Розробка методiв розрахунку оптимальних аеродинамiчних параметрiв шахтних вентиляцiйних мереж, які розвиваються

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОТЕХНІЧНОЇ МЕХАНІКИ

ПОНОМАРЕНКО Тетяна Вікторівна

УДК 622.87:622.861

РОЗРОБКА МЕТОДІВ РОЗРАХУНКУ ОПТИМАЛЬНИХ АЕРОДИНАМІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ШАХТНИХ ВЕНТИЛЯЦІЙНИХ МЕРЕЖ, ЯКІ РОЗВИВАЮТЬСЯ

05.15.11 - Фізичні процеси гірничого виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 2001р.

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті геотехнічної механіки Національної академії наук України (IГТМ НАН України).

Науковий керівник - кандидат технічних наук, Інститут геотехнічної механіки Національної академії наук України, провідний науковий співробітник відділу гірничої термоаеродинаміки і автоматизованих систем.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Шевельов Гаррі Агапович, Інститут геотехнічної механіки Національної академії наук України, провідний науковий співробітник відділу гірничої аерогазодинаміки, м. Дніпропетровськ;

кандидат технічних наук Трофимов Віталій Олександрович, Науково-дослідний інститут гірничорятувальної справи Міністерства палива і енергетики України, завідуючий лабораторією гірничої інформатики, м. Донецьк.

Провідна установа: Національна гірнича академія України Міністерства освіти і науки України, кафедра підземної розробки родовищ, м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться 20.04.2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої ради Д 08.188.01 Інституту геотехнічної механіки НАН України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, вул. Сімферопольська, 2-а, факс (0562) 46-24-26.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Iнституту геотехнічної механіки НАН України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, вул. Сімферопольська, 2-а.

Автореферат розісланий 19.03.2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технiчних наук Перепелиця В.Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Створення безпечних умов праці гірників є однією з найважливіших задач вуглевидобувної галузі. Рішення цієї задачі висуває особливі вимоги до вентиляції, як до одного з факторів забезпечення санітарно-гігієнічних умов праці гірників і їхньої безпеки.

Дослідження інститутів МакНДІ, ІГС ім. О.О. Скочинського, ДонВУГІ показали, що 70 % вентиляторів головного провітрювання (ВГП), які експлуатуються на шахтах, - це вентилятори застарілих конструкцій, що не мають запасу по напору і продуктивності. Це обумовлює необхiдність розробки методів зниження рівня депресії, необхідного для забезпечення потрібних по газовому фактору витрат повітря в об'єктах провітрювання.

Негативною є тенденція до збільшення кількості ВГП, що працюють на загальну мережу (в окремих випадках їхня кількість досягає шести). При цьому істотно виросла питома подача повітря до обособлено провітрюваних об'єктів, що пов'язано зі зменшенням кількості провітрюваних лав і видобутку вугілля. Проте існуючі методи проектування при виборі параметрів мережі (місць установки регуляторів, величин їхніх аеродинамічних опорів, площин перетину виробок) не враховують можливості спільної оптимізації цих параметрів і режимів роботи ВГП.

Серйозною вадою існуючих методів рішення задач оптимізації потокорозподілу повітря є формальне використання чисельних методів оптимізації, що веде до створення громіздких програм. Проте при реалізації ряду проектних процедур (пошук місць установки регуляторів, зміна перетинів гірничих виробок і т.д.) проектувальник використовує графічне представлення шахтної вентиляційної мережі (ШВМ) і ряд неформальних критеріїв вибору рішень з альтернативних, що обумовлює необхідність розробки інтерактивних методів оптимізації параметрів ШВМ, які використовують топологічний аналіз.

У ході розвитку гірничих робіт змінюються параметри і топологія ШВМ, проте існуючі підходи при проектуванні засновані на статичному уявленні про їхні параметри і топологію, що в ряді випадків призводить до збільшення обсягів гірничих робіт або ж до порушення норм забезпечення повітрям об'єктів провітрювання.

У зв'язку з цим розробка методів розрахунку оптимальних аеродинамічних параметрів ШВМ з урахуванням розвитку гірничих робіт є актуальним науковим завданням, що має важливе значення для вуглевидобувної галузi.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною досліджень, проведених автором по галузевiй науково-досліднiй програмi 1719202000 “Розробка способів і засобів надійного провітрювання і керування газовиділенням глибоких газонасичених шахт, що виключають можливість вибухів метану”, затвердженiй Держвуглепромом України 18 березня 1992 р., та держбюджетній темi НАН України № 1.3.5.14 "Розробити теорію і методи автоматизованого проектування і ефективної експлуатації адаптивних систем вентиляції та кондиціювання повітря глибоких газонасичених шахт".

Ідея роботи полягає у використанні встановлених закономірностей, які зв'язують топологічні структури і аеродинамічні параметри вентиляційної мережі , що розвивається, для розробки методів її оптимального проектування.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є розробка методів розрахунку оптимальних аеродинамічних параметрів шахтних вентиляційних мереж, що розвиваються, для підвищення ефективності проектування нових та вдосконалення вентиляцiйних систем дiючих шахт.

Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані такі задачі:

1) установити закономірності, що зв'язують топологічні структури і аеродинамічні параметри ШВМ, що розвиваються, з метою використання їх при оптимальному проектуванні;

2) з урахуванням виявлених закономірностей розробити метод розрахунку оптимального повітрозподілу в ШВМ за умов забезпечення заданою кількістю повітря об'єктів провітрювання з урахуванням існуючих технологічних і режимних обмежень на параметри, якi визначаються;

3) розробити метод розрахунку оптимальних аеродинамічних параметрів гірничих виробок, що враховує різний термін їхнього існування в ШВМ, різночасність і динаміку їхнього проведення;

4) розробити систему автоматизованого проектування ШВМ, що розвиваються.

Об'єкт досліджень - процеси повітророзподілу в ШВМ з параметрами і структурою, що змінюються.

Предмет досліджень - методи розрахунку оптимальних аеродинамічних параметрів ШВМ, що розвиваються.

Методи досліджень. У роботі використаний комплексний метод досліджень, що включає: аналіз і узагальнення науково-технічних досягнень в галузі розробки методів оптимізації аеродинамічних параметрів ШВМ; математичне моделювання з використанням фундаментальних законів рудничної аерології; імітаційне моделювання процесів повітророзподілу в ШВМ; апробацію результатів роботи в умовах реального проектування.

