CC BY
46
УДК 622.822.225
Е.И. Захаров, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ)
САМОНАГРЕВАНИЕ УГЛЯ КАК ЕСТЕСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС: ПОЗНАНИЕ И ПРОГНОЗ ПОСЛЕДСТВИЙ
Анализируется информация по аварийности угольных шахт Подмосковного бассейна. Предложено математическое описание процесса самонагревания угля. Предложен методический подход к прогнозированию последствий эндогенных пожаров.
Ключевые слова: самонагревание угля, подземный пожар, авария, шахта.
Разработка угольных месторождений практически всегда сопровождалась разного рода авариями, несчастными случаями, в том числе с летальными последствиями. Не являлись исключением и угольные предприятия СССР. Большая часть аварий была связана (вызвана) с подземными пожарами. Причем до 1946 - 53 гг. основная их доля приходилась на подземные пожары экзогенного происхождения: 63 % против 37 % эндогенного вида. С 60-х годов прошлого столетия это соотношение резко изменилось в сторону роста пожаров, вызванных самонагреванием угля, последующего перехода в самовозгорание и пожар. Особенно большое количество указанных аварий происходило на угольных предприятиях Подмосковного и Челябинского бассейнов. Так, в Подмосковном бассейне только за 1960 - 75 гг. произошло более 1000 аварий, на борьбу с которыми и ликвидацию последствий вызывались горноспасательные части (рис.1). 70 % указанных аварий приходится на подземные пожары, более половины которых вызвано самонагреванием угля.
Аналогичная обстановка складывалась и на угольных предприятиях Челябинского бассейна: в 1982 - 86 гг. на шахтах произошло более 50 крупных пожаров эндогенного происхождения, а более 100 случаев самовозгорания были ликвидированы на ранней стадии развития.
В целом, на шахтах Минуглепрома СССР в 1980 - 85 гг. (таблица) произошло более 800 крупных подземных пожаров, 65 % которых вызвано самовозгоранием угля. На борьбу с ними, ликвидацию последствий привлекались значительные людские и материальные ресурсы. Ущерб достигал миллионных затрат, осложнялась работа предприятий, увеличились простои очистных и подготовительных участков, возросли потери угля, а, главное, были потери горнорабочих.
Многолетняя практика борьбы с этими авариями показала, что несмотря на большие объемы и трудоемкость выполненных работ, ежегодные миллионные затраты на профилактику и ликвидацию эндогенных пожаров, результаты работ оказались мало эффективными. Такое положение объяснялось, прежде всего, тем, что очаги самовозгораний угля в массивах
и скоплениях угля, как правило, выявлялись на стадии эндогенного пожара, а не на начальном этапе развития самонагревания угля. Кроме того, выбор способов, средств и сроков проведения профилактических работ осуществлялся без должной оценки опасности самонагревания угля, анализа эффективности планируемых мероприятий по их предупреждению.
Динамика количества подземных пожаров, потерь угля и проходки из-за пожаров, травматизма с летальным исходом на шахтах
Мингулепрома СССР
Наименование показателей Годы
1980 1981 1982 1983 1984 1985
1. Количество подземных пожаров 142 136 150 143 143 121
2. Количество эндогенных пожаров 89 98 112 93 93 87
3.Простой очистных и подготовительных забоев из-за эндогенных пожаров, час. 9538 7167 45609 5817 5819 7754
4. Общие потери угля из-за эндогенных пожаров, тыс. т. 282 111 301 670 168 145
5. Потери проходки из-за эндогенных пожаров, м. 602 157 575 2158 418 1303
6. Потери угля, приходящиеся на один эндогенный пожар, тыс. т 3,2 1,2 2,7 7,2 1,8 1,7
7. Потери проходки, приходящиеся на один эндогенный пожар, м 6,8 1,6 5.1 23,2 4,5 150
8. Количество травмированных с летальным исходом, чел. 12 5 8 3 6 8
Теоретической основой сложившихся подходов к системам прогноза и предупреждения самовозгораний угля явились работы проф. В.С. Ве-селовского (его школы), работы ВОСТНИИ (школа В.М. Маевской), работы ВНИИТД (Донецк). Главным результатом этих исследований явился тезис о том, что решающая роль в процессе принадлежит сорбции кислорода углем как источника самонагревания угля и сформирования условий теплового баланса при переходе самонагревания в самовозгорание. Исходя из этого, определялись методологические подходы к прогнозу и способам борьбы с эндогенными пожарами.
