Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Теоретические и технологические основы построения систем оптимального управления проветриванием подземных рудников

ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Теоретические и технологические основы построения систем оптимального управления проветриванием подземных рудников"

005018913

На правах рукописи

Круглое Юрий Владиславович

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОВЕТРИВАНИЕМ ПОДЗЕМНЫХ РУДНИКОВ

Специальность 25.00.20 Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Пермь —2012

005018913

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении наук Горный институт Уральского отделения Российской академии наук.

Научный консультант: доктор технических наук

Казаков Борис Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Андрейко Сергей Семенович доктор технических наук, профессор Качурнн Николай Михайлович доктор технических наук Курилко Александр Сардоковнч

Ведущее предприятие: Федеральное государственное бюджетное учрежден« науки Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук.

Защита состоится 25 мая 2012 г. в 1400 часов на заседании диссертационного cost та Д 004.026.01 при ГИ УрО РАН по адресу: 6)4007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГИ УрО РАН.

Автореферат разослан 11 апреля 2012 г.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлят по адресу: 614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78а.

Факс: +7 (342) 216-75-02; email: bhaff rni-регт.щ

Ученый секретарь диссертационного совета Д 004.026.01, кандидат геолого-минер&тогических наук, ^—^

доцент ^ ' Б. А. Бачурин

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АВД автоматическая вентиляционная дверь

АОУ алгоритм оптимального управления

АОУП алгоритм оптимального управления проветриванием

ВГП вентилятор главного проветривания

ГВУ главная вентиляторная установка

кпд коэффициент полезного действия

ОНА осевой направляющий аппарат

ОСАУП оптимальная САУП

ГШ К программно-вычислительный комплекс

пдк предельно допустимая концентрация

ПДКР предельно допустимый коэффициент рециркуляции

РВУ рециркуляционная вентиляторная установка

САУ система автоматического управления

САУП система автоматического управления проветриванием

СОР средство отрицательного регулирования

СПР средство положительного регулирования

ЧРП частотно-регулируемый привод

ШВУ шахтная вентиляторная установка

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

Эффективное решение задач вентиляции современных подземных горнодобывающих предприятий немыслимо без широкого использования средств промышленной автоматизации, вычислительной техники и методов математического имитационного моделирования аэрогазодинамических процессов, происходящих в подземных рудниках. Увеличение объемов добычи руды и вызванное им увеличение потребности рабочих зон в свежем воздухе, разрастание вентиляционных сетей и использование систем управляемой рециркуляции, повышение требований к сбалансированному распределению воздушных масс между сегментами вентиляционных сетей и другие факторы делают управление воздушными потоками в вентиляционных сетях крупных рудников исключительно сложной задачей, эффективное и экономически целесообразное решение которой в рамках жестких требований к безопасности ведения горных работ представляется трудноосуществимым без использования средств автоматического управления проветриванием.

Случаи использования средств автоматического и автоматизированного управления проветриванием подземных рудников в настоящее время весьма редки. Основная

функция подобных систем, действующих на горнодобывающих предприятиях,— ко1 троль параметров проветривания и в лучшем случае ручное дистанционное управлет вентиляционными устройствами (вентиляторными установками и средствами отриц; тельного регулирования). Однако современный уровень развития горного произведет! предъявляет гораздо более высокие требования к системам управления вентиляцис рудников. Главнейшими требованиями являются:

1) обеспечение безопасности ведения горных работ;

2) экономическая эффективность;

3) отказоустойчивость и надежность.

Обеспечение безопасности ведения горных работ предусматривает быструю реа1 цию системы управления на изменение параметров проветривания (повышение конце! трации токсичных и горючих газов, снижение количества свежего воздуха на участка вентиляционной сети и пр.) с автоматическим переводом ее в режим, приводящий ук; занные параметры в допустимые пределы.

Экономическая эффективность системы обеспечивает работу вентиляционных уст ройств (вентиляторные установки, регуляторы расходов воздуха и пр.) в режиме, пс зволяющем свести энергетические затраты на проветривание рудника к минимальн возможным значениям.

Отказоустойчивость и надежность автоматической системы проветривания обес печивает непрерывное, логически последовательное и удовлетворяющее предыдущи: требованиям проветривание рудника как в случае выхода из строя отдельных компс нентов системы, так и в аварийных ситуациях (например, при подземных пожарах).

Поскольку вентиляционные сети рудников являются в каждом случае индивид} альными, разработка конкретной оптимальной системы автоматического управлени проветриванием требует решения комплекса задач, связанных с оптимальным выборо1 мест установки и типов регуляторов расходов воздуха, заданием способа регулирова ния производительности вентиляторных установок, определением динамических ха рактеристик вентиляционной сети рудника, расчетом параметров рециркуляционны установок, оценкой экономической эффективности и целесообразности внедрения сис темы, расчетом ее надежностных характеристик, моделированием поведения системы аварийных ситуациях и множеством других вопросов.

