационные характеристики системы автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте ввиду низкой точности оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте модулем прогнозирования возникновения аварийных ситуаций в шахте. Это происходит из-за недостаточного объема входных данных, которые не позволяют оценить вид и состояние горношахтного оборудования, используемого в каждой конкретной шахте, особенности системы вентиляции и электрификации, горнотехнические и горногеологические показатели характеристики шахты, которые могут повлиять на конечный результат оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций модулем прогнозирования аварийных ситуаций в шахте. Вследствие этого исключается вероятность заблаговременного предупреждения возникновения аварийных ситуаций такого рода либо в случае неизбежности такого события – раннего оповещения персонала, начала эвакуации и предотвращения таким образом возможности травмирования или человеческих жертв среди сотрудников шахты.
Техническая проблема, на решение которой направлена группа изобретений, заключается в необходимости улучшения эксплуатационных характеристик системы автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте.
Технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в повышении точности оценки модулем прогнозирования аварийных ситуаций в шахте вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте.
Дополнительный технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в обеспечении возможности оценки вероятности выхода из строя основного и вспомогательного горношахтного оборудования.
Сущность первого изобретения из группы изобретений заключается в следующем.
Автоматизированная система автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте содержит элементы контроля физического состояния объектов шахты, модуль сбора данных, выполненный с возможностью получения данных от элементов контроля физического состояния объектов шахты, и модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, содержащий условия возникновения аварийных ситуаций в шахте и выполненный с возможностью получения данных от модуля сбора данных, и оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте с учетом полученных данных. В отличие от прототипа система дополнительно содержит модуль управления цифровыми двойниками объектов шахты, выполненный с возможностью получения запроса на создание цифрового двойника объекта шахты, получения данных от модуля сбора данных, создания цифрового двойника объекта шахты с учетом полученных данных и его передачи в модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, а модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте выполнен с возможностью оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте с учетом цифрового двойника объекта шахты.
Сущность второго изобретения из группы изобретений заключается в следующем.
Способ автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте включает ввод условий возникновения аварийных ситуаций в шахте в модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, получение данных от элементов контроля физического состояния объектов шахты модулем сбора данных и их передачу в модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, и последующую оценку вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте модулем прогнозирования аварийных ситуаций в шахте с учетом полученных данных. В отличие от прототипа модулем управления цифровыми двойниками объектов шахты осуществляется получение запроса на создание цифрового двойника объекта шахты, осуществляется получение данных от элементов контроля физического состояния объектов шахты, затем модулем управления цифровыми двойниками объектов шахты с учетом полученных данных осуществляется создание цифрового двойника объекта шахты и его передача в модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, при этом оценка вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте этим модулем осуществляется с учетом цифрового двойника объекта шахты.
Модуль управления цифровыми двойниками обеспечивает возможность передачи в модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте цифровых двойников объектов шахты, что повышает точность оценки модулем прогнозирования аварийных ситуаций в шахте вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте за счет получения им дополнительных данных.
Модуль управления цифровыми двойниками может быть представлен программно-аппаратным комплексом и/или он может быть представлен в виде специализированного программного обеспечения, позволяющего обрабатывать запросы цифровых двойников, полученные от специализированного интерфейса и/или от модуля прогнозирования аварийных ситуаций в шахте и осуществлять поиск среди существующих или создавать новые цифровые двойники и передавать цифровые двойники обратно в модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, к которому он подключен.
Цифровой двойник (digital twin) объекта шахты представляет собой программный аналог физического устройства, моделирующий внутренние процессы, технические характеристики и поведение реального объекта шахты в условиях воздействия окружающей среды. Цифровой двойник может включать геометрическую и структурную модель объекта шахты, набор расчетных данных деталей, узлов и изделия в целом, математические модели, описывающие все происходящие в изделии физические процессы, информацию о технологических процессах изготовления и сборки отдельных элементов и изделия в целом.
В качестве цифровых двойников объектов шахты могут быть представлены прототипы (Digital Twin Prototype, DTP), экземпляры (Digital Twin Instance, DTI), и агрегированные двойники (Digital Twin Aggregate, DTA).
Прототип (DTP) представляет собой виртуальный аналог имеющегося в реальности физического объекта. Он включает в себя данные для всесторонней характеристики модели, в том числе информацию по его созданию в реальных условиях. Это могут быть трехмерная модель объекта или описание технологических процессов.
Экземпляр (DTI) описывает конкретный физический экземпляр изделия, с которым двойник остается связанным на протяжении всего срока службы. Он содержит аннотированную трехмерную модель, данные о материалах, используемых в прошлом и настоящем времени, и компонентах, информацию о выполняемых процессах во всех временных отрезках, итоги тестов, записи о проведенных ремонтах, операционные данные, параметры мониторинга.
Агрегированный двойник (DTA) определяется как информационная система управления физическими экземплярами семейства изделий, которая имеет доступ ко всем их цифровым двойникам и позволяет собирать данные и обмениваться ими.
В рамках настоящей группы изобретений подразумеваются цифровые двойники физического объекта шахты с его параметризацией теми данными, которые соответствуют реальному объекту шахты. Важной особенностью такого цифрового двойника является то, что для параметризации используется информация, поступающая от реального объекта, расположенного в шахте.
Под объектами шахты может подразумеваться: горношахтное оборудование различного назначения, элементы либо системы аэрогазового контроля, системы водоотливного комплекса; горные выработки с номенклатурой параметров (протяженность, форма и размеры поперечного сечения, характеристики вмещающих пород, обводненность и.т.д.).
Модуль управления цифровыми двойниками может содержать загруженные в его внутреннюю память или содержащиеся в сторонней базе данных созданные цифровые двойники объектов шахты. Поиск цифрового двойника может быть осуществлен модулем управления цифровыми двойниками в соответствии с запросом цифрового двойника, введенного оператором системы и полученным от специализированного интерфейса и/или от модуля прогнозирования аварийных ситуаций в шахте. Для этого модулем управления цифровыми двойниками осуществляется считывание идентификатора запрашиваемого цифрового двойника, например: «Проходческий комбайн «КП-21» или «П-110», «Очистной комбайн «SL-900», или «Газ «Метан», и осуществляется поиск цифрового двойника с таким идентификатором среди доступных модулю управления цифровыми двойниками в базе данных цифровых двойников. При этом в случае отсутствия запрашиваемого цифрового двойника в модуле управления цифровыми двойниками объектов шахты им может быть инициализирован процесс поиска цифрового двойника в сети «Интранет» или «Интернет», для чего аналогичным образом осуществляется считывание идентификатора цифрового двойника и его поиск на доступных ресурсах.
