Метод оценки и повышения надежности шахтных вентиляционных систем Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.4

О.В.Скопинцева

Московский горный университет

МЕТОД ОЦЕНКИ И ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ

Оценка надежности шахтных вентиляционных систем действующих шахт России показывает, что ее уровень является крайне низким. Для шахтных вентиляционных систем характерны частые отказы по фактору количества подаваемого к местам потребления воздуха, что алечет за собой возможность взрывов газов и пыли, отравлений работающих. Почти все аварии на шахтах, повлекшие за собой наибольшие жертвы, связаны с отказами шахтных вентиляционных систем.

Для оценки отказов предложен интегральный критерий, который характеризует вероятность отказов, связанных с уменьшением поступления воздуха в шахту из-за увеличения ее сопротивления и перераспределением воздуха в сети вследствие отличия фактических значений сопротивлений ее элементов от проектных.

______________ 245

Санкт-Петербург. 2003

The estimation of mine ventilating systems reliability of operating mines in Russia shows that its level is extremely low. .Mine ventilating systems are characterized by frequent failures on the factor of the quantity of air fed to the consumption areas, that involves the possibility of gases and dust explosions, gassing. Almost all accidents in the mines entailing the greatest number of victims are related to the failures of mine ventilating systems.

The integrated criterion which characterizes the probability of failures due to the reduction of air supply because of the increase of its resistance and redistribution of air in the system on account of the difference between actual resistance values of elements and the designed ones is offered for estimation,

Интегральный метод оценки надежности шахтных вентиляционных систем (1ПВС) по фактору аэродинамического старения более «практичен», чем дифференциальный метод, который базируется на изучении локальных свойств процессов, поскольку позволяет довольно просто получать осредненные параметры процесса, являющиеся основой современных методов проектирования и контроля вентиляции шахт.

Под аэродинамическим старением горных выработок будем понимать устойчивое увеличение аэродинамического сопротивления выработки в процессе ее эксплуатации. При оценке влияния процесса аэродинамического старения выработок на надежность ШВС будем исходить из следующей рабочей гипотезы:

• вероятность отказов в ШВС пропорциональна отклонению фактического возду-хораспределения в сети от проектного;

• отклонение фактического воздухо-распределения в сети от проектного пропорционально отклонению фактических аэродинамических сопротивлений выработок ШВС от проектных.

Соответственно, вероятность отказов в ШВС пропорциональна отклонению фактического аэродинамического сопротивления выработок от проектного. Поэтому критерий, оценивающий степень отличия отклонений фактического сопротивления выработок от проектного, явился бы в то же время и критерием вероятности отказов в ШВС.

Необеспеченность требуемым (проектным) количеством воздуха шахты, крыла и участка является отказом соответственно 1-го, 2-го и 3-го рангов*. Чем больше отклонение

* Уишкое КЗ Аэрология горных предприятий: Учебник для вузов / К.З.Ушаков, А-С.Бурчаков, Л. А. Пучков, И.И.Медведев. М.: Недра, 1987. 421 с.

246 --—_______

фактического расхода воздуха в отдельной выработке от его проектного значения, тем больше вероятность отказа вентиляции в этой выработке. Аналогично, чем больше некоторое среднее отклонение фактических дебитов воздуха в выработках всей сети от проектных, тем больше вероятность отказов вентиляции в шахте в целом. Вероятность отказов 1-го ранга зависит от увеличения общего сопротивления шахты и прямо пропорциональна увеличению среднего сопротивления одной выработки в шахте, т.е. отношению

¿V

-1

(N Л Д'

SÄ/T I*

v=l

/-I

ß

f N \ N

Ul ) /=1

(1)

где N - число выработок в сети; Ко< — проектное сопротивление г'-й выработки; -фактическое сопротивление /-й выработки, рассчитанное по зависимостям старения, полученным автором под руководством К.З.Ушакова.

Для оценки отказов 1-го и 2-го рангов необходимо учитывать как относительные изменения сопротивления ветвей, так и колебания этих изменений, например, от среднего. Пусть относительное изменение сопротивления г'-й выработки по сравнению с проектным

(2)

а среднее относительное изменение сопротивления одной выработки

= = (3)

1=1 /=1

Тогда характеризует отличие от-

носительного изменения аэродинамиче-

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.154

ского сопротивления г-й выработки от относительного изменения аэродинамического сопротивления всей сети. Если выработка и сеть имеют одинаковые относительные изменения сопротивлений, то 5К - 5/?, = 0. Если такое соотношение справедливо для всех выработок, то относительное воздухораспределение в сети не меняется. В этом случае изменится только подача воздуха в шахту в целом (общешахтный дебит воздуха), что отразит показатель кг.

Вероятность отказов можно характеризовать степенью изменения сопротивлений выработок в среднем для всей сети, т.е. средним квадратическим отклонением

=

ы

1/2

(4)

Величина к2 может рассматриваться как критерий внутришахтных отказов 2-го и 3-го рангов, вызываемых изменением аэродинамических сопротивлений выработок, т.е. как критерий надежности по фактору сопротивления. Проектное относительное воздухораспределение не изменится, если

8Д - 5Д, = 0 для всех выработок г, т.е. если (

к2 - 0, что соответствует полной надежности проветривания по фактору нестабильности сопротивлений в сети. Вероятность отказов 2-го и 3-го рангов в этом случае

г

равна нулю. Чем больше значение к2 , тем больше вероятность отказов 2-го и 3-го рангов.

Полная вероятность отказов, а следовательно, и надежность характеризуются со-

г

вокупностью критериев /с, и к2 :

IN

/=1

1 +

11/2

или с учетом соотношений (1)-{4)

N _ 1=1

N

2Х-

1=1

1+

N

I

/=1

' , I

/2

I*»

К,

Надежность проветривания шахты по фактору аэродинамического старения К = 1 при ¿1 = 1 и к2= 1.

Критерий ^ характеризует вероятность отказов, связанных с уменьшением поступления воздуха в шахту из-за увеличения ее сопротивления, а критерий к2 -вероятность отказов вследствие перераспределения воздуха в сети из-за отклонений фактического сопротивления элементов сети от проектного (расчетного). Поэтому оценку влияния старения ШВС можно производить как по критерию К, так и раздельно по критериям А, и к2 ■

Санкт-Петербург. 2003