Все вышеперечисленные обстоятельства указывают на необходимость разработк] совокупности математических алгоритмов, программных средств и практических мето дов построения оптимальных систем автоматического управления проветривание! подземных рудников, позволяющих эффективно и в полном объеме решать поставлен ные выше задачи управления их вентиляцией.

Цель работы — разработка научно-технологических основ построения оптималь ных систем автоматического управления проветриванием подземных рудников и шахт, обеспечивающих безопасное ведение горных работ и энергоэффективность процесс рудничной вентиляции.

Основная идея работы заключается в использовании математической имитационной модели нестационарного воздухораспределения в вентиляционной сети и динамических моделей средств отрицательного и положительного регулирования для разработки оптимальных систем автоматического управления проветриванием подземных рудников.

Основные задачи паботы:

— исследование границ применимости модели стационарного воздухораспределения к моделированию работы САУП, разработка эффективных и скоростных

методов расчета стационарного воздухораспределения в вентиляционных сетях и анализ параметров их сходимости;

— исследование процессов неустановившегося движения воздуха в шахтах, разработка метода расчета нестационарного воздухораспределения в вентиляционных сетях шахт для анализа переходных аэродинамических процессов, возникающих за счет реактивных свойств воздушных потоков;

— классификация условий применения и разработка способов оптимального управления вентиляционными устройствами, установленными в подземном руднике, работающими с использованием критерия минимизации суммарной мощности, потребляемой вентиляторными установками рудника, с одновременным сохранением соответствия фактических расходов воздуха их требуемым значениям;

— разработка программно-вычислительного комплекса для имитационного моделирования работы ОСАУП, работающего на базе модели нестационарного воздухораспределения в вентиляционной сети;

— проверка работы разработанного алгоритма оптимального управления на испытательном аэродинамическом стенде, представляющем собой физическую модель подземного рудника с вентиляционными устройствами; сравнение результатов физического моделирования ОСАУП, полученных на стенде, с результатами, полученными на имитационной компьютерной модели ОСАУП в разработанном программно-вычислительном комплексе;

— определение степени устойчивости разработанного АОУ к внутренним и внешним возмущающим воздействиям, а также к техническим ограничениям автоматических средств регулирования и измерений;

— разработка технологии применения автоматических средств отрицательного и положительного регулирования, входящих в состав ОСАУП и являющихся ее базовыми элементами;

— создание методики построения и проектирования ОСАУП, унифицирующей методы выбора мест установки, параметров и характеристик технических средств ОСАУП, а также процесс разработки управляющих алгоритмов для программного обеспечения верхнего уровня ОСАУП, обеспечивающих вывод системы управления в оптимальный режим.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

— методы расчета стационарного воздухораспределения, основанные на использовании скоростных матричных численных схем, позволяющие оптимизировать технические параметры и места размещения основных исполнительных механизмов систем автоматического управления проветриванием;

— метод расчета нестационарного воздухораспределения в рудничной вентиляционной сети, использующий решение уравнений балансов импульса и массы в одномерной сетевой постановке, обеспечивающий учет свойств сжимаемости и инерционности рудничного воздуха;

— научные основы и технологические принципы оптимального управления исполнительными механизмами системы автоматического проветривания подземного рудника с применением управляемой рециркуляции и автоматического отрицательного регулирования, гарантирующего доставку свежего воздуха всем потребителям рудника в требуемом количестве в автоматическом режиме;

— способ оптимального управления произвольным количеством вентиляторны установок рудника, минимизирующий суммарную мощность, потребляем^ данными установками и производящий растет управляющих воздействий применением специального механизма учета влияния активных источников тяги на воздухораспределение в заданных сегментах сети;

— теоретические положения методики моделирования в специализированном программно-вычислительном комплексе, базирующиеся на технологии имитационного моделирования и предназначенные для построения оптимальных систем автоматического управления проветриванием подземного рудника.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаете соответствием фундаментальным физическим законам, сопоставимостью результатов аналитического решения, численных (компьютерных), физических (лабораторных) ] натурных экспериментов, соответствием приведенных результатов данным, полученным другими авторами, значительным объемом наблюдений, выполненных в натурны: условиях при проведении промышленных испытаний, измерениями на испытательном стенде, положительными результатами реализации предложенных технических решений в рудниках Старобинского и Верхнекамского месторождений.

