Разработка программно-вычислительного комплекса «Аэросеть» для расчета вентиляционных сетей шахт и рудников

Казаков Борис Петрович; Круглов Юрий Владиславович; Исаевич Алексей Геннадьевич; Левин Лев Юрьевич

Для сравнения с одним из рудников, разрабатывающих апатитовые руды на Кольском полуострове, он относительно стабилен и находится в пределах 0,025-0,027 м/с. Эти значения относятся к зонам обрушения с гранулометрическим составом в 0,1-1,0 см. при содержании этих фракций в пределах 40 % и более. Размер зон обрушений шахт Жезказгана в подземной части значительно больше чем на поверхности -соотношение их составляет 8под /8пов = 1,046^9,187 при глубине отработки от 71 до 177 м.

На основе вышеуказанного нами были разработаны «Методические указания по обоснованию использования воздуха из зон обрушений для проветривания отдельных участков Жезказганского месторождения».

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Калиев С.А., Шепелев С.Ф., Стаханов А.Н. О вентиляции подземных рудников при наличии зон обрушения. - Алматы: Промышленность Казахстана - 2001, №3.

|— Коротко об авторах-

Калиев С.А., Дартау С.Н. - Институт горного дела им. Д.А. Кунаева, г. Алматы.

А.Г. Исаевич, Л.Ю. Левин, 2006

УДК 622.371

Б.П. Казаков, Ю.В. Круглое, А.Г. Исаевич,

Л.Ю. Левин

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО

КОМПЛЕКСА «АЭРОСЕТЬ» ДЛЯ РАСЧЕТА

ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СЕТЕЙ ШАХТ И РУДНИКОВ

Программное приложение АэроСеть (в дальнейшем — Приложение) разработано в Горном институте УрО РАН в 2002—2005 гг. Приложение реализовано с использованием среды Delphi 7. Оно имеет русскоязычный ин-

21

терфейс и в настоящее время активно применяется при моделировании воздухораспределения в калийных рудниках России и Белоруссии, а также в гипсовых шахтах (г. Новомосковск).

АэроСеть не имеет привязки к конкретному типу рудников и может быть с успехом использовано для моделирования процессов воздухораспределения в рудниках различного типа, а также в шахтах, в т. ч. угольных.

Приложение предназначено для расчета сложных пространственных вентиляционных сетей шахт и рудников произвольной топологии, позволяет проводить анализ различных процессов воздухораспределения в рудниках, решать задачи управления распределением воздушных масс в шахте. АэроСеть имеет графический интерфейс пользователя, удовлетворяющий самым современным требованиям (стиль Windows XP), и удобно в использовании.

При расчете сетей используются современные численные методы, а также оригинальные вычислительные алгоритмы и схемы, позволяющие значительно улучшить сходимость итерационных схем решения уравнений, а также уменьшить время счета. ПО «АэроСеть» не имеет каких-либо ограничений на количество ветвей в вентиляционной сети и число источников тяги (вентиляторных установок).

Приложение работает под управлением операционных систем Windows 95, 98, NT, 2000, XP, 2003.

Приложение осуществляет строгий контроль топологии графа вентиляционной сети, что позволяет исключить топологические ошибки при создании новой сети или при редактировании существующей. К таким ошибкам относятся висячие узлы и висячие ветви.

Приложение имеет богатый набор возможностей по оформлению внешнего вида вентиляционной сети. Ветви можно представлять в виде:

— линий;

— полилиний;

— дуг;

— сплайнов.

22

Приложение позволяет задавать цвет и толщину ветвей, изменять их конфигурацию и стиль отображения, свободно редактировать внешний вид вентиляционной сети, перемещать вершины, узлы, ветви и т. д.

Приложение позволяет:

— использовать различные возможности графического оформления вентиляционной схемы в соответствии с условными обозначениями, формировать вентиляционные сети;

— редактировать существующие вентиляционные сети;

— задавать параметры ветвей вентиляционной сети: аэродинамические сопротивления, источники тяги (вентиляторные установки главного проветривания, вспомогательные вентиляторные установки);

— производить расчет естественной тяги;

— моделировать процессы нестационарного воздухо-распределения на основе оригинальных алгоритмов нестационарного сопряженного теплообмена между рудничным воздухом и горным массивом;

— моделировать работу эжекторных вентиляторных установок;

— рассчитывать оптимальный режим работы главной вентиляторной установки с критерием минимизации потребляемой мощности;

— рассчитывать аэродинамические сопротивления ветвей как на основе данных шахтных замеров, так и на основании длины, площади сечения и коэффициентов аэродинамического сопротивления;

— производить анализ вентиляционной сети, показывать зоны влияния вентиляторных установок в тех или иных режимах проветривании я рудника;

— выводить результаты расчета на печать, экспортировать данные в Microsoft Excel;

— производить экспорт изображения вентиляционной сети в другие графические форматы (WMF, EMF, BMP и др.);

— выводить изображение вентиляционной сети на печать;

— производить выбора оптимальных параметров эжекторных установок в автоматическом режиме;

23

— производить расчет задымленности (загазованности) в руднике в случае возникновения пожара в шахте;

— позволяет вести базу данных напорных и мощностных характеристик вентиляторных установок.