На основе указанных выше теоретических представлений о процессе самонагревания сотрудниками Тульского политехнического института с 1963 г. начались широкомасштабные исследования на шахтах Подмосковного бассейна. Аналитические исследования подтверждались большим количеством лабораторных и шахтных экспериментов. В первую очередь исследовались сорбционные особенности бурых углей бассейна по отношению к кислороду. На основе этих исследований разработаны методы, способы и устройства, позволившие определить количественные показатели константы скорости сорбции кислорода углем в зависимости от различных свойств, в том числе петрографических, для углей Подмосковного, Челябинского, Донецкого, Кузнецкого и других бассейнов [1, 2, 3], получены количественные характеристики фильтрационных и диффузионных свойств углей для расчетов параметров массопереноса в породоугольных скоплениях [1, 2, 3, 5], определены коэффициенты теплоотдачи горного массива в горные выработки [5] и др. параметры
В результате многолетних исследований [1, 2, 3, 5] получены количественные характеристики и зависимости, позволившие разработать методическое обеспечение - нормативные материалы (руководства, инструкции, методики), согласованные с эксплуатационниками и утвержденные органами Госгортехнадзора, согласно которым систематически осуществлялись оценка и текущий контроль температурного режима угольных целиков в шахтах, что позволило обнаруживать и предупреждать самовозгорание угля на ранней стадии развития и способствовало снижению общего количества пожаров [5, 6, 7]. Приоритетность подхода подтверждена а.с. 10609, 12346, 61 и пат. 1776326, 1234661.
Для угольных разрезов по просьбе эксплуатационников и при практически полном отсутствии базы данных по кинетическим параметрам те-пломассапереноса. был разработан способ профилактики самовозгорания пожароопасного объекта на основе ретроспективного анализа, включающий определение инкубационного периода самонагревания угля и периодичности проведения профилактических мер по профилактике самовозгорания угля. Для этого фиксируют ежемесячное количество эндогенных пожаров на объекте за период времени, принятый для ретроспективного анализа, и вычисляют математическое ожидание и дисперсию количества эндогенных пожаров за год. Продолжительность инкубационного периода самонагревания угля определяют из математического выражения
Тинк = 365/Х, (1)
где Тинк - продолжительность инкубационного периода самонагревания угля, сут; X - математическое ожидание количества эндогенных пожаров за год.
Сроки, устанавливающие периодичность профилактики самовозгорания угля, определялись из соотношения
Т = Тинк -365/(3^ (2)
где - дисперсия количества эндогенных пожаров за год на пожароопасном участке (решение на выдачу патента по заявке 4876609 и патент 17776326).
Результаты проведенных исследований привели к более обоснованным действиям по предупреждению и борьбе с самовозгоранием угля в шахтах и на угольных разрезах. Однако оставался не решенным главный вопрос - понимание природы самонагревания и его переходы в самовозгорание.
Понимание природы процесса самонагревания и последующего перехода в самовозгорание не является самоцелью. Назревшая потребность нового уровня теоретического обобщения обусловлена необходимостью решения целого ряда практических задач, в том числе более обоснованной оценки эндогенной пожароопасности. Качественно новых результатов в этом направлении не удается получить без пересмотра и научного обоснования методологии ее решения. Взгляд на указанную проблему под таким углом зрения предопределил необходимость выработки научно обоснованной методологии и разработки инструментария по оценке эндогенной пожароопасности объектов при эксплуатации угольных месторождений [2]. Результаты исследований были доложены на расширенном заседании Научного совета по программе «Уголь-Выброс», одобрены, рекомендованы к публикации и опубликованы [4].
Среди исследователей практически не вызывает разногласий тезис о том, что начиная с некоторой температуры определяющую роль в развитии самонагревания играют процессы тепломассообмена. Вместе с тем, предметом дискуссии остается вопрос об инициировании самонагревания, той «спичке», которая является первопричиной и «запускает» процесс самонагревания угля. Этот вопрос представляет интерес как с научной, так и с методической точки зрения, поскольку определяет обоснование подхода к решению проблемы предупреждения пожаров при разработке угольных месторождений.