Научная новизна:

— скоростные матричные численные схемы, примененные в модернизированных методах расчета стационарного воздухораспределения в вентиляционных сетях шахт и подземных рудников;

— численная схема метода расчета нестационарного воздухораспределения в вентиляционной сети, позволяющая производить анализ переходных аэродинамических процессов за счет учета сжимаемости и инерционности воздушных потоков;

— классификация условий применения оптимальных систем автоматического управления проветриванием в подземных рудниках;

— алгоритм вывода вентилятора главного проветривания, оборудованного механизмом поворота лопаток рабочего колеса и преобразователем частоты, в режим работы с максимальным КПД;

— способ оптимального управления автоматическими вентиляционными устройствами в руднике и несколькими вентиляторными установками с регулируемой производительностью согласно критерию минимизации суммарной мощности, затрачиваемой на вентиляцию, использующий специальную матрицу влияния источников тяги на расходы воздуха в заданных сегментах вентиляционной сети;

— управляющие уравнения для системы оптимального управления автоматическими вентиляционными устройствами в руднике и ГВУ с регулируемой производительностью;

— методика построения оптимальных систем автоматического управления проветриванием, в основе которой лежит имитационное компьютерное моделирование в разработанном программно-вычислительном комплексе «АэроСеть», реализующем модель нестационарного воздухораспределения в сети.

Практическое значение и реализация результатов работы.

Результаты, полученные в работе, позволяют использовать принципиально новую методологию при разработке и проектировании систем автоматического управления

проветриванием, применение которой приводит к эффективному проветриванию рабочих зон рудников и значительной экономии электроэнергии.

В настоящее время многие результаты работы внедрены в промышленную эксплуатацию на горнодобывающих предприятиях, часть находится в процессе внедрения. Шахтные вентиляторные установки ШВУ-12А, предназначенные для рециркуляционного проветривания, в настоящее время находятся в промышленной эксплуатации в рудниках 1 РУ, 2 РУ, 3 РУ и 4 РУ ОАО «Беларуськалий» (Республика Беларусь), а также в руднике СКПРУ-3 ОАО «Уралкалий» (г. Соликамск). Всего в промышленной эксплуатации находятся 15 таких установок. Разработана конструкторская документация и изготовлены промышленные образцы автоматической вентиляционной двери АВД, предназначенной для отрицательного регулирования воздушных потоков, в настоящее время проходят промышленные испытания двери в рудниках ОАО «Беларуськалий»; далее запланировано оснащение такими дверями всех калийных рудников России и Белоруссии. Разработаны конструкторская документация и технология применения блока частотного регулирования БЧРв-30, предназначенного для управления производительностью вентиляторов местного проветривания. Изготовлены промышленные образцы БЧРв-30, получены сертификаты и разрешение Ростехнадзора на проведение промышленных испытаний блока в условиях шахт и рудников. Разработана конструкторская документация и изготовлена система автоматического управления вентиляторной установкой главного проветривания для подземной ВУГ11 Березовского участка рудника 4 РУ ОАО «Беларуськалий» (производитель вентилятора — Hovvden Ventilatoren GmbH, Германия). Разработаны исходные данные для проектов систем автоматического управления проветриванием в рудниках БКПРУ-2 и БКПРУ-4 ОАО «Уралкалий».

Изготовлен испытательный аэродинамический стенд ИАС-1, позволяющий исследовать работу алгоритмов оптимального управления проветриванием в условиях натурного эксперимента.

Разработан мощный программно-вычислительный комплекс «АэроСеть», предназначенный для имитационного моделирования работы систем автоматического управления проветриванием, которое позволяет избежать многочисленных ошибок при их проектировании и учесть специфику различных рудников еще на предпроектных стадиях. ПВК «АэроСеть» и его многочисленные программные модули в настоящее время активно применяются на горнодобывающих предприятиях России и Белоруссии, включаются в технологические регламенты по проветриванию, используются в учебном процессе ряда вузов.

Апробация паботы.

Содержание отдельных разделов и материалов диссертационной работы докладывалось и обсуждалось на научных сессиях ГИ УрО РАН (Пермь, 2003 — 2011 гг.), на Уральском горнопромышленном форуме «Горное дело. Оборудование. Технологии» (Екатеринбург, 2006 г.), на Первом всероссийском научном форуме «Демидовские чтения на Урале» (Екатеринбург, 2006 г.), на международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2006, 2008, 2010 гг.), на научно-практической конференции «Медведевские чтения» (Кунгур, 2004 г.), на Второй международной конференции «Горное дело» (Алма-Ата, 2006 г.), на международной конференции «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (Новосибирск, 2006 г.), на II Международной научно-практической конференции «Инновационные направления в проектировании горнодобывающих предприятий» (Санкт-Петербург, 2011 г.), на всероссийской научной конференции с международным участием «Компьютерные технологии при проектировании и планировании горных работ» (Апатиты, 2008 г.), на респуб-

ликанской научно-технической конференции «IST1QLOL» (Навои, Узбекистан, 2007 г.), на всероссийской научно-технической конференции «Нефтегазовое и горное дело» (Пермь, 2010 г.), на конференции «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 2008 г.), на Третьей харбинской международной выставке (Харбин, Китай, 2011 г.), на технических советах в ОАО «Сильвинит», ОАО «Уралкалий», ОАО «Бела-руськалий», ОАО «КнауфГипсНовомосковск», ОАО «AK "AJTPOCA"» и пр.