В случае если поиск модулем управления цифровыми двойниками запрашиваемого цифрового двойника не дал результата, то им может быть инициализирован процесс создания нового цифрового двойника объекта шахты, который преимущественно производится в автоматическом режиме. Для этого на основании идентификатора запрашиваемого цифрового двойника модулем управления цифровыми двойниками может быть осуществлена загрузка шаблона для создания цифрового двойника из его внутренней памяти для его заполнения необходимыми данными. Эти данные впоследствии могут быть использованы модулем управления цифровыми двойниками для параметризации модели нового цифрового двойника объекта шахты. Для этого модуль управления цифровыми двойниками подключен к модулю сбора данных, для которого им осуществляется формирование запроса необходимой информации для заполнения шаблонов создания цифровых двойников объектов шахты.
Модуль сбора данных может быть представлен отдельным программно-аппаратным комплексом или он может быть представлен в виде специализированного программного обеспечения, установленного на программно-аппаратном комплексе, реализующим модуль управления цифровыми двойниками и/или модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте. Модуль сбора данных обеспечивает возможность получения информации для заполнения шаблонов при создании цифровых двойников модулем управления цифровыми двойниками за счет подключенных к нему элементов получения данных от объектов шахты, что также обеспечивает поддержание релевантности цифровых двойников, используемых в процессе оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте в режиме реального времени. Также получение информации для заполнения шаблонов модулем сбора данных может быть осуществлено с серверов, на которых хранится информация об объектах шахты, и/или из общедоступных источников сети «Интранет», представленной внутренней частной сетью организации или крупного государственного ведомства, либо из глобальной сети «Интернет».
Получение модулем сбора данных информации от элементов контроля физического состояния объектов шахты обеспечивает возможность создания цифрового двойника объекта шахты в режиме реального времени и для оценки модулем прогнозирования аварийных ситуаций в шахте вероятности выхода из строя основного и вспомогательного горношахтного оборудования. В качестве элементов контроля физического состояния объектов шахты могут быть представлены датчики, установленные непосредственно на горношахтном оборудовании либо на иных объектах шахты, а также измерительном или метрологическом электронном оборудовании.
Также в случае отсутствия возможности получения данных с элементов контроля физического состояния объектов шахты напрямую, например, в случае выхода из строя одного из элементов, данные могут быть получены от сервера, подключенного к модулю сбора данных, где ранее полученные от элементов контроля физического состояния объектов шахты данные хранятся в виде истории.
Получение модулем сбора данных информации из общедоступных источников информации сети «Интранет», в частности путем обращения к базе данных системы, обеспечивает возможность повышения полноты данных для заполнения шаблона и преимущественно осуществляется модулем сбора данных в случае отсутствия части необходимых данных, поступающих от объектов шахты. Среди таких данных могут быть сведения, которые не могут быть получены от датчиков и элементов контроля оборудования, например номинальные характеристики мощности, максимально допустимые нагрузки, предельные значения температуры и концентрации газов в рудничной атмосфере.
Также дополнительно модулем сбора данных может быть получена информация от подключенных к нему датчиков перемещения и/или контроля состояния персонала шахты, что обеспечивает возможность учитывания модулем прогнозирования аварийных ситуаций в шахте поведенческих паттернов человека в различных ситуациях. При этом с учетом полученной информации также могут быть спрогнозированы управляющие воздействия и разработан план необходимых указаний персоналу.
После осуществления модулем сбора данных получения всей доступной информации для заполнения шаблонов модуль управления цифровыми двойниками объектов шахты осуществляет ее анализ, в процессе которого определяется достаточность данных для создания цифровых двойников объектов шахты.
В случае если данных для создания цифрового двойника объекта шахты в шаблоне недостаточно, то модуль управления цифровыми двойниками объектов шахты направляет запрос на специализированный интерфейс для ввода данных оператором для создания цифрового двойника объекта шахты. В качестве таких данных могут быть представлены, например, данные о количестве наработанных часов горношахтным оборудованием, данные текущего состояния узлов механизмов данные плановых замен узлов и деталей горношахтного оборудования, данные состояния кровли горной выработки и др.
В случае, когда данных для создания цифрового двойника достаточно либо после ввода через специализированный интерфейс недостающих данных оператором, модуль управления цифровыми двойниками, например с применением методов моделирования физических процессов (метода конечных элементов), параметризирует этими данными трехмерные модели, несущие информацию о внешнем виде и структуре объектов, что обеспечивает возможность получения цифровых двойников объекта шахты. В качестве таких моделей могут быть использованы заранее созданные посредством применения систем автоматизированного проектирования трехмерные модели, которые в процессе параметризации могут также претерпевать незначительные изменения. При этом могут быть также использованы модели анализа видов и последствий отказов, основанные на анализе надежности систем. Они могут объединять математические модели отказа со статистической базой данных о режимах отказа для проведения анализа и выявления наиболее критических шагов процессов, происходящих в шахте. После этого полученные цифровые двойники объектов шахты могут быть сохранены модулем управления цифровыми двойниками объектов шахты во внутренней базе данных цифровых двойников.
Модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте обеспечивает возможность оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте. Для этого он содержит условия возникновения аварийных ситуаций в шахте и специализированный алгоритм, обеспечивающий возможность сопоставления информации, полученной от модуля сбора данных с условиями возникновения аварийных ситуаций в шахте.
В качестве аварийных ситуаций могут быть представлены чрезвычайные ситуации, такие как, например, взрыв газа, обрушение кровли горной выработки, затопление горной выработки и др. Также в качестве аварийных ситуаций могут быть представлены организационные действия по поддержанию работоспособности шахты, например, уведомления о необходимости проведения технического обслуживания основного и вспомогательного горношахтного оборудования и систем жизнеобеспечения, проведение ремонтных работ, поддержание в безопасном состоянии горной выработки и др.
В качестве условий возникновения аварийных ситуаций в шахте могут быть представлены выходы за предельно допустимые значения показаний элементов контроля физического состояния объектов шахты, информация о динамике изменения данных во времени или отсутствие информации о таком изменении, потеря сигнала с одним или несколькими элементами контроля физического состояния объектов шахты и др. Для ввода этих данных модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте может содержать специализированный интерфейс, обеспечивающий возможность ввода данных оператором вручную, либо модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте может содержать средство анализа информации об инцидентах, произошедших в шахте. Инциденты, произошедшие в шахте, могут быть представлены событиями, связанными с определенными данными, например при выходе из строя ролика или подшипника узла ленточного конвейера и нагрева до высокой температуры возможно возникновение пожарной ситуации.