Инициирование угля объясняется по-разному. Большинство исследователей и практиков придерживаются мнения о решающей роли взаимодействия угля с кислородом воздуха в зарождении процесса, высказывая, однако, при этом самые разные суждения о механизме этого взаимодействия. Однако немалое число авторов отстаивают принципиально иные точки зрения на природу самонагревания, объясняя его возникновение чисто химическими, биохимическими и другими процессами, протекающими в породоугольном массиве или скоплении.
По мнению авторов, исследователи не могут прийти к общей точке зрения на природу самонагревания из-за ошибки в методическом подходе к решению вопроса. Она состоит в том, что экспериментальные факты, устанавливаемые сторонниками одного направления, не принимаются во
внимание их коллегами исследователями, придерживающимися других точек зрения.
Учитывая этот общий недостаток, автора подошли к решению задачи следующим образом: проанализировали результаты исследований, полученные разными научными школами, а также известные из практики эксплуатации шахт и разрезов закономерности низкотемпературного окисления и самонагревания углей, выделили из них достоверно установленные экспериментальные факты, а затем сформулировали и обосновали механизм инициирования самонагревания угля.
В работе [4] впервые рассмотрены существующие альтернативные мнения разных исследователей по данной проблеме не с позиций их противопоставления, а с точки зрения различных проявлений единого химического процесса. Такой методический подход оказался удачным и весьма плодотворным, поскольку в его рамках нашли отражение и удовлетворительные объяснения, экспериментально установленные факты и известные из практики закономерности низкотемпературного окисления и самонагревания угля.
В результате теоретического обобщения многообразных фактов установлены следующие закономерности низкотемпературного окисления и самонагревания угля.
1. Источником самонагревания является аутоокисление угля. Его механизм при подземном и открытом способах разработки угольных месторождений един.
Под аутоокислением понимают окисление органических веществ кислородом воздуха, протекающее по радикально-цепному механизму через образование перекисных соединений.
В пользу аутоокисления применительно к углям говорят следующие факты: 1) существует латентный (инкубационный) период в процессе окисления углей, которое протекает с образованием и участием радикалов и сопровождается образованием и распадом перекисей; 2) процесс инициируется различными добавками, радиацией, легко диссоциирующими веществами и тормозится ингибиторами.
Для большинства органических соединений радикально-цепной либо радикальный механизм окисления, проходящий через стадию образования перекисных соединений, доказан Н.Н. Семеновым.
Сложность привлечения теории применительно к углям заключается в том, что слабо изучены закономерности твердофазного окисления, до сих пор не поддаются расшифровке молекулярная и надмолекулярная структуры угля, неоднородным является как сам уголь, так и распределение неорганических примесей даже в рамках одного пласта.
2. Уголь в процессе аутоокисления представляет собой многокомпонентную окислительно-восстановительную систему. Процесс окисления угля сочетает ряд параллельно и последовательно протекающих реакций.
Зарождение очага самонагревания возникает при реакциях, реализующих вырожденный радикально цепной механизм. Все иные реакции (химические, электрохимические, биохимические) и внешние воздействия подготавливают, инициируют этот процесс.
3. Низкотемпературное окисление угля представляет собой совокупность конкурирующих реакций, приоритетность и направление которых непредсказуемы и определяются составом и структурой угля, доступом кислорода к реагирующим поверхностям, внешним условиям протекания процесса (температурой, давлением и т.д.).
4. Возможность реализации низкотемпературного окисления по различным схемам определяет разнообразие физико-химических проявлений самонагревания. Это подтверждают применяемые на шахтах и разрезах способы обнаружения очагов эндогенных пожаров - по профилю теплового излучения на поверхности обнажения, по соотношению концентраций выделяющихся продуктов окисления, по изменению ЕЭП и т.д.
5. Склонность угля к самовозгоранию определяет его свойства, способствующие реализации вырожденного радикально цепного механизма.
Судить о склонности угля к самовозгоранию по одному признаку или свойству, отражающему какой-либо из этапов сложного многоступенчатого процесса, неправомерно.