Публикации.

По теме диссертации опубликованы 40 печатных работ, в т. ч. 12 — в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, утвержденных ВАК Минобрнауки РФ, получено 2 свидетельства Роспатента об официальной регистрации программ для ЭВМ.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения. Работа изложена на 340 страницах машинописного текста, содержит 118 рисунков и 14 таблиц. Список использованных источников состоит из 213 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Научное положение № 1.

Методы расчета стационарпого воздухораспределения, основанные на использовании скоростных матричных численных схем, позволяющие оптимизировать технические параметры и места размещения основных исполнительных механизмов систем автоматического управления проветриванием.

Исследование методов расчета стационарного воздухораспределения в рудничной вентиляционной сети и разработка их модификаций, отличающихся повышенной надежностью и скоростью, являются важными факторами, влияющими на успешность процесса построения и разработки систем имитационного моделирования САУП шахт и рудников. Расчет стационарного воздухораспределения используется не только при решении традиционной задачи анализа воздухораспределения в шахтах, но и при рассмотрении сопряженных с ней задач газораспределения, теплопереноса и теплообмена, оптимального управления вентиляционными устройствами, в процессе которого используются многократные пересчеты стационарного воздухораспределения в сети. Особое значение при этом имеют как скорость, так и гарантированная сходимость итерационного вычислительного процесса, особенно в случае больших по размерам вентиляционных сетей.

Все разработанные алгоритмы и методы расчета, представленные далее в автореферате, имеют программную реализацию в ПВК «АэроСеть», разработанном при непосредственном участии автора в лаборатории аэрологии и теплофизики ГИ УрО РАН.

Разработка модернизированного метода Андрияшева — Кросса

Перед началом работы алгоритма в исходном графе вентиляционной сети выделяется система базовых циклов {С,.}. Далее на каждой итерации для каждого контура С, вычисляется невязка по формуле

^-ХадКо^Ле,)).

(1)

где £>(/) = 1, если ориентация ветви совпадает с направлением обхода цикла, и £>( /) = —1 в противоположном случае. Затем выбирается контур р с максимальной невязкой и вычисляется поправка

^ми»8^

I

(2)

Все расходы в контуре р корректируются следующим образом (здесь и далее «:=» — оператор присваивания):

£ +С,. (3)

Погрешность е может быть вычислена, как £-д .

оспсог^фю^гсосч

оосог— соютогч

— — 10(0^-0003"

со со со со со Номер итерации

ООООГ"~СОт*ТСО

Рис. 1. Характер изменения невязки при расчете воздухораспределения методом

Андрияшева — Кросса

Воспользуемся матричным аппаратом для вычисления вектора невязок , где г=(т-п +1) — число независимых циклов графа вентиляционной сети (т — число ветвей, п — число узлов графа). Пусть матрица X с элементами

_ ||й|, если; = / —

У ' /тхт л .

[О, если 1Ф /

диагональная матрица модулей расходов в ветвях, а матрица 8 с элементами

=

\ 'тхт

Л,, если / = }

(5)

[О, если / Ф у

диагональная матрица аэродинамических сопротивлений ветвей. Введем вектор 1^>1тх1 = ^¡(й) — вектор значений напоров, создаваемых источниками тяги в ветвях, и вектор ¡Я'Л^ ~ ЭР(Й)/Й(3, — вектор производных напорных характеристик в ветвях сети.

Представим алгоритм модернизированного метода Андрияшева — Кросса.

1. Заполнить вектор расходов (У°- начальными значениям!. Сформировать векторы Х,Н иН'.

2. := Х(3(т).

3. Б^^Х14.

4. З^—Б^-Н.

5. с1Н := М,^1*14.

6. Найти в векторе «1Н максимальный по модулю элемент 6р.

7. Вычислить поправку ар по формуле (2) для цикла С с максимальной невязкой 8р.

8. Для каждой ветви цикла С по формуле (3) пересчитать расход и записать его в соответствующую текущей ветви / позицию . На основе нового значения расхода пересчитать соответствующие текущей ветви позиции в векторах Н,Н' и X.