При этом получение инцидентов может осуществляться за счет их ввода оператором через специализированный интерфейс либо путем загрузки с удаленного сервера. Модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте может быть представлен программно-аппаратным комплексом, при этом хранение условий возникновения аварийных ситуаций может обеспечиваться во внутренней базе данных или удаленно. Подключение модулей друг к другу может обеспечиваться за счет любых известных средств проводной и/или беспроводной связи.
В процессе ввода оператором команд для прогнозирования аварийных ситуаций в шахте модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте может в автоматическом режиме распознавать вид необходимых цифровых двойников объектов шахты, для чего может быть использован пакет специализированного программного обеспечения. После этого модулем прогнозирования аварийных ситуаций в шахте может формироваться один или несколько запросов цифровых двойников, которые направляются в подключенный к нему модуль управления цифровыми двойниками.
Система может функционировать в режиме реального времени и обеспечивать мониторинг ситуации в шахте, либо в режиме прогнозирования и обеспечивать оценку вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте через заданные промежутки времени, например, 1 мин, 10 мин, 60 мин, 1 сутки и т. д.
Группа изобретений может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Группа изобретений характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что:
–– система дополнительно содержит модуль управления цифровыми двойниками объектов шахты, выполненный с возможностью получения запроса на создание цифрового двойника объекта шахты, получения данных от модуля сбора данных, создания цифрового двойника объекта шахты с учетом полученных данных и его передачи в модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, что позволяет создать один или несколько необходимых для прогнозирования аварийных ситуаций в шахте цифровых двойников объектов шахты, благодаря чему в значительной степени увеличить объем данных на входе модуля прогнозирования аварийных ситуаций в шахте;
–– модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте выполнен с возможностью оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте с учетом цифрового двойника объекта шахты, что позволяет учесть дополнительные данные на входе и использовать их при сопоставлении с условиями возникновения аварийных ситуаций в шахте, благодаря чему существенным образом расширить вариативность комбинаций выполнения того или иного условия возникновения аварийных ситуаций в шахте.
Совокупность существенных признаков группы изобретений позволяет создать точную программную модель объекта шахты либо выбрать цифровой двойник из ранее созданных и присвоить ему релевантные данные, полученные модулем сбора данных, тем самым в значительной степени увеличить объем данных на входе модуля прогнозирования аварийных ситуаций в шахте и существенным образом расширить вариативность комбинаций выполнения того или иного условия возникновения аварийных ситуаций в шахте, благодаря чему дать более точную оценку вероятности возникновения того или иного события в шахте модулем прогнозирования аварийных ситуаций в шахте. Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении точности оценки модулем прогнозирования аварийных ситуаций в шахте вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте, тем самым улучшаются эксплуатационные характеристики системы автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте.
Группа изобретений характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «новизна».
Из уровня техники известна автоматизированная система для создания цифровых двойников промышленных устройств. Также из уровня техники известна возможность оповещения о происшествиях на транспортных магистралях угольных шахт автоматизированной системой мониторинга безопасности движения транспорта в угольных шахтах. Из уровня техники также известна возможность раннего оповещения персонала в шахте о возможном возникновении чрезвычайных ситуаций автоматизированной системой прогнозирования опасных ситуаций в шахте за счет сбора данных от датчиков, установленных в кровле и в горной выработке. Однако из уровня техники не известна система автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, в которой для оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций использовались бы цифровые двойники реальных объектов шахты. Также не известно влияние цифровых двойников объектов шахты на возможность повышения точности оценки модулем прогнозирования аварийных ситуаций в шахте вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте за счет воссоздания точной цифровой копии шахты с цифровыми копиями конструкций шахты, основного и вспомогательного горношахтного оборудования, установленного в шахте, а также аэрогазовой обстановки в шахте. Ввиду этого группа изобретений соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретения из группы изобретений связаны между собой и образуют единый изобретательский замысел, который заключается в том, что система прогнозирования аварийных ситуаций в шахте обеспечивает возможность реализации способа прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, что свидетельствует о соответствии группы изобретений критерию патентоспособности «единство изобретения».
Группа изобретений поясняется следующими фигурами.
Фиг.1 – Схема автоматизированной системы прогнозирования аварийных ситуаций в шахте.
Фиг.2 – Алгоритм, выполняемый автоматизированной системой прогнозирования аварийных ситуаций в шахте (Часть 1).
Фиг.3 – Алгоритм по фиг.2 (Часть 2).
Фиг.4 – Алгоритм по фиг.2 (Часть 3).
Фиг.5 – Цифровой двойник объекта шахты, скриншот.
Фиг.6-8 – Интерфейс системы автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, скриншоты.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути группы изобретений ниже представлен вариант ее осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящая группа изобретений ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.
Система автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте содержит элементы 100 контроля физического состояния объектов шахты, установленные на объектах в шахте, модуль 110 сбора данных c базой 111 данных объектов шахты, модуль 120 прогнозирования аварийных ситуаций в шахте с базой 121 условий возникновения аварийных ситуаций в шахте и интерфейсом 122, модуль 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты с базой 131 цифровых двойников объектов шахты и интерфейсом 132.
Элементы 100 получения данных от объектов шахты могут быть представлены датчиками измерения физических величин, датчиками положения объектов в пространстве, установленными непосредственно на горношахтном оборудовании, а также датчиками систем аэрогазового контроля и других элементов многофункциональной системы безопасности (далее – МФСБ).
Модуль 110 сбора данных представлен облачным хранилищем, и/или сервером, и/или персональным компьютером, и/или базой данных. Модуль 120 прогнозирования аварийных ситуаций в шахте и модуль 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты могут быть представлены в виде одного или нескольких электронных устройств в виде серверов, персональных компьютеров или смартфонов, содержащих соединенные между собой ЦП, ОЗУ, ПЗУ и устройства ввода и вывода данных и снабженных специализированным программным обеспечением или в виде одного электронного устройства, снабженного специализированным программным обеспечением.
Интерфейсы 122 и 132 могут быть представлены в виде одного или отдельных специализированных программных приложений, отображаемых на мониторе персонального компьютера или иного электронного устройства. Базы 121 и 131 могут быть представлены в виде систематизированных совокупностей машиночитаемых данных, которые могут храниться во внутренней памяти соответственно модулей 110 или 120 или удаленно.