6. Механизм низкотемпературного окисления обуславливает случайный характер зарождения очагов самонагревания и локальное их распределение в массиве или скоплении.
Предложенное теоретическое обоснование инициирования самонагревания с позиции аутоокисления хорошо согласуется со всеми экспериментально установленными фактами и закономерностями окисления углей, а также суммирует достижения авторов, занимающихся решением этой проблемы в различных аспектах.
Отличительная особенность предложенного подхода к решению проблемы инициирования самонагревания угля состоит в том, что известные экспериментальные факты и закономерности не противопоставляются друг другу, а интерпретируются с позиций единого физико-химического процесса. Это позволило до сего времени множество взаимоисключающих друг друга моделей инициирования самонагревания объяснить как разные этапы и направления аутоокисления угля и найти место каждой из предлагаемых точек зрения на природу самонагревания в общей схеме процесса.
Основной вывод, сделанный из анализа механизма самонагревания угля, заключается в том, что аутоокисление угля, лежащее в основе процесса, обуславливает случайный характер зарождения очагов самонагревания и локальное их распределение в массиве или скоплении.
Ни тот, ни другой фактор не находят отражения в принятой сегодня методологии прогноза эндогенной пожароопасности.
Общепринятый традиционный подход к прогнозу исходит из детерминированной природы процесса самонагревания, обусловленной способностью угля сорбировать кислород воздуха, и сводится к ответу на вопрос: разогреется массив или скопление угля вследствие поглощения всем его объемом кислорода воздуха до критической температуры, по достижении которой самонагревание переходит в самовозгорание угля, что отождествляется с возникновением эндогенного пожара.
Случайная природа самонагревания и локальный характер распределения очагов определили принципиально иную постановку вопроса: разогреется массив или скопление угля до критической температуры, если в локальной его зоне сформировался очаг самонагревания.
Таким образом, по мнению авторов, принципиально невозможно дать ответ на вопрос: возникнет или нет на объекте эндогенный пожар, поскольку это событие объективно случайное и не может быть предсказано. Возможно прогнозирование состояния объекта (его эндогенной пожаро-опасности), то есть предсказания как поведет себя объект (угольная пачка, целик, склад и т.п.), если в нем возникает очаг самонагревания. Это определяется внешними условиями процессами (технологическими, вентиляционными и т.п. факторами), что и позволяет осуществлять управление объектом, рассчитывая и обеспечивая значения параметров, исключающих переход самонагревания в самовозгорание.
Следовательно, решение задачи определения пожаробезопасных условий разработки угольных пластов и хранения угля и породоугольной массы состоит из следующих этапов:
1) математическое моделирование развития возникшего очага самонагревания в локальной зоне при параметрах принятой технологии с целью прогнозирования факта перехода самонагревания в самовозгорание;
2) в случае идентификации ситуации как пожароопасной выбор параметров, допускающих их варьирование и установление границ этих изменений;
3) проведение вычислительных экспериментов на основе математической модели развития локального очага самонагревания при изменении параметров ведения горных работ в установленных пределах до тех пор, пока не будет идентифицирована пожаробезопасная ситуация;
4) в случае недостижения такой ситуации при заданном диапазоне варьирования параметров делается вывод о пожароопасности принятой технологии ведения работ.
Основу математической модели развития возникшего очага самонагревания угля составляет система уравнений тепломассопереноса в массиве или скоплении
(3)
5т
/-1 5А-; /-1 5л\
с начальными условиями
Т(х,0) = /г(х,)9 С(х, 0) = /2(х|);
£/ при хЁ <х|1;х|>х#2;
где Г(хь т), С(хь т) - температура угля и концентрация кислорода в массиве; хг, т - пространственные и временная координаты; ау, Ху - температуро-и теплопроводность угля; q - тепловой эффект окисления; Св рв- объемная теплоемкость воздуха; V - скорость фильтрации воздуха; От - коэффициент молекулярной диффузии кислорода; П - пустотность скопления или массива; ЩТ) - сорбции кислорода углем; хгЬ - границы зоны очага самонагревания.