Можно показать, что «титульная» сложность одной итерации метода Андрияшева — Кросса стремится к О(т), а следовательно, сложность этого алгоритма критична по отношению к числу ветвей графа т.

Модернизация метода решения общей системы уравнений Кирхгофа

Пусть М31 = М^з (Ми — матрица инцидентности независимых контуров графа сети), а А,г =[А12:АД0|, т. е. Ап — это матрица инциденций А12 без правого столбца А,„. Матрица Аг1 = А^. Введем диагональную квадратную матрицу А,, , заполненную следующим образом:

4,М =

если ' = У

О, если / * у

(6)

Тогда 1-й и 2-й законы Кирхгофа, описывающие воздухораспределение в сети и записанные в матричной форме, можно записать так:

МЛА„ 0

0 =

. Аи . тхл» 0

Ме тя глобального градиепта Метод контурпых расходов

Метод Лнлрияшсва - Кроеса " Метод решения обшей системы

Полученная система т нелинейных уравнений решается методом Ньютона. После дифференцирования получаем:

«1С> =

А21 тхт Аи

щ '

О, если I Ф у после чего полунаем рекурсивный алгоритм:

:= <2(т)-<кз

1800

1600

1400

и 1200 г

Я 1000

I 800

я

г 600

%. 400 а

200

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Число ветвей в графе

Рис. 2. Сравнение скоростей работы различных методов расчета стационарного воздухораспределения в сети при отношении числа ветвей к числу узлов т/п = 2

Погрешность е можно считать как норму разности векторов расходов на предыдущей и текущей итерациях, например, так:

£ = шах|^г+1)-С;«г,| (10)

При реализации алгоритма возникает необходимость перезаполнения матрицы слева и справа в равенстве (8) на каждой итерации, т. к. меняются значения матриц О и А„. Но при этом нижние части этих матриц остаются неизменными. Введем расширенные матрицы М'^ = |М31 •■■ 0]' и А^ _ =|0 ••• Ал]1.

В этом случае алгоритм пересчета вектора расходов О*' (г — номер итерации) может быть записан следующим образом.

1. Пересчитать матрицы Ап _ и Б,,

2. М,п := М^Б.

3. М*:-М£Аи.

4. М"":=МШ + А£.

5. М^ := М1* + А^.

6. М",(3:=М'Л<2(,).

7. Факторизовать матрицу М1" с помощью И-Г-разложения.

8. Пересчитать вектор расходов в ветвях сети по формуле := -с1<3.

Можно показать, что «титульная» сложность всей итерации метода равна О (2/3 от3). Поэтому сложность алгоритма критична относительно числа ветвей графа вентиляционной сети.

Разработка модернизированного метода контурных расходов

Перед началом работы алгоритма из исходного графа вентиляционной сети выделяется система базисных циклов {С\ |. В качестве независимых переменных в методе берутся только расходы Qt в хордах циклов. Если известен вектор расходов в хордах [й !„,, то вектор расходов во всех ветвях сети О может быть получен следующим образом:

0 = м31с>к. (11)

Обязательным условием применения алгоритма является то, что в качестве начального приближения О^1' нужно взять такое, при котором 1-й закон Кирхгофа выполняется для всех узлов сети.

На основе полученного вектора О'"' можно построить начальный вектор расходов в хордах (3(к'. Итерационный процесс вычисления выглядит следующим образом:

(Зр^с^+лд,. (12)

Приращение АОк находится путем решения системы

клок=-н, (13)

где Н — вектор невязок в контурах, а Кгхг — матрица Кирхгофа:

К = 2М„8ХМм. (14)

Матрица 8ШХШ — диагональная матрица аэродинамических сопротивлений, а ХтХ1о — диагональная матрица расходов в ветвях. Погрешность е будем считать в соответствии с (10). Представим шаги модернизированного метода контурных расходов на каждой итерации.

'' "1 1»...... «

I л «г<хч* я«»« «*«•»•«■

нагш аху>щ

е:

( СЧ-ОСТЬ ОоЛЧСЯС»««в («ста зн

___Й

|0.0СЮ1

|НД>

Рослтксадк^сткаими лпр^оссйс' !|егсв.-а1'Ь<с.1 Ти.1иик ЦМф!"' ^

Т«сте«ы* гр^ф К: I

имл адмцл ЗНсоя:>л 1Е И1 Ькю не

1Е01Чмс.»,и<*иов.в-« «ЛИ»«;»» йЧиьгасб

аНзеяз».« 1СЧ«оиов»ся*1ениост>; 11

Рис. 3. Программа-тестер для исследования сходимости различных методов расчета стационарного воздухораспределения в вентиляционных сетях

1. Заполнить диагональную разреженную матрицу X расходами в ветвях <3(т).