Элементы 100 получения данных от объектов шахты подключены к модулю 110 сбора данных с возможностью передачи данных; модуль 110 сбора данных подключен к базе 111 данных объектов шахты с возможностью передачи и получения данных объектов шахты; модуль 110 сбора данных подключен к модулю 120 прогнозирования аварийных ситуаций в шахте и к модулю 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты с возможностью получения запросов данных объектов шахты и передачи данных по запросу; модуль 120 прогнозирования аварийных ситуаций в шахте подключен к интерфейсу 122 с возможностью получения условий возникновения аварийных ситуаций в шахте; подключен к базе 121 с возможностью передачи запросов условий возникновения аварийных ситуаций в шахте и получения условий возникновения аварийных ситуаций в шахте по запросу; модуль 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты подключен к интерфейсу 132 с возможностью получения запросов цифровых двойников; подключен к базе 131 цифровых двойников с возможностью передачи запросов цифровых двойников и получения цифровых двойников по запросу; подключен к модулю 120 прогнозирования аварийных ситуаций в шахте с возможностью передачи цифрового двойника объекта шахты.
Способ автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте реализуется рядом основных этапов, которые включают в себя: этап 200, на котором оператором системы через интерфейс 122 осуществляется ввод условий возникновения аварийных ситуаций в шахте в модуль 120 прогнозирования аварийных ситуаций в шахте; этап 210, на котором оператором системы через интерфейс 132 осуществляется ввод запроса на создание цифровых двойников объектов шахты в модуль 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты; этап 220, на котором модулем 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты осуществляется проверка наличия в базе 131 запрашиваемых через интерфейс 132 цифровых двойников объектов шахты; этап 230, на котором модулем 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты осуществляется формирование запроса информации для модуля 110 сбора данных; этап 240, на котором модулем 110 сбора данных осуществляется получение информации от элементов 100 получения данных от объектов шахты для создания цифрового двойника объекта шахты; этап 250, на котором модулем 110 сбора данных осуществляется получение информации для создания цифрового двойника из сети «Интранет»; этап 260, на котором модулем 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты осуществляется формирование запроса информации для создания цифровых двойников объектов шахты у оператора системы; этап 270, на котором оператором системы осуществляется ввод необходимой для создания цифровых двойников объектов шахты информации через интерфейс 132; этап 280, на котором модулем 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты осуществляется создание цифровых двойников объектов шахты; этап 290, на котором модулем 120 прогнозирования возникновения аварийных ситуаций в шахте осуществляется оценка вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте с учетом цифровых двойников объектов в шахте.
Более конкретно каждый из этапов способа осуществляется следующим образом.
На этапе 200 оператором системы, в качестве которого может выступать сотрудник центра мониторинга безопасности в шахте, осуществляется ввод через текстовые поля графического интерфейса 122 условий возникновения аварийных ситуаций в шахте в модуль 120 прогнозирования аварийных ситуаций в шахте. Для ввода условий возникновения аварийных ситуаций в шахте им может быть использована информация об уже произошедших инцидентах, в которых указаны связи между параметрами условиями возникновения аварийных ситуаций, либо данные технической документации к объектам шахты, либо другая доступная информация. В качестве аварийных ситуаций, происходящих в шахте, могут быть введены, например, «Взрыв газа в горной выработке», «Обрушение кровли горной выработки», «Остановка вентиляторов главного (местного) проветривания», «Выход из строя горношахтного оборудования» и др. В качестве условий возникновения аварийных ситуаций могут быть введены выходы за предельно допустимые значения параметров одного или нескольких датчиков на объектах, находящихся в шахте, потеря сигнала информации с одним или несколькими датчиками, получение данных от персонала о повреждении объекта и др. Также модулем 120 прогнозирования аварийных ситуаций в шахте ввод условий возникновения аварийных ситуаций в шахте может быть осуществлен в автоматическом режиме, для чего им осуществляется получение данных, произошедших в шахте или аналогичных шахтах, после чего они могут быть проанализированы посредством специализированного программного обеспечения. После ввода условий возникновения аварийных ситуаций в шахте они автоматически сохраняются модулем 120 в базу 121 условий возникновения аварийных ситуаций в шахте.
На этапе 210 оператором системы осуществляется ввод через текстовые поля графического интерфейса 132 запроса на создание цифровых двойников объектов шахты в модуль 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты. Для этого оператором системы анализируется состояние, имеющегося в шахте горношахтного оборудования, параметры горных выработок и рудничной атмосферы и определяются идентификаторы этих объектов. Также запрос на создание цифровых двойников объектов шахты может быть сформирован модулем 120 прогнозирования аварийных ситуаций в шахте в автоматическом режиме в соответствии с горнотехническими и горногеологическими условиями конкретной шахты, а идентификаторы объектов шахты могут быть получены им с удаленного сервера этой шахты. В качестве идентификаторов объектов шахты могут быть представлены, например, тип горношахтного оборудования, характеристики пластов и рудничной атмосферы.
Также идентификаторы объектов шахты могут быть определены модулем 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты автоматически, для чего он может осуществить выгрузку информации с удаленного сервера шахты, для которой необходимо создать цифровые двойники объектов, для чего модулем 130 посредством специализированного программного обеспечения создается соответствующий запрос, который впоследствии направляется им на удаленный сервер шахты для загрузки с него необходимых данных.
На этапе 220 модулем 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты осуществляется проверка наличия в базе 131 запрашиваемых цифровых двойников объектов шахты. Для этого им направляется запрос в базу 131 цифровых двойников, содержащий идентификатор запрашиваемого цифрового двойника объекта шахты. Также выбор цифрового двойника в базе 131 цифровых двойников может быть осуществлен оператором системы вручную через интерфейс 132. В случае обнаружения цифровых двойников в базе 131 модулем 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты осуществляется их передача в модуль 120 прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, после чего происходит переход на этап 290, на котором модулем 120 прогнозирования возникновения аварийных ситуаций в шахте осуществляется оценка вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте с учетом цифровых двойников объектов в шахте.
