Аэрология

Р	и	0
■* \	\		к
i

z_Htt)
x_ttt)
1 ' ^

*_nW

УтМ
Рис. 29.1. Блок-схема формирования состава шахтной атмосферы в выработ* ках (а) и схема управления технологическим процессом по отклонению (б)
363

запыленность), в качестве выходных переменных — аналогичные параметры на выходе рассматриваемого объекта. К переменным z(t) относятся интенсивности выделения вредных примесей или определяющие их параметры. Следовательно, сеть выработок, в которых формируется заданное качество атмосферы, можно рассматривать как систему, в которой происходит преобразование случайных функций x(t) в случайные функции y{t). Каждая из переменных y\(t), #г(0> ■ • •> Ут(1) определяется в вероятностном смысле частью переменных Xi(t), х₂(/), ..., x_n(t). Очевидно, что формирование всех выходных переменных путем изменения рас­хода воздуха невозможно, так как концентрация каждого компо­нента определяется не только расходом, но и интенсивностью вы­деления примеси. Поэтому при организации вентиляции преобла­дает подход к обеспечению выработки расходом воздуха по мак­симально вредному компоненту или фактору. В различных выра­ботках и по шахте в целом такие определяющие факторы могут быть различны. Так, на угольных шахтах преобладающим факто­ром во многих случаях является концентрация метана. По под­держиванию последней в допустимых пределах обеспечивается расход воздуха в очистных забоях, на выемочных участках и по шахте в целом. Расход воздуха в подготовительных выработках, проводимых в пустых породах, будет определяться требованием поддержания допустимой концентрации газов от взрывных работ или требованием обеспечения минимальной запыленности. На глу­боких шахтах расход воздуха часто определяется тепловым фак­тором, т. е. требованием поддержания допустимой температуры воздуха (которая допускается различной при разной скорости движения воздуха).
Газовый состав атмосферы часто определяется такими источ­никами газовыделения, как взрывные работы и дизельные ма­шины. Они выделяют смесь различных вредных газов. Оценка интенсивности их выделения в различных условиях является труд­ной задачей. Процесс газовыделения на шахтах в общем случае следует считать стохастическим. Поэтому процесс формирования состава шахтной атмосферы можно в целом отнести к классу сто­хастических объектов, так как не существует однозначного соот­ветствия между входными и выходными переменными.
Управление технологическими процессами должно осущест­вляться по возмущению. Но систем управления, полностью инва­риантных к возмущениям, для технологических процессов практи­чески не существует из-за большого числа различных возмуще­ний, контроль которых часто оказывается принципиально невоз­можным. При ограничении инвариантности до некоторого ра­ционального уровня целесообразно использовать управление по отклонению (см. рис. 29.1).
Выход объекта О должен составлять значение уо. Действитель-ные значения выхода у характеризуются отклонением
Ay = y—y_Q. 364
Это отклонение преобразуется регулятором Р в управляющее воздействие и, передаваемое на объект. Эффективность схемы уп­равления по отклонению оценивается уменьшением дисперсии вы­ходной функции y(t). Рассматривая в качестве объекта управле­ния выемочный участок, характеризуемый выходной функцией концентрации метана c(t), можно предположить, что схема уп­равления газовой обстановкой на участке по отклонению концен­трации метана от допустимого уровня является наиболее раци­ональной. Это объясняется тем, что функция c(t) формируется под воздействием многих факторов горно-геологического харак­тера (газоносность угля, состав пород кровли и почвы пласта, наличие спутников, мощность пласта) и горнотехнического (тип выемочной машины, ее производительность, скорость подвигания забоя, длина лавы, способ управления кровлей). Многие из этих факторов, выступающих в качестве возмущающих и являющихся стохастическими, не поддаются прямому оперативному контролю. Исследованиями установлено, что функция концентрации метана c(t) характеризуется загазованиями различной частоты. При ог­раничении значения с некоторой допустимой величиной с_лоп все загазования являются отклонениями в сторону превышения. Они связаны с появлением опасной ситуации. При отсутствии автома­тического управления ситуацией единственной реакцией на них является отключение электроэнергии на участке (являющейся по­тенциальным источником воспламенения метановоздушной смеси) и прекращение процесса добычи угля. Оперативная ликвидация таких загазований является основной задачей автоматического уп­равления вентиляцией, так как в данном случае решаются задача обеспечения непрерывности технологического процесса и ликви­дации простоев технологической линии по фактору газовыделения и задача исключения опасности взрыва метана в выработках.
Отклонения концентрации метана в сторону уменьшения по сравнению с допустимой концентрацией также должны отрабаты­ваться с точки зрения экономической целесообразности управ­ления, так как уменьшение расхода воздуха на вентиляцию выработок вызывает существенное уменьшение затрат электро­энергии.
Таким образом, системой управления должны отрабатываться отклонения, вызываемые работой выемочной машины и сущест­венными изменениями в газовом балансе выемочного участка. Поэтому схема управления функцией c(t) по отклонению не дол­жна рассматриваться в качестве единственно возможной, так как в зависимости от реального спектра возмущений ее эффектив­ность различна, и нельзя рассчитывать на то, что эта схема ока­жется работоспособной по отношению к газовой ситуации во всей вентиляционной сети шахты, а не только на выемочном участке или в отдельной выработке. Сейчас возможно использовать такие мощные средства компенсации мощных газовых возмущений низ­кой частоты, как подземная дегазация, при которой изменением расположения вакуумной установки в пространстве и параметров
365

_х:

ю
ее работы можно существенно перераспределить газовый баланс. Возможно также управление непосредственно источниками возму­щений (например, управление работой выемочной машины).