Наукова новизна отриманих результатів.

На захист виносяться такі наукові положення:

1. Зниження рівня загальношахтної депресії, необхідного для забезпечення об'єктів провітрювання заданою кiлькiстю повітря, досягається збільшенням аеродинамічного опору виробок, якi інцидентнi критичному маршруту, але не входять до нього.

2. Використання критерію "мінімум максимального напору ВГП" при рішенні задач оптимального повітрозподілу в ШВМ забезпечує досягнення мiнiмально необхiдного для постачання об'ектiв провiтрювання заданою кiлькiстю повiтря рiвня загальношахтної депресії, що дозволяє знизити витрати на провітрювання шахт.

3. Змiни аеродинамiчних параметрiв та топологiї ШВМ, якi розвиваються, визничаються мультиграфом, що являє собою послiдовнiсть графiв з перетинами по гiлках, геометричнi параметри яких є загальними для розрахункових квазистабiльних перiодiв з незалежним у кожному з них потокорозподiлом, що дозволяє підвищити надійність прийнятих технічних рішень при проектуванні.

Наукова новизна полягає у тому:

1. Вперше встановлено аналiтично та пiдтверджено експериментально, що збiльшенням аеродинамiчного опору виробок, якi інцидентнi критичному маршруту, але не входять до нього, можливе зниження мінімального рівня загальношахтної депресії, необхідного для забезпечення об'єктів провітрювання заданою кiлькiстю повітря.

2. Вперше запропоновано критерій “мінімум максимального напору ВГП”, що забезпечує вибір оптимальних режимів роботи ВГП, які спільно працюють на загальну вентиляційну мережу, при розрахунках повітрозподiлу в ШВМ.

3. Вперше розроблено математичну модель ШВМ з структурою і параметрами, що динамічно змiнюються, яка враховує розвиток гiрничих робiт мультиграфом, що відбиває послідовність квазістабільних періодів розвитку ШВМ.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що:

1. Розроблено метод розрахунку оптимальних режимів роботи ВГП і параметрiв регулюючих пристроїв, що забезпечують необхiдний повiтророзподiл у заданих розрахункових перiодах при мiнiмумi напору ВГП, який вiдрiзняється використанням результатiв топологiчного аналiзу при пошуку регулюємих гiлок і дозволяє зменшити кількість регуляторів, необхідних для забезпечення заданих витрат повітря в об'єктах провітрювання, та підвищити ефективнiсть провітрювання, зменшити витрати на провітрювання, істотно скоротити час розрахунку на ПЕОМ.

2. Розроблено метод визначення оптимальних аеродинамічних параметрів гірничих виробок, що вiдрізняється урахуванням динамiки розвитку гiрничих робiт, дозволяє врахувати рiзночаснicть витрат на проведення виробок та рiзницю у строках їх iснування, знизити капітальні витрати на проведення та підтримку гірничих виробок, істотно спростити підготовку вхідних даних.

3. Створена система автоматизованого проектування ШВМ, яка дозволяє робити науково обгрунтований вибір аеродинамічних параметрів ШВМ з параметрами і топологією, якi змінюються.

Результати дисертаційної роботи використані у проектах вентиляції 16 шахт України. Розроблені методи та алгоритми реалізовані у системі автоматизованого проектування ШВМ, передані у дослідно-промислову експлуатацію інститутам Дніпродіпрошахт, Південдіпрошахт, Луганськдіпрошахт; зазначені методи та алгоритми реалізовані у комп'ютерній технології організації провітрювання вугільних шахт та передані ДХК “Павлоградвугiлля” для використання при вдосконаленні вентиляційних систем шахт. Програмне забезпечення системи пройшло міжвідомчі випробування в Мінвуглепромі України i включено до складу чинного "Керівництва по проектуванню вентиляції вугільних шахт", затвердженого Наказом Держкомітету України по нагляду за охороною праці № 131 від 20.12.1993 р.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно сформульовані мета і задачі досліджень, ідея роботи, її основні наукові положення, висновки та рекомендації, виконано постановку розрахункових та натурних експериментів; розроблено методи оптимізації, програмне забезпечення системи автоматизованого проектування, проведено дослідно-промислову перевірку результатів дисертаційної роботи. Зміст дисертації викладено автором особисто.

Апробація роботи. Дисертаційна робота в цілому і окремі її положення доповідалися і одержали позитивну оцінку на Всесоюзній науково-технічній конференції "Керування газовиділенням і дегазація вугільних шахт” (м. Макіївка, 1985), республіканській науковій конференції молодих вчених і спеціалістів гірничої промисловості Грузії (м. Тбілісі, 1986), Всесоюзній нараді "Керування вентиляцією і газодинамічними явищами в шахтах" (м. Новосибірськ, 1987), I Всесоюзному семінарі "Інформатика надр" (м. Кемерово, 1987), республіканській конференції "Проблеми удосконалення пилогазового режиму на вугільних шахтах" (м. Макіївка, 1988), республіканській науковій конференції молодих вчених і спеціалістів "Техніка і технологія гірничого виробництва” (м. Дніпропетровськ, 1990), 16 Всесвітньому гірничому конгресі (м. Софія, 1994), науковій конференції “Проблеми аерології гірничовидобувних підприємств” (м. Дніпропетровськ, 1999), наукових семінарах ІГТМ НАН України (м. Дніпропетровськ, 1997-2000).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 12 друкованих робіт, у тому числі 6 - у наукових фахових виданнях.

Структура й обсяг роботи. Дисертація включає вступ, 4 розділи, висновки, список використаних джерел із 96 найменувань і містить 180 сторінок машинописного тексту, з яких 12 рисунків, 3 таблиці та 4 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Розробці методів оптимізації параметрів вентиляції вугільних шахт присвячені праці учених: IГС iм О.О. Скочинського, ДонВУГI, НДIГС, НГАУ, IГТМ НАН України, МГГУ, ДонДТУ, IГС АН Казахстану, Iнституту вугiлля СВ АН Росiї та iнших iнститутiв. Аналіз цих робіт показав, що серед них можна вiділити дві великі групи: методи вибору оптимальних перетинів виробок при фіксованому розподілі витрат повітря в гілках ШВМ і методи розрахунку оптимального повітрозподілу в ШВМ при фіксованих перетинах виробок.