ПО «АэроСеть» обладать рядом исключительных возможностей, выгодно отличающих его от аналогичных программ для расчета вентиляционных сетей.

Приложение имеет возможность использования модуля оптимального управления вентиляционной сетью. Модуль оптимального управления позволяет находить оптимальные режимы управления вентиляционной сетью с использованием отрицательного и положительного регулирования воздухораспределения. Под положительным регулированием подразумевается изменение режима работы главной вентиляторной установки (например, изменение скорости вращения рабочего колеса вентилятора или угла установки лопаток направляющего аппарата), приводящее к изменению напорной характеристики вентиляторной установки. Под отрицательным регулированием подразумевается изменение количества воздуха, подаваемого на определенные участки шахтного поля с помощью отрицательных регуляторов: автоматических шлюзовых ворот, окон-регуляторов и т. д. Главным критерием оптимального управления является минимальное потребление мощности главной вентиляторной установкой при одновременном соблюдении минимального расчетного количества воздуха, подаваемого на определенные участки шахтного поля.

Математически описанная проблема формулируется в виде задачи экстремального управления и решается с помощью методов условной оптимизации.

Приложение имеет возможности СОМ-сервера, что делает возможным его использование в составе современных автоматизированных систем управления (АСУ) воздухорас-пределением в шахтах (рудниках). Данная технология позволяет применять Приложение на верхнем уровне системы управления проветриванием совместно с системами контро-

24

ля и диспетчеризации (SCADA), такими как WinCC, GENESIS 32, VipWin и др.

АэроСеть имеет возможность использования модуля расчета задымленности с учетом конвективно-диффузионных моделей тепломассопереноса в шахте, а также на основе оригинальной методики расчета процессов сопряженного нестационарного теплообмена между рудничным воздухом и горным массивом.

Также существует возможность интеграции Приложения с наиболее распространенными ГИС и САПР, такими как MapInfo, ArcView, AutoCAD, MicroStation и т. д.

Общая архитектура ПО «АэроСеть» позволяет в ближайшее время осуществить переход на прогрессивную платформу Microsoft .Net и выпустить на базе Приложения ряда программных продуктов для карманных персональных компьютеров (КПК).

Общий вид Приложения в начале его работы приведен на рис. 1. На рис. 1 видно главное окно Приложения с загруженной расчетной вентиляционной сетью рудника Березни-ковского калийного производственного рудоуправления №4 (Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей).

В верхней части главного окна располагается главное меню, под ним размещены панели инструментов. Главную часть экрана занимает окно графа вентиляционной сети, ниже расположена статус-строка с координатами курсора и системными сообщениями Приложения. В Приложение загружена расчетная сеть рудника Березниковского калийного производственного рудоуправления №2. В окне виден фрагмент сети с околоствольным двором рудника. Каждая ветвь снабжена подписью, информирующей о названии, номере ветви и расходе воздуха в ней. Красным цветом обозначены струи свежего воздуха, синим цветом — струи отработанного воздуха, удаляющегося из шахты. Видны три ствола: два возду-хоподающих и один вентиляционный. Ветви снабжены подписями и стрелками, показывающими реальное направление движения воздуха по выработкам.

На рис. 2 показано окно задания свойств ветви вентиляционной сети. Основными параметрами для расчета воздухораспределения являются характеристики источни-

25

ков тяги, а также аэродинамические сопротивления ветвей. Окно задания свойств ветви имеет ряд закладок, представленных на рис. 3-6.

На рис. 3 представлена закладка для задания свойств эжекторной вентиляторной установки, если таковая установлена в выработке. Здесь можно подобрать оптимальный тип вентилятора, площадь сечения камеры смешения эжекцион-ного и эжектируемого потоков, параметры сопла и др. Напорная характеристика вентилятора при этом вычисляется автоматически на основе оригинальных алгоритмов, разработанных в Горном институте УрО РАН.

На рис. 4 приведена закладка, демонстрирующая богатые возможности пользователя Приложения по оформлению внешнего вида ветвей. Здесь можно настроить как общие, так и индивидуальные параметры визуализации ветвей: стили линий, стрелок, шрифты для подписей и т. д.

На рис. 5 изображена закладка, с помощью которой задаются источники тяги, например, главная вентиляторная установка, установленные в ветви. Здесь происходит обращение к базе данных источников тяги, выбирается нужный вентилятор, устанавливается режим его работы (число оборотов рабочего колеса).

Характеристику выбранного источника тяги с учетом числа оборотов рабочего колеса можно посмотреть в специальном окне. Здесь видна зависимость мощности, статического давления, а также КПД вентиляторной установки в зависимости от его подачи.