На этапе 230 модулем 130 управления цифровыми двойниками осуществляется формирование запроса информации для модуля 110 сбора данных. Этот этап осуществляется в случае, если цифровой двойник объекта шахты в базе 131 обнаружен не был. Для этого модулем 130 из внутренней памяти выгружается шаблон создания цифрового двойника, текстовые поля которого автоматически заполняются необходимой для создания цифрового двойника информацией, а для получения этой информации модуль 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты формирует запрос данных для модуля 110 сбора данных в соответствии с идентификатором цифрового двойника и текстовыми полями шаблона. При этом в случае отсутствия во внутренней памяти модуля 130 необходимого шаблона он может быть загружен в модуль 130 управления цифровыми двойниками через интерфейс 132 оператором системы.
На этапе 240 модулем 110 сбора данных в режиме реального времени осуществляется получение информации от элементов 100 получения данных от объектов шахты, при этом в качестве таких элементов могут быть представлены датчики измерения физических величин, датчики положения объектов в пространстве, установленные непосредственно на горношахтном оборудовании, а также датчики систем аэрогазового контроля и других элементов МФСБ.
и подключены к модулю 110 сбора данных средствами проводной и/или беспроводной передачи данных. При этом, в случае если полученной информации для заполнения шаблона и создания цифрового двойника достаточно, то происходит переход на этап 280.
Этап 250, на котором модулем 110 сбора данных осуществляется получение информации для создания цифрового двойника из сети «Интранет», осуществляется в том случае, если данных, полученных от элементов 100, модулю 130 управления недостаточно для создания цифрового двойника. В таком случае модуль 110 сбора данных получает недостающие данные, например массу и габариты горношахтного оборудования.
для создания цифрового двойника такой установки из сети «Интранет», формируя соответствующий один или несколько запросов посредством применения специализированного программного обеспечения. При этом, в случае если полученной информации для заполнения шаблона и создания цифрового двойника достаточно, то происходит переход на этап 280.
Этап 260, на котором модулем 130 управления цифровыми двойниками объектов шахты осуществляется формирование запроса информации для создания цифровых двойников, у оператора системы производится в том случае, если полученных от модуля 110 данных для создания цифрового двойника из сети «Интранет» недостаточно, например неизвестно количество отработанных часов комбайном или неизвестно текущее состояние рабочего органа или количество персонала, находящегося в данный момент в горной выработке. В таком случае модуль 130 управления цифровыми двойниками формирует соответствующий запрос данных оператору, который направляется на интерфейс 132 для создания цифровых двойников.
На этапе 270 оператором системы осуществляется ввод необходимой для создания цифровых двойников объектов шахты информации через интерфейс 132 в соответствующие поля шаблона для создания цифрового двойника, для чего им используются устройства ввода и вывода данных.
На этапе 280 модулем 130 управления цифровыми двойниками осуществляется создание цифровых двойников объектов шахты. Этот процесс производится после заполнения всех полей шаблона посредством применения специализированного программного обеспечения, когда на основе заполненного шаблона строятся модели объектов шахты, на основании которых создаются цифровые двойники, которые автоматически сохраняются модулем 130 управления цифровыми двойниками в базу 131 цифровых двойников объектов шахты и передаются в модуль 120 прогнозирования аварийных ситуаций в шахте.
На этапе 290 модулем 120 прогнозирования аварийных ситуаций в шахте производится оценка вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте с учетом цифровых двойников объектов в шахте. Для этого им в автоматическом режиме осуществляется сопоставление всех параметров, созданных цифровых двойников объектов шахты с условиями возникновения аварийных ситуаций в шахте, хранящимися в базе 121, а также анализируется степень коллизии одних цифровых двойников с другими цифровыми двойниками с учетом их параметров в режиме реального времени. Результатом оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте является выраженная модулем 120 прогнозирования в виде процентного соотношения, например: «Вероятность взрыва метана – 15%», или в виде качественной характеристики, например «Остановка вентиляторов главного (местного) проветривания – низкая вероятность». Для этого им применяется специализированное программное обеспечение, оценивающее соответствие всех полученных параметров или части параметров условиям возникновения аварийных ситуаций в шахте. При этом модулем 120 прогнозирования аварийных ситуаций в шахте могут быть в режиме реального времени получены данные от модуля 110 сбора данных для параллельного изменения данных цифрового двойника в процессе мониторинга ситуации в шахте.
Группа изобретений поясняется следующими конкретными примерами реализации.
Пример 1. Для прогнозирования аварийных ситуаций в угольной шахте «Полысаевская» в процессе проведения горных работ оператором системы система автоматически осуществляет ввод условий через текстовый интерфейс 122 персонального компьютера осуществлялся ввод условий воспламенения газовоздушной смеси в горной выработке, ввод условий обрушения кровли горной выработки и ввод условий неисправности проходческого комбайна «SANDVIK MB670-1».
Условия угрозы воспламенения газовоздушной смеси в горной выработке:
– концентрация газа (СН4) в горной выработке составляет более 1% (по объему) (условие принято в качестве примера с запасом по условию воспламенения метановоздушной смеси):
- установка датчика метана на расстоянии более 5 м от груди забоя;
- снижение скорости воздушной струи ниже расчетной для конкретного участка, как следствие снижения количества воздуха, подаваемого в горную выработку (значение);
- увеличение концентрации угольной пыли свыше предельно допустимых норм (более 150 мг/м3);
- нарушение взрывобезопасности электрооборудования, эксплуатируемого в горной выработке (повреждение кабелей энергоснабжения в горной выработке, несоблюдение величины допустимых зазоров взрывобезопасных оболочек электрооборудования, преднамеренный вывод из строя электрической защиты электрооборудования).
Условия обрушения кровли горной выработки:
- превышение нагрузки на крепь выработки свыше несущей способности крепи
Динамические явления в угольных шахтах и события, предшествующие динамическим явлениям:
- горному удару предшествуют следующие события: повышенное горное давление на крепь горной выработки; удары, трески, толчки в массиве горных пород различной силы и частоты; стреляние отслоившихся кусков угля (породы); повышенный выход буровой мелочи и зажатие бурового инструмента.
- внезапному выбросу угля и газа предшествуют следующие события: удары, трески в массиве горных пород; выдавливание и высыпание угля из забоя, отслаивание кусков угля от забоя; вынос буровой мелочи и газа при бурении; выталкивание или втягивание бурового инструмента, его зажатие; уменьшение прочности угля, изменение его структуры; шелушение забоя.
- внезапному выдавливанию угольного пласта предшествуют следующие события:
повышенное давление на крепь; повышенный выход буровой мелочи; звуковые эффекты в массиве.
- динамическому разрушению пород почвы горных выработок предшествуют следующие события: удары в породах почвы; повышенное пучение почвы; повышенное давление на крепь.