При визначенні оптимальних параметрів виробок по фактору вентиляції використовуються методи оптимізації потокорозподілу в ШВМ. Ці методи в даний час достатньо розроблені і різняться виглядом функції, що мінімізується, складом обмежень, які враховуються, методами пошуку рішень. Проте при повному урахуванні всіх існуючих обмежень задача оптимізації повітророзподілу в ШВМ із незмінною топологією і параметрами при проектуванні найчастіше не має рішення в силу неявних протиріч між ними. В силу цих причин, та залежності від особливостей розв'язуваних практичних задач, у ряді робіт автори відмовляються від деяких обмежень, що призводить до одержання некоректних результатів, які потребують ручної доробки. В існуючих постановках задач не враховується функціональне призначення ШВМ - доставка свіжого повітря до споживачів і відвід вихідного струменя на поверхню, що може призводити до послідовного провітрювання відособлених споживачів і виникненню зон рециркуляції. У зв'язку з цим для розробки структурно-параметричного методу оптимізації параметрів ШВМ, що розвиваються, який не мав би зазначених вад, виконувався аналіз ШВМ із таких позицій:

досліджувалися якіснi характеристики ШВМ, що розвивається, як мережного потокового об'єкту, для визначення засобу опису цього розвитку;

досліджена структура ШВМ у квазiстабільний період із метою декомпозиції технологічної постановки задачі оптимізації аеродинамічних параметрів ШВМ, що розвиваються;

встановленi закономірності, що зв'язують топологічні структури і аеродинамічні параметри ШВМ, що дозволило визначити місця проведення додаткових виробок і параметри регулюючих пристроїв, необхідних для забезпечення потрібних витрат повітря у споживачах.

У результаті проведених досліджень ШВМ, як об'єкта , що розвивається, показано, що динаміка її топології і параметрів при проектуванні може бути описана мультиграфом L(X,U), заданим множиною вузлів X і множиною дуг U.

Для подальшого викладення введенi такі визначення:

Визначення 1. Мультиграф L(X,U) відбиває послідовність квазістабільних періодів Gk(Xk, Uk ,tk), тобто

(1)

де Xk - множина вузлів у k-тому розрахунковому періоді; Uk - множина дуг у k-тому розрахунковому періоді; tk - тривалість k-того розрахункового періоду; N - кількість базових розрахункових станів.

Визначення 2. Під квазістабільним періодом мається на увазі період, протягом якого необхідний режим функціонування ШВМ може бути забезпечений зміною параметрів ШВМ без зміни топології.

Елементи ШВМ k-того квазістабільного періоду G(Xk,Uk,tk) відрізняються як по своїй участі в технологічному процесі видобутку корисної копалини, так і по участі в процесі провітрювання, і, отже, вони відрізняються своїми якісними та кількісними характеристиками. Виходячи з цього, була проведена декомпозиція елементів вентиляційної системи на функціонально самостійні компоненти. На підставі виконаної декомпозиції та проведених досліджень взаємозв'язку структури і аеродинамічних параметрів ШВМ був сформульований ряд визначень графа ШВМ, що відображає розрахунковий період, які раніше не використовувалися в практиці вентиляційних розрахунків.

Визначення 3. При всьому різноманітті з'єднань гілок ШВМ множина гілок k-того квазістабільного періоду може бути поділена на складові, що різняться по своєму функціональному стану: джерела депресії (ВГП)- множина гілок Ub,k; мережа, призначена для транспортування свіжого повітря до об'єктів провiтрювання- множина гілок Uc,k; вiдособлено провітрювані об'єкти - множина гілок Uo,k; мережа, призначена для відводу відпрацьованого струменя на поверхню - множина гілок Uи,k. Топологічні зв'язки і аеродинамічні параметри елементів цих множин використовуються при формуванні фізичних обмежень (рівнянь балансу витрат повітря і депресій) у постановці задачі оптимізації аеродинамічних параметрів ШВМ, що розвиваються.

Визначення 4. Основний споживач - це гілка мережі, у якій потрібно підтримувати задану витрату повітря. До цих гілок відносяться лави, камери, прохідницькі забої, підтримувані виробки.

Визначення 5. Додатковий споживач - витік повітря через вироблені простори, вентиляційні споруди, підсоси на ВГП. Витрата повітря в цих гілках визначається розрахунком або за результатами моделювання. Задана витрата повітря в гілках основних і додаткових споживачів визначає режимні обмеження на параметри проектованих ШВМ, які оптимізуються.

На підставі дослідження взаємозв'язку аеродинамічних параметрів у ШВМ можуть бути виділені такі топологічні структури (визначення 6-8):

Визначення 6. Головний розтин UR,k мережі об'єднує множини основних і додаткових споживачів, виключення яких із загальної множини гілок розділяє граф, що відображає k-тий розрахунковий стан, на дві незв'язні компоненти, відповідно призначені для транспортування свіжого Uc,k та відпрацьованого Uи,k струменя повітря. Коректним виділенням множини UR,k із загальної множини гілок Uk у технологічній постановці задачі оптимізації ШВМ, що розвиваються, враховується різне функціональне значення гілок, призначених для транспортування свіжого та відпрацьованого повітря.

Визначення 7. Маршрут M(m,l,k)- множина гілок, що зв'язують вузли поверхні та включаючих обов'язково тільки один відособлено провітрюваний споживач (m,l,k) і один ВГП у k-тому періоді.

Визначення 8. Умовно-послідовною підмережею об'єкту провітрювання є об'єднання цих маршрутів, і являє собою множину гілок, які беруть участь в організації його провітрювання. Використання визначень (6-8), якi вiдрізняються врахуванням рiзного функцiонального призначення гiлок, що входять до цих топологiчних структур, в чисельних методах оптимiзацiї повітрозподiлу дозволяє врахувати вимоги Правил Безпеки (ПБ) пiд час визначення проектної органiзацiї провiтрювання вiдокремлених споживачiв.

Дослідження закономiрностей, якi зв'язують топологiчнi структури та аеродинамiчнi параметри елементiв ШВМ у квазістабiльному перiодi, проводилися таким чином. На пiдставi аналізу лiтературних джерел були виявленi такi властивостi ШВМ.

Властивість 1. Множина гілок маршруту M(m,l,k) характеризується розміром депресії h(M(m,l,k)), необхідної для забезпечення потрібної витрати повітря у відособлено провітрюваному споживачі (m,l) у k- тому періоді;

Властивість 2. Критичний споживач (M,L) характеризується максимальним рівнем депресії маршруту h(M(M,L)) .