Функции и^т) имеют вид
где ко - скорость сорбции кислорода углем при температуре Т0; р - плотность угля; 8 - температурный коэффициент скорости сорбции; Д, - коэффициент эффективной диффузии кислорода в поры углей; Яэ - эффектив-
ный радиус.
Адаптация модели (3) к конкретным типам пожароопасных объектов шахт и разрезов осуществляется варьированием составляющих теплового баланса и граничных условий.
Однако модель (3) является незамкнутой, поскольку неизвестно значение и^т) в зоне очага самонагревания [х/ь ха], которое отличается от среднего значения по массиву или скоплению вне его, то есть при хг < хп и хг > ха.
Определение значения Х]0 [хц, х^] выполняется на основе математи-
которая описывает идеальные с точки зрения самовозгорания условия тепломассообмена в массиве или скоплении, когда развитие очага самонагревания определяется только характеристикой источника ио(Т) в зоне очага.
ческой модели
Т(хгО)=Т0:
(5)
Результаты расчетов, полученные на основе модели (5), показали, что, действительно, значение в зоне очага самонагревания угля в несколько раз, в том числе и на математический порядок, выше, чем среднее измеренное значение и по массиву или скоплению. Так, например, для пачки угля мощностью 2,5 м, оставленной в кровле (ш. Западная), среднее значение ио, рассчитанное по формуле (4), оставляет 4,4-10 1/с, а в очаге самонагревания - 1,3-10-5 1/с при То.
Таким образом, решена задача определения кинетических параметров локального источника самонагревания угля в массиве или скоплении. Получение этих данных делает исходную прогнозную модель (3) замкнутой.
В соответствии со сформулированной концепцией прогноза эндогенной пожароопасности реализация модели (3) дает ответ на вопрос: как будет развиваться процесс самонагревания и будет ли достигнута критическая температура угля Ткр, если очаг с расчетными параметрами ио(Т) возник в массиве или скоплении, но находящемся не в идеальных с точки зрения самонагревания угля условиях (модель 5), а в реальных условиях, где процессы тепломассообмена могут привести к торможению самонагревания как вследствие больших теплопотерь, так и вследствие дефицита кислорода в зоне очага.
Математическая модель (3) представляет собой систему нелинейных уравнений. Ее решение ищется конечно - разностным методом чередующихся направлений (метод Дугласа - Ганна). Решение, получаемое этим методом, всегда устойчиво.
Анализ данных, полученных в результате вычислительных экспериментов показал, что предложенная модель развития возникшего очага самонагревания отражает все возможные направления протекания процесса, характерный вид которых описан в научно-технической литературе (рис. 2).
220
й» С
170
120
70
50
-1
/
^ ЖГ
1
220
I„, С
170
120
70
20
200
I д
/
/, 7
А
/
50
100
Рис. 2. Динамика изменения максимальной температуры угля
Еще раз подтверждены известные закономерности самонагревания угля, в частности:
- характерные расчетные профили полей температур совпадают с получаемыми на практике при обнаружении очагов самонагревания угля:
- продолжительность развития самонагревания угля может составлять от нескольких суток до нескольких месяцев;
- внешние условия, определяемые геологическими и технологическими факторами, оказывают существенное влияние на характер развития самонагревания;
- при отсутствии достаточного количества притока кислорода температура угля при самонагревании может повышаться до 100...150 оС без перехода в самовозгорание.
Поля концентраций кислорода и температуры в массиве (скоплении) угля взаимоувязаны (рис. 3), поэтому использование вместо системы уравнений тепломассопереноса одного уравнения теплового баланса с заданным распределением концентрации кислорода при описании источника будет, скорее всего, некорректным.
№ \ \ Р % I Е I 1 1 1 -1 [ Г 1 { 1 Л II II Л II II II II а
100 1 1 1 ! 1 и п и н п п п
50 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 [ 1 1 1 1 п а м и м 1} м и II и 1 1 __1
/ \ 1 1 1 1 11
___
0 0 2 к 6 8 Х.М ю
Рис. 3. Характерные профили полей концентрации кислорода и максимальной температуры угля: 1 - концентрация кислорода; 2 - максимальная температура угля
Местоположение и размер очага самонагревания угля в массиве (скоплении) (рис. 4, 5) при различных сочетаниях параметров оказывают
влияние на динамику развития процесса самонагревания, поэтому при решении задач прогноза необходимо анализировать возможные сочетания местоположения и размеров очага.