2. Заполнить вектор невязок в контурах Н -

3. ХьМ := ХМ31.

4. 8"х*м := 8Х'М .

5. К:=2Ми81ЛМ.

6. Инвертировать вектор Н = -Н.

7. Факторизовать матрицу К методом Ш-разложения.

8. Решить уравнение КЛ0к = -Н и найти ДО,..

9. Пересчитать вектор расходов в хордах: := Qlkт, + АО,..

10. Найти новый вектор расходов <21т+" М3|0кт+1'.

Наиболее трудоемкой операцией является вычисление матрицы К, которое дает «титульную» сложность итерации метода, равную О(тг').

Разработка модернизированного метода глобального градиента

Итерационная схема модернизированного метода глобального градиента может быть описана следующим образом:

<3(т+1> := <}(г) - Б 1 (Ап<}(т) + А,г\у). (15)

Вектор УУ(о 1)>а может быть получен путем решения системы уравнений

А\У = Г,

где матрицы и Р(>_1)у1 определяются следующими соотношениями:

А = А2,Ъ = А„$г) - А^ХО"'-Обратная матрица Б"1 может быть вычислена так:

1

_ -/-—г, если I = /

^101-1?» . (.9

Щ

О, если / ^ у

Опишем алгоритм работы модернизированного метода глобального градиента.

1. Заполнить диагональную разреженную матрицу А,,.

2. Заполнить диагональную разреженную матрицу Б"1.

3. в"°'ил" := В"'А12.

4. А := .

5. А^А,^.

6. Г := -О 'А^.

7. Ё := ЁО(т).

8. Р:=А21Р.

9. Факторизовать А методом Холецкого.

10. Решить систему А\У = Р и найти вектор \У.

П.А?:=А? + АПГ.

13. о(,+1) :=д+<2(,).

«Титульная» сложность одной итерации модернизированного метода глобального градиента определяется сложностью операции факторизации матрицы А методом Холецкого и равна о(1/3(и-1)2|, а значит, скорость работы метода глобального градиента критична относительно числа узлов сети.

Исследование факторов, влияющих на сходимость разработанных методов и ее

скорость

Как было показано выше, сложность метода глобального градиента определяется числом узлов в графе сети, а трех остальных методов — числом ветвей. Необходимо отметить, что в реальности нас интересует не математическая сложность методов, а скорость счета, измеряемая в миллисекундах. Поэтому для исследования сходимости и вычислительной скорости данных методов в сравнении друг с другом была разработана специализированная программа-тестер (рис. 3), позволяющая генерировать случайным образом различные вентиляционные сети (с различными параметрами — количество узлов, ветвей, источников тяги, соотношение между максимальным и минимальным сопротивлениями ветвей и пр.) и производить их расчет, фиксируя при этом его параметры (изменение невязки, скорость счета и пр.).

Программа-тестер позволила исследовать десятки тысяч сетей с различными характеристиками и сделать несколько важных выводов:

а) наиболее эффективным методом с точки зрения скорости счета является модернизированный метод глобального градиента;

б) наиболее экономичным методом с точки зрения использования памяти компьютера является модернизированный метод Андрияшева — Кросса;

в) модернизированные методы глобального градиента и решения общей системы имеют наивысшую степень сходимости (99,8 %), метод контурных расходов — высокую (91 %); метод Андрияшева— Кросса сходится примерно в 70 % случаев;

г) метод Андрияшева — Кросса имеет медленную (с точки зрения числа сделанных итераций) и осциллирующую (с точки зрения величины невязки) сходимость (см. рис. 1), при этом невязка не всегда достигает требуемого значения, что ставит показатели сходимости данного метода на последнее место;

д) наиболее стабильная скорость сходимости (в т. ч. определяемая числом итераций) присуща лишь модернизированному методу глобального градиента.

Таблица 1

Экспертная оценка эффективности работы методов расчета стационарного

воздухораспределения

Критерий Метод глобального градиента Метод контурных расходов Метод Андрияшева — Кросса Метод решения общей системы

Высокая скорость расчета + - - -

Экономность расхода памяти - - + -

Гарантированная сходимость + - - +

Постоянная скорость сходимости + - - -

В целом необходимо отметить, что экспертная оценка результатов тестирования работы различных методов на случайно сгенерированных сетях, представленная в таблице 1, показывает, что наилучшими характеристиками среди методов расчета обладает модернизированный метод глобального градиента, который и рекомендуется к применению в системах имитационного моделирования ОСАУП. Вместе с тем не исключаются ситуации, когда по ряду причин даже этот наиболее эффективный метод может расходиться. В этих случаях целесообразно использовать другой метод расчета, могущий дать положительный результат. Следовательно, существует необходимость наличия возможности выбора метода расчета в соответствующем программном обеспечении.