Далi досліджувалися кількісні характеристики гілок, пов'язані зі зміною їх аеродинамічних опорів (витрата повітря, депресія, потужність, що витрачається на провітрювання) та закономірності, що зв'язують аеродинамічні параметри регульованих гілок і об'єктів провітрювання ШВМ.

Властивість 3. Збільшення опору гілок, які інцидентні критичному маршруту, але не входять до нього, за умови забезпечення необхідних витрат повітря у відособлено провітрюваних об'єктах, зменшує мінімально необхідний рівень загальношахтної депресії. Властивості 1, 2, 3 використовуються в чисельних методах розрахунку оптимальних аеродинамічних параметрів ШВМ, що розвиваються, при визначенні множин регульованих гілок і гілок, перетин яких повинен бути збільшений по фактору вентиляції.

Характерною вiдзнакою дослiджень оптимальних режимiв роботи ВГП була фiксацiя потрiбних по газовому фактору кiлькостей повiтря в об'єктах провiтрювання. На їх пiдставi була встановлена властивість 4.

Властивість 4. Мiнiмальний рiвень загальношахтної депресії, необхiдний для забезпечення об'ектiв провiтрювання потрiбною кiлькiстю повiтря, вiдповiдає точцi рiвностi напорiв ВГП, якi спільно працюють на загальну вентиляційну мережу. На пiдставi властивостi 4 запропоновано новий критерій оптимiзацiї повітрозподілу у ШВМ, що проектується - "мінімум максимального напору ВГП".

На підставі сформульованих визначень і встановлених властивостей ШВМ, що розвивається, у даній роботі пропонуються така постановка задачі та метод розрахунку оптимальних аеродинамiчних параметрiв гiрничих виробок, що враховують розвиток гiрничих робiт.

Задача проектування ШВМ, що розвивається, полягає в створенні мережі, спроможної забезпечувати споживачів необхідною кількістю повітря протягом всього терміну служби шахти при мінімальному значенні якого-небудь економічного критерію (наприклад, при мінімумі сумарних приведених витрат на будівництво та експлуатацію ШВМ ) і дотриманні вимог ПБ. Отже, повна сума приведених витрат за весь термін функціонування системи виглядає так:

(2)

де c(i,j,k), k(i,j,k) - відповідно вартість проведення і підтримки 1 погонного метра виробки (i,j) у k-тому періоді; Lз(i,j,k) - довжина виробки (i,j) у k-тому періоді для розрахунку витрат на її проведення і підтримку; mk - вартість 1 кВт/г електроенергії в k-тому періоді; Ux,k - підмножина виробок з перетинами, які оптимізуються, що існують у k-тому періоді; ?S(i,j) - збільшення перетину виробки (i,j), виконане по фактору вентиляції, м2:

S(i,j)=S(i,j) - Smin(i,j) (3)

де S(i,j)- площа поперечного перетину виробки (i,j), є загальною для всіх періодів, м2; Smin(i,j) - мінімальна площа перетину виробки (i,j), обумовлена розмірами транспортних засобів, м2.

Динаміка розвитку вентиляційної мережі описується мультиграфом L(X,U), що відбиває послідовність базових розрахункових станів, які відповідають характерним моментам розвитку гірничих робіт ( здача в експлуатацію, освоєння проектної потужності і т.п.).

При постановці задачі оптимізації аеродинамічних параметрів ШВМ, що розвиваються, прийняті такі допущення:

1) розвиток ШВМ описується послідовністю квазістабільних станів графа Gk(Xk,Uk,tk);

2) протягом квазістабільного стану довжини виробок вважаються незмінними;

3) при переході від одного умовно постійного стану Gk-1(Xk-1,Uk-1,tk-1) до іншого Gk(Xk,Uk,tk) до графа мережі добавляється підграф нових виробок gk'(Xk',Uk',tk) і виключається підграф виробок, що погашаються gk"(Xk",Uk",tk), тобто

Gk(Xk,Uk,tk)=Gk-1(Xk-1,Uk-1,tk-1)Ugk'(Xk',Uk',tk)\gk"(Xk",Uk",tk) (4)

де Xk', Xk” - відповідно підмножини вузлів ШВМ, що добавляються і погашаються; Uk', Uk” - відповідно підмножини гілок ШВМ, що добавляються і погашаються.

При цьому враховуються такі групи обмежень:

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

де Ul,k - підмножина гілок, інцидентних l-тому вузлу в k-тому періоді; U?,k - підмножина гілок, що належать ?-тому незалежному контуру в k-тому періоді; Ux,k - підмножина гілок з перетинами, що оптимізуються в k-тому розрахунковому періоді; UDR,k - підмножина гілок, у яких можлива установка регуляторів у k-тому розрахунковому періоді; f - номер типового ряду перетинів; F - кількість типових рядів перетинів; nk - кількість вузлів ШВМ у k-тому періоді; mk - кількість гілок у k-тому періоді; a(i,j,k), b(i,j) - коефіцієнти апроксимації характеристик вентилятора (i,j) у k-тому розрахунковому періоді; amin(i,j), amax(i,j) - границі зміни коефіцієнтів апроксимації характеристик вентилятора (i,j), є загальними для всіх розрахункових періодів; L(i,j,k) - довжина виробки (i,j) у k-тому періоді, м; - довжина виробки (i,j) у k-тому розрахунковому періоді при розрахунку депресії, м; Q(i,j,k) - витрата повітря в гілці (i,j) у k-тому періоді, м3/c; - відповідно мінімальна і максимальна площі поперечного перетину виробки типового ряду з номером f, м2; - відповідно розрахункова і максимально можлива швидкість повітря у виробці (i,j) у k-тому періоді, м/с; ?(i,j,k) - коефіцієнт аеродинамічного опору гілки (i,j) у k-тому періоді; R(i,j,k), ?R(i,j,k), - відповідно аеродинамічні опори виробки (i,j), встановленого в ній регулятора і максимально можливий опір цієї гілки (визначається типом встановленого в ній регулятора) у k-тому періоді, од. СІ.