- внезапному выбросу породы и газа предшествуют следующие события: повышенное дробление пород при ведении взрывных работ; увеличение коэффициента использования шпуров
Условия прекращения работы проходческого комбайна:
– превышение концентрации метана более 2%;
- снижение давления воды в пртивопожарном ставе менее 20 МПа;
- снижение производительности вентиляции
- отказ системы автоматического отключения питания
- отказ датчика метана проходческого комбайна
- откзаз датчиков в цепочке до забойного оборудования
После этого события с условиями из возникновения сохранялись модулем 120 в базу 121.
После этого через текстовый интерфейс 132 персонального компьютера оператором осуществлялся ввод запросов цифровых двойников проходческого комбайна «SANDVIK MB670-1»», и самой шахты «Полысаевская».
Для создания цифровых двойников модулем 130 осуществлялось получение данных от сервера 110 сбора данных и от интерфейса 132, через который оператором системы осуществлялось добавление необходимых для создания цифровых двойников данных.
Таким образом модулем 130 управления цифровыми двойниками осуществлялось получение общих сведений о шахте, среди которых были представлены сведения о последней реконструкции шахты, которая производилась в 1986 году, а также о том, что пласты угля в шахте – газоносные. Также осуществлялось получение сведений о мощности и угле залегания рабочих пластов угля: пл. «Бреевский», мощностью 1,6 - 1,8 м и углом залегания- 6°.; пл. «Толмачевский», мощностью 2,0 - 2,75 м и углом залегания- 6°. После этого осуществлялось получение сведений об абсолютной газообильности шахты–108,98 м3 /мин, а также о протяженности горной выработки – 1500 м х 15 х 3 м.
Также осуществлялось получение данных от датчиков температуры и влажности воздуха, данных о концентрации газов, установленных непосредственно в горной выработке, а также о скорости движения газовоздушной смеси в системе вентиляции и об устройстве системы вентиляции в целом.
После этого осуществлялось получение технических характеристик проходческого комбайна «SANDVIK MB670-1», среди которых:
| Общая длина | 11250 мм |
| Общая ширина | 5200 мм |
| Общая высота, min | 3100 мм |
| Вес | 105 т |
| Давление на почву | 26 Н/см² |
| Клиренс | 270 мм |
| Максимальная величина выдвижения | |
| исполнительного органа | 1000 мм |
| Расстояние от козырька до груди забоя | 1500 мм |
| Расстояние от буровой штанги до груди забоя | 2500 мм |
| Количество анкероустановщиков | 4 для кровли, 2 для бортов |
| Расстояние между центрами анкеров | >110 мм |
| Длина анкеров, цельных при высоте резания 3,8м | 3000 мм |
| Анкера боковых стенок (за один заход буровых штанг) | 1320 мм |
| Тип анкеров | сталеполимерный |
| Вид бурения | вращательное бурение |
| Диаметр бурения | 20-50 мм |
| Вращающий момент | 270-380 Нм |
| Усилие бурения | 15-23 кН |
| Усилие защиты козырька | 2х200 кН |
| Погрузочное устройство | нагребающие звездочки |
| Грузоподъемность | 25 т/мин |
| Ширина погрузочного стола | 4900-5200 мм |
Система транспортировки (конвейер)
| Ширина | 760 мм |
| Скорость движения конвейера | 1,5 м/сек |
| Грузоподъемность | 17 т/мин |
| Свисание конвейерной ленты | max 2800 мм |
| Скорость, переменная | 3,3-6,5 м/мин |
| Ширина ходовой части, наружная | |
| сторона цепи | 2900 мм |
| Емкость гидравлического резервуара | 470 л |
| Общее количество масла | 600 л |
| Электрическое напряжение | 1140 В/50 Гц |
| Дистанционное радиоуправление | Стандартное |
| Установленная мощность – общая | 510 кВт |
| - двигатель рабочего органа | 270 кВт |
| - двигатель гидравлики | 132 кВт |
| - двигатель погрузочного устройства | 2х36 кВт |
| - двигатель конвейера | 1х36 кВт |
Через интерфейс 132 оператором системы осуществлялся ввод данных о текущем состоянии проходческого комбайна, в частности об отработанном ресурсе рабочего органа – 100 часов, вводились координаты местонахождения проходческого комбайна в горной выработке, а также данные о протяженности горной выработки. Через модуль 120 осуществлялось сравнение текущих показателей с архивными. После этого оператором через интерфейс 132 загружалась трехмерная модель шахты и проходческого комбайна, которым присваивались полученные данные, а также марки питающих электрических кабелей.
На основе полученных данных модулем 130 создавались цифровые двойники проходческого комбайна и шахты, которые передавались в модуль 120 прогнозирования аварийных ситуаций в шахте. В процессе прогнозирования с учетом данных, получаемых в режиме реального времени от модуля 110 сбора данных модулем 120, производилась оценка вероятности возникновения аварийной ситуации в горной выработке. Для этого им производился расчет коллизии между моделями и параметрами проходческого комбайна, шахты, в газоносных пластах которой возможно наличие модели газа «Метан», которая создавалась с учетом данных, полученных модулем 110 сбора данных из сети «Интранет», а также коллизии модели проходческого комбайна и моделей электрических кабелей.
В процессе прогнозирования аварийных ситуаций на тупиковой выработки при взаимодействии цифрового двойника проходческого комбайна с цифровым двойником рабочего пласта «Бреевский», залегающем на глубине 300 модулем 120 оценивалась вероятность возникновения и/или взрыва газа, и/или обрушения кровли горной выработки, и/или условия выхода из строя рабочего органа проходческого комбайна. Для этого на основе получаемых параметров оценивалось состояние и местонахождение проходческого комбайна в шахте и данных от системы вентиляции и цепочки датчиков, установленных в горной выработке до проходческого забоя. При регистрировании увеличения скорости подачи рабочего органа проходческого комбайна модулем 12 оценивалась вероятность выхода из строя рабочего органа как «Средняя». При регистрировании увеличения концентрации газа в горной выработке модулем 120 с учетом всех собранных данных им определялась «Высокая вероятность взрыва метана в горной выработке при продолжении перемещения проходческого комбайна» и «Высокая вероятность обрушения кровли горной выработки в случае взрыва газа». Таким образом системой на основе цифровых двойников объектов шахты осуществлялась оценка вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте.