Научное положение № 2.

Метод расчета нестационарного воздухораспределения в рудничной вентиляционной сети, использующий решение уравнений балансов импульса и массы в одномерной сетевой постановке, обеспечивающий учет свойств сжимаемости п инерционности рудничного воздуха.

Отметим, что модель стационарного воздухораспределения применима лишь на начальном этапе построения оптимальных САУП, т. е. на этапе моделирования основных технических решений, например, выбора мест установки СОР или вентиляторов, их характеристик и пр. параметров, не меняющихся в процессе жизненного цикла САУП. Что же касается исследования работы ОСАУП во времени, т. е. изучения ее динамических характеристик, то стационарная модель в этом случае должна быть заменена на нестационарную, т. к. в стационарной модели все процессы происходят мгновенно и при ее использовании нет возможности оценить время и качественный характер перехода системы из одного состояния в другое. Тем не менее, данная информация является обязательной при построении и разработке ОСАУП.

График изменения расхода воздуха в одной из выработок рудника БКПРУ-4 (ОАО «Уралкалий», г. Березники) при реверсе ГВУ приведен на рис. 4. Как видно из рисунка, в больших рудниках процесс реверса воздушной струи на отдельных участках вентиляционной сети может занимать весьма продолжительное время (десятки минут), что необходимо учитывать при разработке планов ликвидации аварий. Процесс реверса, обратного прямого запуска, запуска и останова ГВУ, разумеется, являются наиболее сложными и длительными переходными процессами в руднике, однако, подобные процессы, пусть и не с такими большими амплитудами колебаний и временными задержками, но происходят в т. ч. и при регулировании воздушных потоков с помощью исполнительных механизмов САУП, что, безусловно, оказывает влияние на работу системы в целом и требует учета таких процессов при моделировании.

Разработка численной схемы для решения задачи нестационарного воздухораспределения в рудничной вентиляционной сети

Рудничная вентиляционная сеть (см. рис. 5) моделируется с помощью ориентированного графа, ветви которого соответствуют горным выработкам, характеризуемым длиной L (м), площадью поперечного сечения S (м2) и удельным аэродинамическим сопротивлением r=R/L (Нхс2/м9), где R —аэродинамическое сопротивление ветви.

Примем, что распределение макроскопических параметров воздуха (скорость и давление) зависит от одной пространственной координаты х (м), направленной вдоль соответствующей ветви, и от временной координаты I (с).

Узлы графа вентиляционной сети могут соединять 2 или более ветвей. Разделим их на следующие 5 типов:

1) свободная поверхность (выход в атмосферу, например, устье ствола);

2) тупик (например, тупиковая горная выработка);

3) разветвление (соединение 2 и более ветвей в одном узле);

4) реальный вентилятор, характеризуемый напорной характеристикой P = P{Q,a>,<p) (Р — давление, Q — дебит, а> — частота вращения рабочего колеса, ср — угол установки лопаток рабочего колеса или ОНА);

5) идеальный вентилятор, создающий постоянное давление, не зависящее от расхода (Р = const).

Математическая модель воздухораспределения в вентиляционной сети, использованная для решения задачи нестационарного воздухораспределения, основана на одномерных уравнениях баланса импульса (с дополнительным слагаемым, учитывающим потери давления на трение по формуле Дарен — Вейсбаха) и массы в переменных «давление — скорость». Эти уравнения имеют следующий вид:

5000

Расход воздуха(1, мУмин

-10

50

60

-2000

Рис. 4. Изменение расхода воздуха в руднике БКПРУ-2 (ОАО «Уралкалий») на транспортном уклоне 10 ЮВП при реверсе ГВУ

где К = /Р0 — адиабатический модуль упругости газовой среды, V — скорость воздушного потока, р„ и Рп — начальные значения плотности и давления воздуха, у — показатель адиабаты.

Отметим, что удельное аэродинамическое сопротивление г может быть функцией времени г((), например, если в вентиляционной сети шахты установлены автоматические регуляторы расхода воздуха, которые могут изменять сопротивление участка вентиляционной сети во времени (см. рис. 10). Функцией времени могут быть и скорости вращения роторов вентиляторов со (об/мин), заданные графиком Со(/ ).

Задача состоит в нахождении графиков изменения расходов Q¡(x,l) и давления во всех ветвях сети в любой точке с продольной координатой х и в любой момент времени /.