Цільова функція залежить як від дискретних змінних величин (перетинів виробок), так і від безперервних змінних - напору i продуктивності ВГП. У постановці задачі враховуються:

фізичні обмеження: закони розподілу повітря в ШВМ (5), (6), (14), залежності між аеродинамічними опорами виробки, її перетином, довжиною і формою;

технологічні обмеження: дискретність перетинів у типовому ряду (9, 10), обмеження на можливі місця установки регуляторів і на розміри їхніх аеродинамічних опорів (15). Робоча дiлянка ВГП описується сімейством характеристик (11), а також іншими вимогами до елементів ШВМ, обумовленими Правилами технічної експлуатації вугільних шахт і ПБ;

режимні обмеження, що регламентують розміри витрат повітря в об'єктах провітрювання (7), максимально припустимі швидкості повітря в гілках, які підводять і відводять повітря (8), продуктивність та напір ВГП (12), максимально можливий розмір загальношахтної депресії (13).

Довжина виробки протягом одного періоду в даній постановці задачі використовується для розрахунку депресії і витрат на проведення та підтримку гірничої виробки. При цьому слід дотримуватися таких правил:

1)для виробок із незмінною довжиною при розрахунку депресії та витрат на прoведення і підтримку задається їхня власна довжина;

2) для виробок із довжиною, що змінюється, при розрахунку депресії довжина задається осередненим розміром:

Ld(i,j,k) = (Ln(i,j,k) + Lmax(i,j,k) ) / 2 (16)

де Ln(i,j,k) , Lmax(i,j,k) - відповідно початкова і максимальна довжина виробки (i,j) у k-тому періоді;

3) для виробок однакового технологічного призначення, які послідовно проходяться протягом даного періоду і відображених у розрахунковій схемі однією гілкою, при розрахунку депресії задається їхня максимальна довжина, довжина для розрахунку витрат на проведення і підтримку визначається по формулі :

Lз(i,j,k) = kp Lmax(i,j,k) (17)

де kp - коефіцієнт, що відображає кількість виробок даного типу, які характеризуються на протязі всього розрахункового періоду однаковими параметрами (довжиною, кількістю повітря, кріпленням і т.п.)

У результаті рішення задачі розрахунку оптимальних аеродинамiчних параметрiв ШВМ, що розвиваються, визначаються оптимальні перетини гірничих виробок, місця установки і розміри аеродинамічних опору регулюючих устроїв, режими роботи ВГП, які забезпечують споживачів у кожному розрахунковому періоді потрібною кількістю повітря при мінімальній вартості спорудження вентиляційної системи шахти.

Дана задача відноситься до класу задач нелінійного програмування, тому що містить такі обмеження - лінійні рівності (5), (7) нелінійні рівності (6), нерівності (8), (13), (15), безперервні та дискретні змінні величини.

Аналіз стандартних методів математичного програмування показав їхню непридатність для програмної реалізації в рамках системи автоматизованого проектування ШВМ, що розвиваються, у силу великої розмірності задачі, недостатньої збіжності методів. При цьому слід зазначити, що вхідні дані задачі в умовах реального проектування найчастіше містять неявні протиріччя: при визначенні множини відособлених та послiдовних об'єктів провітрювання; між заданими витратами повітря в об'єктах провітрювання і можливою продуктивністю ВГП, i т.д., що iстотно затруднює пошук рiшення.

Проте ШВМ, як об'єкт оптимізації, має ряд специфічних особливостей, виявлених проведеним у роботі структурно-параметричним аналізом, що дозволило автору запропонувати для її рішення оригінальний мережний метод, основна iдея якого полягає в послідовному введенні режимних і технологічних обмежень у безперервному оптимізаційному процесі.

У даній роботі пропонується така послідовність рішення задачі вибору оптимальних параметрів ШВМ, що розвивається. Для кожного розрахункового періоду Gk (Xk, Uk, tk) із використанням методу розрахунку оптимального потокорозподілу в ШВМ визначається мінімально необхідний рівень загальношахтної депресії, що забезпечує заданий потокорозподіл в об'єктах провітрювання:

(18)

Для визначення мінімального рівня депресії, необхідного для забезпечення заданих витрат повітря в об'єктах провітрювання (гілках головного розтину), знаходиться рішення системи рівнянь (5), (6) з урахуванням залежності (14). При цьому можливі порушення обмежень на аеродинамічні параметри ШВМ - нерiвностi (12) та (13), та технологiчнi - нерiвнicть (15). Одержане рiшення є базовим рiшенням задачi оптимального повітрозподiлу.

При цьому припускається, що регулятори можут бути встановленi у вiдособлених та послiдовно провiтрюваємих об'ектах (базові регулятори); величина їх аеродiнамичного опору не обмежена, депресія базових регуляторів додатна і хоча б одна із них дорiвнює нулю; регулятори у пiдмережах, які пiдводять повiтря, вiдсутнi.

Таким чином, у базовому рiшеннi напір ВГП визначає депресiю критичного маршруту.

За результатами розрахунку формуються множини гілок маршрутів відособлено провітрюваних об'єктів (визначення 7). Сумарна депресія гілок маршруту критичного об'єкта провітрювання (властивiсть 2) визначає напір ВГП і обчислюється в такий спосіб

 (19)

Цей маршрут є критичним, жодна з гілок цього маршруту не містить регулятора. Зниження рiвня депресії необхідне, якщо порушені нерівності (12), (13), i можливе двома способами:

негативним регулюванням (збільшенням аеродинамічного опору гілок шляхом установки регуляторів);

позитивним регулюванням (зменшенням аеродинамічного опору гілок шляхом розширення перетинів гірничих виробок).

Зниження депресії ШВМ негативним регулюванням виконується таким чином. Цілеспрямовано змінюючи аеродинамічний опір регуляторів, встановлених у гілках підмереж, що підводять і відводять повітря, можна домогтися зниження депресії критичного маршруту за рахунок збільшення депресії інших маршрутів (властивість 3). На даному етапі рішення задачі оптимізації напір ВГП виступає як залежна змінна величина, яка мінімізується у ході рішення задачі оптимізації. З усієї множини незалежних перемінних, що відповідають аеродинамічним опорам регульованих гілок підмереж, що підводять і відводять повітря, топологічними побудовами визначається підмножина гілок URE, збільшення аеродинамічного опору яких зменшує депресію критичного маршруту, який проходить через базовий регулятор із мінімальною депресією. Рішення задачі оптимізації буде знайдено, якщо подальше збільшення аеродинамічних опорів виробок не знижує депресію критичного маршруту. При виконанні другого етапу враховуються технологічні обмеження на місця установки і розміри аеродинамічних опорів регулюючих устроїв (15).