1 — х А /[-] 5_ х
/ " А 1
Ж-""'''
о 50 100 Т^ 200
Рис. 4. Влияние размера очага самонагревания на динамику
его развития: 1 -Х0н-Х0к = 0,5...2,0м; 2 -Х0н- Х0к = 0,5...1,0м; 3 - Х0н - Х0к = 0,5.1,0 м; 4 - Х0н - Х0к = 3,5.4,0 м;
Рис. 5. Влияние местоположения очага самонагревания на динамику его развития: 1 - Х0н - Х0к = 0,5.1,0 м; 2 - Х0н - Х0к = 3,5.4,0 м; 3 - Х0н - Х0к = 0,5.1,0 м; 4 - Х0н - Х0к = 3,5.4,0 м; 5 - Х0н - Х0к = 0,5.2,0 м; 6 - Х0н - Х0к = 3,5.5,0 м
Таким образом, анализ результатов вычислительного эксперимента, проведенный на основе предложенной методики и модели (3), позволяет
осуществить расчет параметров, обеспечивающих пожаробезопасные условия ведения горных работ, в том числе и условия пожаробезопасного хранения угля на складах. Разработанный подход базируется на современных представлениях физико-химической сути процесса самонагревания. Предложенная модель адекватно описывает процесс развития очага в массиве (скоплении) и отражает основные известные из практики эксплуатации шахт закономерности самонагревания угля. Однако данная модель, безусловно, требует уточнения и корректировки с учетом основополагающего тезиса вероятностной природы события. Следовательно, дальнейшая задача состоит в построении прогнозной модели на базе предложенной, но учитывающей случайный характер зарождения очага самонагревания.
Из сформулированного выше взгляда на природу самовозгорания угля следует, что научно обоснованно можно судить лишь о том, в какой степени свойства угля, природные условия и техногенные воздействия способствуют инициированию самовозгорания угля. Ответ на этот вопрос трактуется авторами как оценка эндогенной пожароопасной ситуации или объекта.
Подход к решению поставленной задачи должен отвечать требованию использования всей базы знаний о самовозгорании угля без потери информации о закономерностях процесса на этапе его формализации.
Основную роль в инициировании самонагревания угля играют реакции, протекающие на уровне взаимодействия отдельных функциональных групп угля. Это определяет содержание базы данных о свойствах углей, необходимой для решения задачи.
Природа процесса обуславливает существование значительной части знаний о нем на уровне качественных суждений. Поэтому способы и форма представления знаний, а также используемый математический аппарат должны допускать оперирование такого рода информацией.
Поиск возможных форм и методов практической реализации, сформулированных методических требований к решению задачи оценки эндогенной пожароопасности при разработке угольных месторождений показал, что в полной мере им отвечает инструментарий в виде экспертной системы. Для построения экспертной системы использованы нечеткие модели. В настоящее время они находят все более широкое применение в решении задач искусственного интеллекта, бизнеса, охраны окружающей среды, медицины, систем обеспечения безопасности и т.п. Их достоинством и преимуществом является то, что они позволяют на основе использования строгого математического аппарата нечеткой логики решать нечетко поставленные задачи при нечеткой форме представления знаний и нечетком описании входных и выходных параметров системы.
Для поиска решения в нечеткой среде при разработке экспертной системы использования дедуктивная схема вывода основана на нечетком правиле modus ponens. В этом случае решением является выбор такого
множества значений выходного параметра, для каждого элемента которого схема вывода имеет наибольшую степень истинности правила modus po-nens. Математически решение задачи сводится к расчету по заданному алгоритму максимальной степени истинности, определению соответствующего ей интервала выходного параметра и идентификации по его значениям состояния объекта (степени эндогенной пожароопасности).
Экспертная система включает два уровня: на первом рассматриваются самостоятельные подсистемы идентификации склонности углей к самовозгоранию, пожароопасности горно-геологических условий, технологии ведения работ и организационно-экономических условий работы объекта; на втором осуществляется построение обобщенной модели оценки эндогенной пожароопасности объекта или ситуации на основе результатов первого уровня. Конечным выходом экспертной системы является количественная оценка наиболее правдоподобного состояния объекта с точки зрения эндогенной пожароопасности при рассматриваемых условиях его функционирования.