Аналогичным образом реализуется пример 2, в котором прогнозировался взрыв метана в процессе выемки горной массы очистным комбайном «SL-900», для чего создавался его цифровой двойник со следующими техническими характеристиками:
После этого осуществлялось получение технических характеристик очистного комбайна «SL-900», среди которых:
| Общий вес: | 90-130 т; |
| Длина: | 15200 – 15900 мм; |
| Ширина: | 3100 – 3600 мм; |
| Высота: | 1850 - 2700 мм; |
| Вынимаемая мощность: | 2,4 – 6,0 м; |
| Напряжение/Частота: | 3300 V/ 50 Hz; |
| Электрическая мощность, суммарная: | 2554 кВт; |
| Число оборотов режущего шнека: | 29 - 41 об/мин; |
| Скорость подачи, макс.: | 48 м/мин. |
В качестве условий взрыва газа в горной выработке вводятся эталонные условия для работы комбайна:
Условия взрыва газа в горной выработке:
– концентрация газа (СН4) в горной выработке составляет более 1% (по объему); (условие принято в качестве примера с запасом по условию воспламенения метановоздушной смеси):
- снижение скорости воздушного потока ниже расчетной для конкретного участка, как следствие снижения количества воздуха, подаваемого в горную выработку (значение);
- увеличение концентрации угольной пыли свыше предельно допустимых норм (более 150 мг/м3);
- нарушение взрывобезопасности электрооборудования, эксплуатируемого в горной выработке (повреждение кабелей энергоснабжения в горной выработке, несоблюдение величины допустимых зазоров взрывобезопасных оболочек электрооборудования, преднамеренный вывод из строя электрической защиты электрооборудования).
При регистрировании увеличения концентрации газа в горной выработке модулем 120 с учетом всех собранных данных определялась «Высокая вероятность взрыва метана в горной выработке при продолжении перемещения очистного комбайна», а в случае автоматического отключения/снижения скорости подачи рабочего органа, определялась «Низкая вероятность взрыва метана в горной выработке».
Аналогичным образом реализуется пример 3, в котором прогнозировались неисправности системы транспортировки горной массы, состоящей из комбайна, перегружателя с дробилкой, забойного конвейера и конвейера с ленточным полотном, роликами с роликоопорами и датчиками. Для этого дополнительно создавались их цифровые двойники, а также цифровые двойники горной массы, среди которых частицы угольной пыли (фракцией 5 мм) и камни (фракцией 65 мм). После этого вводились условия возникновения неисправности системы транспортировки горной массы, среди которых: выход из строя конвейерной ленты и образование задымлений в шахте.
Условия выхода из строя конвейерной ленты:
- снижение скорости ленты до 92% от номинальной скорости (пробуксовка ленты на барабане: заштыбовка нижних роликов, заклинивание ленты, недостаточное натяжение ленты);
- превышение номинальной скорости ленты у бремсберговых конвейеров на 8%;
- неисправность устройств, улавливающих ленту при ее разрыве в выработках с углом наклона более 10 градусов;
- неисправность устройств автоматического отключения конвейера при проезде конечных станций схода (концевые выключатели);
- неисправность датчика КСЛ (контроля схода ленты), автоматически отключающего конвейер при сходе ленты в сторону на величину более 10% ее ширины.
– неисправность датчика заштыбовки;
– ссыпание угольной массы на ленту конвейера с отклонением от его продольной оси.
Условия образования задымлений в шахте:
– выполнение любого условия выхода из строя конвейерной ленты в течение более 7 минут.
В процессе прогнозирования аварийных ситуаций в горной выработке при взаимодействии цифрового двойника горношахтного оборудования с цифровым двойником перегружателя и конвейерной ленты модулем 120 оценивалась вероятность выхода из строя конвейерной ленты и образования задымления в шахте. При регистрировании пересыпа горной массы, неисправности датчика заштыбовки, и попадания цифрового двойника угольной массы на цифровой двойник ролика определялась «Высокая вероятность заклинивания ролика», При этом в случае ссыпания угольной массы на ленту конвейера с отклонением от его продольной оси определялась «Средняя вероятность отклонения от прямолинейного перемещения конвейерной ленты», а при условии работы более 5 минут и изменении показателя натяжения ленты эта вероятность определялась как «Высокая». При этом поскольку ни одна из неисправностей не была устранена в течение 7 минут, то вероятность задымления горной выработки определялась, как «Высокая». Таким образом, при условии получения данных о местонахождении персонала, также обеспечивается возможность заблаговременного принятия превентивных мер по защите и эвакуации персонала из этой зоны.
По аналогии с вышеприведенными примерами реализуется пример 4, в котором прогнозировалось возникновение аварийных ситуаций, связанных с дизелевозом DLZ110, для чего в имеющейся системе создавался его цифровой двойник с максимальной скоростью движения 7,2 км/ч, цифровой двойник монорельса, по которому двигается дизелевоз, а также использовалась существующая модель шахты и системы вентиляции и цифровые модели груза дизелевоза. При этом в качестве аварийных ситуаций были представлены: выход из строя монорельса и выход из строя системы вентиляции.
Условия выхода из строя монорельса:
– зазор между верхней кромкой перевозимого груза и нижней кромкой монорельсового пути менее 50 мм;
– движение по деформированному участку монорельса более 4 раз;
- движение со скоростью более 7,2 км/ч;
Условия выхода из строя системы вентиляции:
– зазор между верхней кромкой перевозимого груза и нижней кромкой монорельсового пути менее 50 мм;
Обрушение кровли:
- расстояние от наиболее выступающей части габарита подвижного состава монорельсовой дороги и перевозимого груза до крепи горной выработки (или до расположенного в горной выработке оборудования) менее 0,3 м
В процессе прогнозирования аварийных ситуаций в горной выработке прогнозировалось возникновение аварийных ситуаций при взаимодействии дизелевоза с монорельсом и участком горной выработки, где установлена система вентиляции. В частности, модулем 120 оценивалась вероятность выхода из строя монорельса и системы вентиляции. Для этого оценивалась динамика движение дизелевоза и в случае его движения со скоростью более 7,2 км/ч ввиду высокой вибрационной нагрузки прогнозировалась «Высокая вероятность деформирования монорельса». При этом в случае неоднократного перемещения по этому участку монорельса прогнозировалась «Высокая вероятность обрыва монорельса».
При этом в случае, если регистрировалось заполнение дизелевоза цифровыми двойниками грузами, находящимися на расстоянии менее 50 мм от нижней кромки балки монорельса, то определялась «Высокая вероятность деформирования/ повреждения вентиляционного става»,
Таким образом достигался технический результат, заключающийся в повышении точности оценки модулем прогнозирования аварийных ситуаций в шахте вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте, тем самым улучшались эксплуатационные характеристики системы автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте.