Зниження депресії позитивним регулюванням - виконують з використанням розробленого мережного методу розрахунку оптимальних аеродинамiчних параметрiв гiрничих виробок, з використанням мультиграфа, що вiдображає розвиток гiрничих робiт. На мультиграфі L(X,U) визначаються виробки, що входять у вентиляційні умовно-послiдовнi пiдмережi (визначення 8) з перевищенням нормованого рівня загальношахтної депресії h(М(m,l,k)) > Hнорм, (m,l) ? Uo,k.. Депресія шахти знижується до припустимого рівня збільшенням перетинів цих виробок при мінімально можливих витратах на їх проведення і підтримку; після цього перетини виробок вважаються визначеними, i для кожного періоду виконується розрахунок оптимального потокорозподілу повітря з урахуванням технологічних (15) і режимних обмежень (12), (13). Cлід зазначити, що повітрозподіл при оптимізації аеродинамічних параметрів ШВМ з урахуванням розвитку гірничих робіт визначається незалежно для кожного розрахункового періоду, а перетини виробок - однi i ті ж самі у всіх періодах, у яких вони існують.

Розроблені методи й алгоритми реалізовані у вигляді програмного забезпечення системи автоматизованого проектування ШВМ, що розвиваються. У рамках системи автоматизованого проектування реалізоване рішення таких задач:

інтерактивна підтримка проектувальника при пошуку проектного рішення по організації провітрювання вугільної шахти;

визначення оптимальних режимів роботи ВГП у ШВМ із незмінною топологією і параметрами;

визначення оптимальних перетинів виробок на мультиграфі, що відображає розвиток ШВМ;

вибір параметрiв регулюючих устроїв, що враховують існуючі технологічні обмеження на місця установки регуляторів і розміри їхніх аеродинамічних опорів;

визначення кількісних характеристик ШВМ при зміні режимів роботи ВГП, топології і параметрів гілок.

Програмне забезпечення реалізоване на мовах Delphi, Pascal, функціонує у середовищі MS DOS, WINDOWS, містить у собі п'ять проблемних програм, які реалізують алгоритми рішення перелiчених задач. Запропонована організація програмного забезпечення дозволяє при користуванні реалізовувати свою схему процесу проектування, розширювати можливості програмного засобу введенням нових програмних модулів.

Розроблено методику проектування ШВМ, що розвиваються, із використанням ПЕОМ, основними положеннями якої є:

розвиток ШВМ описується базовими розрахунковими станами;

використання інтерактивної підтримки взаємодії ПЕОМ - проектувальник при виконанні аналізу організації провітрювання гірничого підприємства, яке проектується;

формування завдань, керування процесом обчислень при рішенні проектних задач доступні проектувальнику, що не має спеціальної підготовки, для цього передбачені різноманітні форми діалогової взаємодії;

застосування ефективного програмного забезпечення, що реалізує реакцію ПЕОМ за психологічно прийнятний час як у процесі діалогу, так і при роботі з базою даних.

Дослідно-промислова перевірка розробленого програмного забезпечення здійснювалася при розрахунку вентиляції шахти “Павлоградська" ДХК “Павлоградвугілля”. За результатами розрахунків були розроблені рекомендації по зміні аеродинамічних опорів деяких виробок. Порівняння отриманих результатів розрахунку з фактичними вимірами показало, що відносна похибка по витратах повітря змінюється в межах 8-15 %, що свідчить про задовільну збіжність отриманих результатів із натурними вимірами в шахті.

Програмне забезпечення системи пройшло міжвідомчі випробування у Мінвуглепромі України, включено до складу чинного "Керівництва з проектування вентиляції вугільних шахт", затвердженого Наказом Держкомітету України по нагляду за охороною праці №131 від 20.12.1993 р.

Обгрунтованість та достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується використанням фундаментальних законів рудничної аерології пiд час аналізу структури та аеродинамічних параметрів ШВМ; коректним застосуванням методів математичного моделювання на ПЕОМ; задовільною збіжністю отриманих результатів розрахунку з фактичними вимірами повітря та вiдносною похибкою, яка не перевищує 15 %, що порiвняно з точнiстю виміру аеродинамiчних параметрів вентiляцiйної мережi сучасними приладами; позитивним результатом впровадження розроблених методів у процеси проектування та експлуатацiї вентиляції вугільних шахт.

ВИСНОВКИ

шахта вентиляцiйний аеродинамiчний ефективнicть

Дисертація є закiнченою науковою роботою, у якій здiйснено нове рішення актуального наукового завдання, що полягає в розробці методів розрахунку оптимальних аеродинамічних параметрів шахтних вентиляційних мереж, якi розвиваються. Отримане рiшення дозволило підвищити ефективність проектування нових та вдосконалення вентиляцiйних систем дiючих шахт, що має важливе значення для вуглевидобувної галузi.

У процесi виконання роботи отриманi такi пiдсумковi науковi висновки та практичнi результати:

1. Встановлена недостатня ефективність iснуючих методiв розрахунку оптимальних аеродинамiчних параметрів ШВМ при їх використанні у інтерактивних режимах при проектуваннi нових та вдосконаленні вентиляцiйних систем дiючих шахт внаслiдок значного об'єму обчислювальних операцiй, а також необхiдності урахування розвитку гірничих робіт.

2. За результатами математичного моделювання встановленi закономiрностi, якi зв'язують аеродинамiчнi параметри регулюємих гiлок та об'єктiв провiтрювання. Встановлено, що зниження мінімального рівня загальношахтної депресії, необхідного для забезпечення об'єктів провітрювання заданими витратами повітря, досягається збільшенням аеродинамічного опору виробок, які інцидентні критичному маршруту, але не входять до нього.

3. Методом iмiтацiйного моделювання визначенi оптимальнi режими роботи вентиляторiв головного провiтрювання (ВГП), що спільно працюють на загальну мережу, та обгрунтовано новий критерiй - “мінімуму максимального напору ВГП” використання якого пiд час рiшення задач оптимізації потокорозподілу дозволило на 10 - 15 % знизити витрати коштів на провiтрювання.

4. На пiдставi аналiзу характеристик ШВМ, що розвиваються, та виявлених властивостей їх топологiчних структур, розроблена математична модель вентиляцiйної мережi з топологiєю та аеродинамічними параметрами, що динамiчно змiнюються, яка враховує розвиток гірничих робіт мультиграфом, що відбиває послідовність квазістабільних періодів.

