Система автоматизированного управления рециркуляцией воздуха при вентиляции подземных горных выработок в условиях Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей

Рассмотрен синтез систем автоматизированного управления, обеспечивающих необходимое рециркулирование воздуха в подземных горных выработках на Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей при получении как сильвинитовых, карналлитовых руд, и галита. Перечислены статические средства управления воздухораспределением. Рассмотрены наиболее применяемые вентиляционные перемычки, возводимые из пеноблоков, чураков и конвейерной резиновой ленты, и способы воздухораспределения. Произведен анализ регулирования данными статическими устройствами с указанием их недостатков. Графически представлена схема устройства шахтной вентиляционной установки и произведено ее моделирование. Описаны мероприятия по снижению воздухопотерь. Проведен активный эксперимент для получения кривых разгона и идентификации местной системы вентиляции как объекта управления. При помощи интерактивного пакета для численных вычислений в инженерной практике Simulink среды MatLAB произведено моделирование трех вариантов системы автоматизированного управления для проверки качества переходных процессов. Созданы и графически представлены структурные модели систем автоматизированного управления, выполнен расчет оптимальных настроек регуляторов. Произведен сравнительный анализ графиков переходных процессов по управлению и возмущению в одноконтурной, каскадной, каскадно-компенсаторной системах автоматического регулирования. Система автоматизированного регулирования реализована на контроллере Simatic S7-300. Рассмотрена возможная интеграция разработанной системы регулирования в автоматизированную систему управления технологическим процессом вентиляции шахты на Четвертом Березниковском калийном производственном рудоуправлении ПАО «Уралкалий». В итоге показано, что созданная система регулирования обеспечивает оперативный контроль и управление рециркуляцией воздуха в подземных выработках с учетом особенностей существующих средств статического воздухораспределения.

Затонский А. В., Морозова О. В. Система автоматизированного управления рециркуляцией воздуха при вентиляции подземных горных выработок в условиях Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 6. – С. 168–180. DOI: 10.25018/0236_ 1493_2023_6_0_168.

Затонский Андрей Владимирович¹ — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: zxenon@narod.ru,
Морозова Ольга Владимировна¹ — старший преподаватель, e-mail: olgakhivrenko@yandex.ru,
¹ Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Березниковский филиал.

Морозова О.В., e-mail: olgakhivrenko@yandex.ru.

1. Трушкова Н. А., Казаков Б. П., Зайцев А. В., Гришин Е. Л. Применение рециркуляционных установок для повышения эффективности проветривания рудников с учетом обеспечения безопасных условий труда // Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования. — 2015. — Т. 1. — С. 283—290.

2. Семин М. А. Выбор и обоснование скорости движения воздуха в каналах ГВУ // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Сборник научных трудов. Вып. 13. — Пермь, 2015. — С. 281—284.

3. Поспелов Д. А., Зайцев А. В., Семин М. А. Совершенствование алгоритма автоматизированного управления проветриванием калийных рудников // Горное эхо. — 2021. — № 1(82). — С. 133—138.

4. Заворницын В. В. Проветривание горных выработок рудников ООО «УГМКХолдинг». Саратов: Ай Пи Ар Медиа, 2019. 142 с.

5. Бильфельд Н. В., Володина Ю. И. Особенности расчета, моделирования и описание каскадных систем в MATLAB // Системный анализ в науке и образовании. — 2020. — № 1. — С. 39—51.

6. Клюев А. С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 464 с.

7. Холоднов В. А. Системный анализ и принятие решений. Компьютерное моделирование и оптимизация объектов химической технологии в Mathcad и Excel. — СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2007. — 425 с.

8. Затонский А. В. Компенсация скрытых стохастических свойств объекта автоматического регулирования // Известия Томского политехнического университета. — 2010. — Т. 316. — № 5. — С. 26—34.

9. Зайцев А. В., Трушкова Н. А. Исследование рециркуляционного проветривания при наличии источника газовыделения в рабочей зоне и внутренних утечек воздуха // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 3. — С. 34—46. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_3_0_34.

10. Лискова М. Ю. Технологии проветривания рудников и шахт // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2015. — № 2. — С. 14—20.

11. Затонский А. В. Программные средства глобальной оптимизации систем автоматического регулирования. — М.: ИЦ РИОР, 2013. — 136 с.

12. Затонский А. В., Уфимцева В. Н. Разработка объектных средств имитационного и многоагентного моделирования производственных процессов // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. — 2018. — № 4. — С. 56—62.

13. Беккер В. Ф. Решение технологических проблем действующего производства средствами автоматизации. Т. 1. Производство калийных удобрений. Монография. — Пермь: ПНИПУ, 2012. — 312 с.

14. Зайцев А. В., Агеева К. М. Осушение горных выработок калийных рудников с использованием средств систем автоматического управления проветриванием // Недропользование. — 2022. — Т. 22. — № 1. — С. 45—50. DOI: 10.15593/2712-8008/2022.1.7.

15. Гращенков Н. Ф., Петросян А. Э., Фролов М. А. Шахтная вентиляция. — М.: Недра, 1988. — 440 с.

16. Никитин В. С., Сыряченко Ф. Н. Вентиляция шахт и карьеров. — М.: Недра, 1964. — 308 с.

17. Де Вильена Коста Л., Маргарида да Силва Ж. Экономия потребления электроэнергии при подземной вентиляции за счет использования вентиляции по требованию / Горная техника: Труды ИГМ. — 2020.

18. Wallace K., Prosser B., Stinnette J. D. The practice of mine ventilation engineering International Journal of Mining Science and Technology. 2015, vol. 25, no. 2, pp. 165—169. DOI: 10.1016/j.ijmst.2015.02.001.

19. Kashnikov A., Levin L. Applying machine learning techniques to mine ventilation control systems / Proceedining of XX IEEE International Conference on Soft Computing and Measurements (SCM). Saint-Petersburg, 2017, pp. 391—393. DOI: 10.1109/SCM.2017.7970595.