Разработана программная оболочка экспертной системы, которая включает блок ввода входных и выходных переменных, редактор системы экспертных высказываний, расчетный блок, реализующий алгоритм дедуктивной схемы вывода. Особенностью системы является то, что нечеткие переменные описываются с помощью нескольких стандартных типов функций принадлежности: трапециевидной, пикообразной, колокообраз-ной. Кроме того, с помощью специального инструментария возможно задание функции принадлежности любого типа, удовлетворяющего требованию унимодальности. Такие функции задаются таблично с определенным шагом приращения аргумента. Подобный подход обеспечивает большую гибкость при выборе типов функции принадлежности в сочетании с высокой точностью вычислений.
Разработаны рекомендации по формализации знаний экспертов, формированию и поддержанию системы.
Выполнено формирование базы знаний экспертной системы. Поскольку демонстрация версии экспертной системы оценки эндогенной по-жароопасности при разработке угольных месторождений выполнялась для Подмосковного бассейна, то база знаний адаптирована к условиям месторождений угля указанного бассейна. Для ее формирования были привлечены около 30 экспертов - инженерно-технических работников АК «Тула-уголь» (директоров, главных инженеров и начальников участков шахт), научных работников, технических инженеров надзора, работников ВГСЧ.
Демонстрация версии экспертной системы была реализована на примерах в виде решения четырех задач: «Оценка склонности угля к самовозгоранию» (первый этап), «Оценка пожароопасности горногеологических условий» (второй этап), «Оценка пожароопасности техно-
логии ведения горных работ (третий этап) и «Оценка эндогенной пожаро-опасности объекта» (ситуации) - итоговая задача.
Практическая реализация системы, ее внедрение должны осуществляться на шахтах Подмосковного бассейна. Однако осуществление не произошло в связи с закрытием бассейна.
Список литературы
1. Физико-химические основы самовозгорания углей и разработка мероприятий для профилактики эндогенных пожаров на действующих и строящихся шахтах производственного объединения «Тулауголь»: отчет о НИР/ ТулПИ; науч. рук. проф. Е.И. Захаров. № ГР 78004445. ИНВ № 02850028478, № 82-151-3. Тула, 1982.
2. Разработать систему оценки технологических решений при разработке угольных месторождений по фактору эндогенной пожароопасно-сти и технические средства обнаружения очагов эндогенных пожаров: отчет о НИР ТулПИ (в соответствии с государственной программой «Уголь-Выброс»); науч. рук. проф. Е.И. Захаров. Тула, 1991-93.
3. Обеспечение пожаробезопасных условий хранения и транспортировки углей, углистого колчедана и породоугольной массы: отчет о НИР ТулГТИ, № ГР 01910046434; науч. рук. проф. Е.И. Захаров. Тула, 1991-94.
4. Захаров Е.И., Панферова И.В., Савинова Л.Н. Природа самонагревания углей. Анализ проблемы. Ростов на Дону: Изд-во СКНЦ «Высшая школа». 1994.
5. Текущий контроль температурного режима угольных целиков на шахтах ПО «Тулауголь»: отчет о НИР/ТПИ; науч. рук. Е.И. Захаров. № ГР 01850047567. Инв. N02860021614, 85-342-1. Тула, 1985.
6. Захаров Е.И. Контроль за тепломассобменными процессами в шахтах Подмосковного бассейна//Уголь. 1998. № 11, С. 7-9.
7. Методика оценка опасности самовозгорания в угольных шахтах. Тула: Приок. кн. изд-во, 1983. С. 28.
E.I. Zacharov
SELF-HEATING COAL AS NATURAL PROCESS: KNOWLEDGE AND PROGNOSIS OF CONSEQUENCES
Information on accident rate of Moscow Basin mines is analyzed. Mathematical description of self-heating coal process was proposed. Methodical approach to forecasting underground fires consequences was proposed.
Key words: self-heating coal, undergroundfire, accident, mine.
Получено 24.11.11