5. Розроблено метод оптимізації потокорозподілу повітря у квазiстабiльних станах ШВМ, який відрізняється використанням топологічного аналізу при пошуку регульованих гілок, що дозволило вирішити такі практичні задачі:

аналізувати організацію провітрювання вугільної шахти, виявляти відособлені і послідовні споживачі, контури рециркуляції і т.п.;

визначати ділянки ШВМ, які споживають найбільшу енергетичну потужність, що витрачається на провітрювання;

визначати місця установки і розміри опорів регулюючих устроїв, що знижують рівень депресії, необхідний для забезпечення потрібної кількості повітря у споживачах;

прогнозувати зміну кількісних характеристик ШВМ, пов'язаних із зміною її топології і параметрів.

6. Розроблено метод розрахунку оптимальних аеродинамічних параметрів ШВМ, що відрізняється врахуванням розвитку гірничих робіт, що дозволяє визначати виробки, збільшення перетину яких забезпечить заданою кількістю повітря споживачів при мінімумі сумарних приведених витрат.

7. Результати дисертаційної роботи використані у проектах вентиляції 16 шахт України. Розроблені методи та алгоритми реалізовані у системі автоматизованого проектування ШВМ, передані у дослідно-промислову експлуатацію інститутам Дніпродіпрошахт, Південдіпрошахт, Луганськдіпрошахт; зазначені методи та алгоритми реалізовані у комп'ютерній технології організації провітрювання вугільних шахт i передані ДХК “Павлоградвугiлля” для використання при вдосконаленні вентиляційних систем шахт. Програмне забезпечення системи пройшло міжвідомчі випробування у Мінвуглепромі України, включено до складу чинного "Керівництва по проектуванню вентиляції вугільних шахт", затвердженого Наказом Держкомітету України по нагляду за охороною праці № 131 від 20.12.1993 р.

8. Впровадження результатів роботи в процес проектування вентиляції забезпечує: підвищення якості і техніко-економічного рівня запроектованих об'єктів; збільшення продуктивності праці проектувальників; скорочення термінів, зменшення вартості проектування, а також соціальний ефект, що полягає в підвищенні безпеки та поліпшенні санітарно-гігієнічних умов праці гірників.

Основні положення та результати дисертації опубліковані в роботах

1. Пономаренко Т.В. Алгоритм снижения депрессии шахтной вентиляционной сети (ШВС) без расширения сечений выработок // Техника и технология горного производства: Cб. науч. трудов / ИГТМ НАНУ.- К.: Наукова думка, 1993. - С. 40-44.

2. Виноградов В.В., Потемкин В.Я., Пономаренко Т.В. О новом подходе к оперативному контролю и управлению проветриванием угольных шахт // Уголь Украины. - 1996. - №10-11. - С. 11-14.

3. Потемкин В.Я., Пономаренко Т.В. Компьютерная технология организации проветривания угольных шахт // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов / НАН Украины ИГТМ. - Днепропетровск. - 1998. - Вып.8. - С. 134-138.

4. Потемкин В.Я., Кокоулин И.Е., Пономаренко Т.В. Метод снижения депрессий шахтной вентиляционной сети без расширения сечений выработок Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов / НАН Украины ИГТМ. - Днепропетровск. -1998.- Вып.8. - С. 129-133.

5. Пономаренко Т.В. Метод оптимизации параметров развивающихся вентиляционных сетей // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов НАН Украины ИГТМ. - Днепропетровск, 1999. - Вып.13. - С. 84-89.

6. Потемкин В.Я., Лимаренко П.Л., Пономаренко Т.В., Кокоулин И.Е. Компьютерная технология проектирования, оперативного контроля и управления проветриванием на угольных шахтах // Сб. науч. трудов / НГАУ. Днепропетровск. - 1999. - Вып.5. - С. 85-87.

7. Потемкин В.Я., Пономаренко Т.В. Компьютерная технология проектирования шахт и рудников в сложных горно-геологических условиях // Материалы ХVI Всемирного горного конгресса.- София, 1994. - С. 239-244.

8. Пономаренко Т.В. К вопросу моделирования динамики развития шахтной вентиляционной сети Совершенствование технологии и механизации добычи полезных ископаемых: Тезисы докл. V респуб. научно-технич. конф. Тбилиси: ГПИ, 1986. - С. 123.

9. Харченко Е.Н., Пономаренко Т.В. Организация данных для автоматизированного проектирования развивающихся вентиляционных систем // Логическое управление с использованием ЭВМ: Тез. докл. XI Всесоюз. симпозиума.- М.: ВИНИТИ, 1988. - С. 386-387.

10. Потемкин В.Я., Пономаренко Т.В. Закономерности изменения расхода воздуха и депрессии в ветвях вентиляционной сети // Проблемы совершенствования пылегазового режима на угольных шахтах: Тезисы докл. респуб. конф.- Макеевка: МакНИИ, 1988. - С. 33.

11. Потемкин В.Я., Пономаренко Т.В. Проектирование вентиляции на основе динамической модели развития рудника // Проблемы безопасной разработки калийных месторождений: Тезисы докл. науч.-технич. конф. - Минск, 1990. - С. 124-126.

12. Пономаренко Т.В. Метод оптимизации параметров шахтной венти-

ляционной сети с учетом развития горных работ // Техника и технология горного производства: Тезисы докл. молодых ученых и специалистов. - Днепропетровск: ДГУ, 1990. - С. 94-95.

АНОТАЦIЯ

Пономаренко Т.В. Розробка методiв розрахунку оптимальних аеродинамiчних параметрiв шахтних вентиляцiйних мереж, які розвиваються. Рукопис.

Дисертацiя на здобуття наукового ступеня кандидата технiчних наук за спецiальнiстю 05.15.11 - Фiзичнi процеси гiрничого виробництва. - Iнститут геотехнiчноi механiки НАН України, Днiпропетровськ, 2001.

Дисертацiя присвячена розробцi методiв розрахунку оптимальних аеродинамiчних параметрiв шахтних вентиляцiйних мереж (ШВМ), що розвиваються, якi дозволяють пiдвищити ефективнicть проектування та вдосконалення вентиляцiйних систем вугiльних шахт, що має важливе значення для вуглевидобувноi галузi.