На рис. 6 приведено окно, реализующее алгоритм оптимального управления главной вентиляторной установкой рудника. Правая часть окна разбита на закладки, переключаясь между которыми можно просмотреть тот или иной параметр воздухораспределения: расходы воздуха в ветвях с контролируемым системой автоматического управления, статическое давление главной вентиляторной установкой.

26

г

о

I

о

0

э

№ §

о-

£< а №

■о

с §

СП

1 *

СП

г

с

5

Азросеть - 0:\БКРУ-2.е(1г

Файл Редактировать Вид Граф Расчет Справка

Л Л Ы £3 * Г с? к <•*. ч о± Й О О © 0

| -4-3,270; 81,049

Рис. 2. Общие свойства ветви: аэродинамическое сопротивление, название, рассчитанные параметры: расход воздуха, напор и др.

28

?

р

со

со а> а ai ï с ф о № О

с<

0

э № № S

3

1

3 «

I

0 с<

1 ф

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

I «

ï о с<

s

3

ai ï о

№ g

1*0 (О

-141.344

ЙВПто! J SjRN... 1 Я]Дии...| ЩМ-ИйЦВо- «Sí ajiiüJ * a а> m вз > ® if ^ 23:32

w о

о ■о

с с

р

■Е

№

Ф

э

ш б)

О

о э 1

р О

ii с<

с а;

ia а>

с С

(о

с О

с о>

с тз 01

О, *

тз ф

1

с

а

а;

О

л

тз

ф

3

о

с<

№

ф

э

№

С

О

2

■О

р

ia

*

с

а

о

а

3

с

Аэросеть - D:\6KPy-2.edr

файл Рэдактмровать Вид Граф PaoteT Справка

J Г11 И С I • / ^ Г с? ф <+ <- »t ^ я Q Ф ^ ^ Ф ф ^

Общие Доп

илнительно

Эжектор Вид H(Q)

Вид стрелки

Положение стрелки

Отображенние стрелок

Подписи ветвей

Размер шрифта j Цвет шрифта | Шрифт

TT @Ariall 1Г AbadiM if Algerier @Arial LI_±] Abadi MT—' Algerian

ta Arial Arial : i

Arial Bai ^ Arial Bla ^ Arial CE Arial Cyi ^T Arial CYi Arial Balti Arial В Arial CE Arial Cyi Arial CYR^j

Стрелка

Размер стрелки

Цвет заполнения | Цвет контура

Отображенние подписей

® В каждом сегменте О В одном сегменте посредине

| | Не показывать подпись | | Не показывать стрелку

Стиль линии

0 None 1

' Я*

I3 '

4. „U

I5 m

|G

7 л/ -

Ш......

/ / /

"0

/ П

ш

eF

l^ail^l * <0 Ф ' !

¿B-i

э

о с<

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3

а>

о № 2

г

о

сл

со а> а б>

с ф

б> £

о с<

§

о £

0

1 1

0 с<

1 б)

I «

с

0

э

с

9; № £ э

1

Файл Редактировать Вид Граф Расчет Справка

| ^ 0 И и а « ™ 1 • -■' Г * -л <' <- * ^ £1. о; | а .а с е р ч

126.405. -38.816

запуск | ^ ПП... | Ш«™...| ЩРаб ...||Дд,р... 0 С г л .. - : * « ~ т. > •£> <{ ИЯ^ЙИ®' 23:37

сл> N3

3 5 Зр

о °>

"в

о

3

3 0> I о

а> §

£< 5

35

^ О 00

0

1

ш

№ ^

Ф I с

а

■о а>

81 з

0

с< §

а> а>

1

0 с<

со »

1

3

с

ь а

г Запуск процесса оптимизации

Управление Запуск оптимизации Остановить

Список расходов

Северное крыло вн. Южное крыло вх. ПЭММ исх. Автогараж иск. Южный рецирк. контур Северный рецирк. контур

" .........| | X Отмена | 1Помощь]

Депрессия ГВУ 103

Регуляторы ®

В правой нижней части окна приведены движки, соответствующие оптимальному положению регуляторов — автоматических шлюзовых ворот. Как мы видим, в оптимально режиме работы ГВУ создает статическое давление 103 мм вод. ст., при этом регуляторы находятся в соответствующем положении. Зеленая кривая — это расход воздуха в северной рециркуляционном контуре (одна из ветвей сети, на которую наложены линейные ограничения по расходам), синяя горизонтальная кривая — это минимально допустимый расход в данной ветви. Кривая отображает процесс поиска оптимального решения задачи условной оптимизации.

|— Коротко об авторах

Казаков Борис Петрович, Круглов Юрий Владиславович, Исае-вич Алексей Геннадьевич, Левин Лев Юрьевич - Горный институт УрО РАН, г. Пермь.

33

Текст научной работы на тему «Разработка программно-вычислительного комплекса «Аэросеть» для расчета вентиляционных сетей шахт и рудников»