1. Автоматизированная система прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, содержащая элементы контроля физического состояния объектов шахты, модуль сбора данных, выполненный с возможностью получения данных от элементов контроля физического состояния объектов шахты, и модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, содержащий условия возникновения аварийных ситуаций в шахте и выполненный с возможностью получения данных от модуля сбора данных, и оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте с учетом полученных данных, отличающаяся тем, что дополнительно содержит модуль управления цифровыми двойниками объектов шахты, выполненный с возможностью получения запроса на создание цифрового двойника объекта шахты, получения данных от модуля сбора данных, создания цифрового двойника объекта шахты с учетом полученных данных и его передачи в модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, а модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте выполнен с возможностью оценки вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте с учетом цифрового двойника объекта шахты.
2. Автоматизированная система по п.1, отличающаяся тем, что параметры цифровых двойников объектов шахты соответствуют реальному объекту шахты.
3. Автоматизированная система по п.1, отличающаяся тем, что модуль управления цифровыми двойниками объектов шахты содержит базу цифровых двойников объектов шахты.
4. Автоматизированная система по п.1, отличающаяся тем, что модуль управления цифровыми двойниками объектов шахты выполнен с возможностью поиска цифровых двойников объектов шахты в сети «Интранет».
5. Автоматизированная система по п.1, отличающаяся тем, что модуль управления цифровыми двойниками объектов шахты содержит шаблоны для создания цифрового двойника объекта шахты.
6. Автоматизированная система по п.5, отличающаяся тем, что в качестве элементов контроля физического состояния объектов шахты представлены датчики измерения физических величин, датчики положения объектов в пространстве, датчики, установленные непосредственно на горношахтном оборудовании, а также измерительном или метрологическом электронном оборудовании.
7. Автоматизированная система по п.6, отличающаяся тем, что модуль сбора данных подключен к серверу, где ранее полученные от элементов контроля физического состояния объектов шахты данные хранятся в виде истории.
8. Автоматизированная система по 1, отличающаяся тем, что модуль сбора данных подключен к датчикам перемещения и/или контроля состояния персонала шахты.
9. Автоматизированная система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве аварийных ситуаций в шахте представлены чрезвычайные ситуации или организационные действия по поддержанию работоспособности шахты, а в качестве условий возникновения аварийных ситуаций в шахте представлены выходы за предельно допустимые значения показаний элементов контроля физического состояния объектов шахты, информация о динамике изменения данных во времени или отсутствие информации о таком изменении, потеря сигнала с одним или несколькими элементами контроля физического состояния объектов шахты.
10. Способ автоматизированного прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, включающий ввод условий возникновения аварийных ситуаций в шахте в модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, получение данных от элементов контроля физического состояния объектов шахты модулем сбора данных и их передачу в модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, и последующую оценку вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте модулем прогнозирования аварийных ситуаций в шахте с учетом полученных данных, отличающийся тем, что модулем управления цифровыми двойниками объектов шахты осуществляется получение запроса на создание цифрового двойника объекта шахты, после чего осуществляется получение данных от элементов контроля физического состояния объектов шахты, после чего модулем управления цифровыми двойниками объектов шахты с учетом полученных данных осуществляется создание цифрового двойника объекта шахты и его передача в модуль прогнозирования аварийных ситуаций в шахте, при этом оценка вероятности возникновения аварийных ситуаций в шахте этим модулем осуществляется с учетом цифрового двойника объекта шахты.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что для параметризации цифровых двойников объектов шахты модулем управления цифровыми двойниками объектов шахты используется информация, поступающая от реального объекта, расположенного в шахте.
12. Способ по п.10, отличающийся тем, что получение запроса на создание цифрового двойника объекта шахты осуществляется от специализированного интерфейса и/или от модуля прогнозирования аварийных ситуаций в шахте.
13. Способ по п.10, отличающийся тем, что модулем управления цифровыми двойниками объектов шахты осуществляется поиск цифрового двойника объекта шахты в базе данных цифровых двойников объектов шахты в соответствии с его идентификатором.
14. Способ по п.11, отличающийся тем, что в случае отсутствия цифрового двойника объекта шахты в базе цифровых двойников объектов шахты модулем управления цифровыми двойниками объектов шахты инициализируется процесс поиска цифрового двойника объекта шахты в сети «Интранет».
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что цифровой двойник создается модулем управления цифровыми двойниками объектов шахты в соответствии с идентификатором цифрового двойника объекта шахты, содержащимся в запросе.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что на основании идентификатора запрашиваемого цифрового двойника модулем управления цифровыми двойниками осуществляется загрузка шаблона для создания цифрового двойника для его заполнения необходимыми данными.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что получение необходимых данных осуществляется модулем сбора данных от датчиков, датчиками измерения физических величин, датчиками положения объектов в пространстве, установленными непосредственно на горношахтном оборудовании, а также датчиками систем аэрогазового контроля и других элементов многофункциональной системы безопасности, а шаблон для создания цифрового двойника объекта шахты автоматически заполняется полученными данными.
18. Способ по п.17, отличающийся тем, что в случае выхода из строя одного из элементов контроля физического состояния объектов шахты получение данных модулем сбора данных осуществляется от сервера, подключенного к модулю сбора данных, где ранее полученные от элементов контроля физического состояния объектов шахты данные хранятся в виде истории.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что после осуществления модулем сбора данных получения всей доступной информации для заполнения шаблонов модуль управления цифровыми двойниками объектов шахты осуществляет ее анализ, в процессе которого определяется достаточность данных для создания цифровых двойников объектов шахты.
20. Способ по п.19, отличающийся тем, что в случае, если данных для создания цифрового двойника в шаблоне недостаточно, то модулем управления цифровыми двойниками объектов шахты направляется запрос на специализированный интерфейс для ввода недостающих данных оператором.
21. Способ по п,10, отличающийся тем, что модулем сбора данных осуществляется получение информации от датчиков перемещения и/или контроля состояния персонала шахты.
22. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве аварийных ситуаций в шахте вводятся чрезвычайные ситуации или организационные действия по поддержанию работоспособности шахты, а в качестве условий возникновения аварийных ситуаций в шахте представлены выходы за предельно допустимые значения показаний элементов контроля физического состояния объектов шахты, информация о динамике изменения данных во времени или отсутствие информации о таком изменении, потеря сигнала с одним или несколькими элементами контроля физического состояния объектов шахты.