На пiдставi встановлених закономiрностей, що звязують топологiчнi структури та аеродинамiчнi параметри ШВМ, якi розвиваються, розробленi метод оптимiзацiї потокорозподiлу у квазистабiльних станах ШВМ, який вiдрiзняється використанням топологiчного аналiзу при пошуку регулюємих гiлок, та метод розрахунку оптимальних аеродинамiчних параметрiв ШВМ, що вiдрiзняється урахуванням розвитку гiрничих рoбiт.

Ефективнiсть отриманих результатiв полягає у зменшеннi кiлькостi регуляторiв, необхiдних для забезпечення об'єктiв провiтрювання заданою кiлькicтю повiтря, зниженнi капiтальних витрат на проведення та пiдтримання гiрничих виробок. При цьому пiдвищується безпека та покращуються умови працi гiрникiв.

Ключові слова: шахтна вентиляційна мережа, що розвивається, повітрозподіл, оптимальні аеродинамічні параметри, критерій мінімум максимального напору, мультиграф, квазистабільний період, автоматизоване проектування.

АННОТАЦИЯ

Пономаренко Т.В. Разработка методов расчета оптимальных аэродинамических параметров развивающихся шахтных вентиляционных сетей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.11- Физические процессы горного производства. - Институт геотехнической механики НАН Украины, Днепропетровск, 2001.

Диссертация посвящена вопросам разработки методов оптимизации аэродинамических параметров шахтных вентиляционных сетей (ШВС) с учетом развития горных работ. В работе методами структурно-параметрического анализа исследованы качественные характеристики развивающейся ШВС, ее структура в квазистабильный период, закономерности, связывающие топологические структуры и их аэродинамические параметры, оптимальные режимы работы вентиляторов главного проветривания (ВГП) при совместной работе на общую сеть. Показано, что динамика изменения топологии и аэродинамических параметров ШВС связанна с развитием горных работ, может быть описана мультиграфом, отражающим последовательность квазистабильных периодов. Установлено, что элементы ШВС в квазистабильном состоянии различаются как по своему участию в процессе добычи полезного ископаемого, так и в процессе проветривания, а следовательно, отличаются своими качественными и количественными характеристиками. Исходя из этого, была проведена декомпозиция элементов вентиляционной системы на функционально независимые элементы. На основании выполненной декомпозиции был сформулирован ряд определений, ранее не использовавшихся в практике вентиляционных расчетов. Задачами исследования свойств элементов квазистабильного периода являлись: пути снижения минимального уровня общешахтной депрессии, необходимого для обеспечения объектов проветривания заданными расходами воздуха и оптимальные режимы функционирования ВГП, совместно работающих на общую сеть. На основании проведенных исследований установлены закономерности, связывающие топологические структуры ШВС и их аэродинамические параметры. Доказано, что увеличением аэродинамического сопротивления ветвей, инцидентных критическому маршруту, но не входящих в него, возможно снижение минимально необходимого уровня общешахтной депрессии. Установлено, что минимальный уровень общешахтной депрессии, необходимый для обеспечения объектов проветривания требуемыми расходами воздуха, соответствует точке равенства напоров ВГП, совместно работающих на общую сеть, что позволило предложить новый критерий оптимизации потокораспределения в ШВС - “ минимум максимального напора вентиляторов главного проветривания” -, обеспечивающий достижение минимального уровня общешахтной депрессии, необходимого для снабжения объектов проветривания заданными расходами воздуха, при совместной работе ВГП,.

На основании сформулированных определений и выявленных свойств развивающейся ШВС была разработана математическая модель ШВС с динамически изменяющимися топологией и аэродинамическими параметрами и сформулирована задача выбора ее оптимальных параметров. Анализ стандартных методов математического программирования показал их непригодность для решения этой задачи в силу ее большой размерности и недостаточной сходимости методов. Однако, ШВС имеет ряд свойств, выявленных проведенным автором структурно-параметрическим анализом, что позволило предложить для решения задачи выбора ее оптимальных параметров оригинальный комплексный сетевой метод, основная идея которого заключается во взаимосвязанном решении оптимизационных задач с последовательным введением режимных и технологических ограничений в непрерывном вычислительном процессе. Комплексный метод включает метод оптимизации потокораспределения в квазистабильных состояниях ШВС, отличающийся использованием топологического анализа при поиске регулируемых ветвей, и метод расчета оптимальных аэродинамических параметров ШВС с учетом развития горных работ, что позволило учесть разновременность затрат на проведение горных выработок и различие в сроках их существования. Разработанные методы и алгоритмы положены в основу системы автоматизированного проектирования развивающихся ШВС и осуществлена их проверка в условиях реального проектирования вентиляции проектными институтами Минуглепрома Украины и эксплуатации действующих шахт ГХК “Павлоградуголь”. Эффективность полученных результатов заключается в уменьшении количества регуляторов, необходимых для обеспечения объектов проветривания заданными расходами воздуха, снижении капитальныых затрат на проведение и поддержание горных выработок. При этом повышается безопасность и улучшаются условия труда горняков.

Ключевые слова: развивающаяся шахтная вентиляционная сеть, потокораспределение, оптимальные аэродинамические параметры, критерий минимум максимального напора, мультиграф, квазистабильный период, автоматизированное проектирование.

ANNOTATION

Ponomarenko T.V. Development of Design Methods For Optimal Aerodynamical Parameters of Enlarging Mine Ventilation Networks. Manuscript.

The thеsis for the degree of candidate of technical sciences in speciality 05.15.11 - The physical processes of mining production.- The Institute of Geotechnical Mechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Dniepropetrovsk, 2001.

The thesis is devoted to workup the methods of substantiation the aerodynamical parameters of enlarging mine ventilation networks (MVN) permitting to increase the efficiency of planning and the improvement of coal mine ventilation systems.

On the basis of the discovered nature explaining topologycal structures and aerodynamical parameters of enlarging MVN, a method of optimization of stream distributions in quasistabil conditions of MVN characterised with a usage of a topologycal analysis in searching regulated branches, and a method of designing optimal aerodynamical parameters of NVN characterised with a consideration of the development of mining operations have been offered.

The efficiency of the obtained results can be described as decreasing the number of regulators which are used in a ventilation with a given volume of air, lowering the costs for construction and maintenance of underground openings, and increasing the degree of safety and improvement of working conditions for labour force.

Key words: enlarging mine ventilation networks, stream distribution, optimal aerodynamic parameters, criterium minimum of maximal pressure, multugraph, quasistable period, computer aided design.

Размещено на Allbest.ru

...