Система уравнений (17) может быть сведена к двум уравнениям, каждое из которых решается вдоль своей характеристики (см. рис. 6):

<

(17)

, ил Ш иу „•> 1 I л

а! = —: —+рс--ыЛнмс = 0

с Л с/г 11

с1х с!Р ¿У —:—+ рс— с Л с/г

Выход в атмосферу Вентилятор I ^ г

Тупик

Разветвление

Рис. 5. Элементы вентиляционной сети рудника

В результате математических преобразований на основе (18) можно построить конечно-разностную схему:

II

„ р.

2 сря

& Г Р - Р

2Ря{ . 2сРя

+ Ро 1 , ч „2 .

-^у-8- + -А-с (V« - V,) - гЯ2с Д/,

VГО / , , \

Л

- /Л . V,. + V,

2срк

(19)

(20)

М

Данную разностную схему следует дополнить уравнением из акустики

Рг-Р*=**{Р,~Р*)- (21)

Система уравнений (19) — (21) имеет второй порядок аппроксимации по времени (на каждом временном шаге делается вычислительная ошибка порядка 0(Л/2)).

Далее необходимо связать уравнения (19) и (20) с разностной сеткой. Рассмотрим 1-ю ветвь длиной Ц, которая характеризуется пространственно-временной областью [0,Л(]х[0,7"], где Т — общее время счета. Нанесем на эту область конечно-разностную сетку сош д,, определенную следующим образом:

(22)

где Д* = Ц / ДГ. — пространственный шаг, Д/ = Т / К — временной шаг, N1 — количество узлов на одном временном слое. Введем два временных слоя: нижний — — {к — 1)Д/, на котором распределение искомых функций v(xJJf^k't),p(xiJ^),

/ = 0. N известно, и верхний — = к А!, на котором распределение искомой функции необходимо определить.

Чтобы полученной схеме метода характеристик придать разностный вид, заменим на Рр, а на /^.Геометрически эта схема изображена на рис. 7.

Данная разностная схема не позволяет сразу определить значения искомых функций на следующем временном слое, например, определить по известным значениям Р^ 11 = Рв и = ■ Вместо узлового значения Р.':> мы получаем значение Рр в точке пересечения характеристик, исходящих из точек (/-1,4-1) и (/ + 1, к-1), которая геометрически не совпадает с точкой (/Д) при скорости ч потока, не равной нулю. Для того чтобы решить эту проблему, необходимо произвести интерполяцию (см. рис.

7).

Область влияния т. Р

Область зависимости Рис. 6. Характеристические кривые

Согласно разбиению узлов на 5 классов при решении задачи нестационарного воз-духораспределения необходимо поставить 5 видов граничных условий, соответствующих этим классам. Для этого введем в конечно-разностную сетку а) Ах ы дополнительный слой фиктивных ячеек (рис. 8, [.\'0,х:] и [хл.(,хл.(+1] —фиктивные ячейки).

Методику моделирования граничных условий представим в автореферате на примерах простейших граничных условий; свободной поверхности и тупика.

Свободная поверхность — это граничное условие, соответствующее выходу горных выработок на дневную поверхность, например, устье ствола или штольни; в данном узле давление равно атмосферному. Вытекающий поток будем представлять однородным. В простейшем случае условия в фиктивной ячейке должны быть такими же, как и в самой ячейке:

Р^=2Р^-2 Р^, (23)

(24)

Граничные условия для тупика формулируются так (давления равны давлению на предыдущем слое, скорости равны нулю):

№ = (25)

(26)

Методики моделирования граничных условий типа «реальный вентилятор», «идеальный вентилятор» и «разветвление» в автореферате не приводятся в силу громоздкости промежуточных выкладок и объема итоговых формул.

-И Ал~ (Х|И х,+а X

Рис. 7. Разностная сетка

Разработанный в рамках диссертационной работы метод расчета нестационарного воздухораспределения был реализован в ПВК «АэроСеть» и хорошо зарекомендовал себя при моделировании различных переходных процессов, возникающих в руднике, в т. ч. при работе исполнительных механизмов САУП.

Рис. 8. Фиктивный слой ячеек

Научное положение № 3.

Научные основы и технологические принципы оптимального управления исполнительными механизмами системы автоматического проветривания подземного рудника с применением управляемой рециркуляции и автоматического отрицательного регулирования, гарантирующего доставку свежего воздуха всем потребителям рудника в требуемом количестве в автоматическом режиме.

Основные подходы к методам оптимального управления проветриванием, описанные ранее в литературе по рудничной вентиляции, базируются на стационарной модели воздухораспределения, что является сильным упрощением и не может дать никакой информации о поведении системы во времени. Можно утверждать, что данные модели не могут быть использованы для разработки алгоритмов управления для ОСАУП, функционирующих в реальных условиях.

- - Свежая струя ' - Регулятор расхода воздуха открыт

-- Исходящая струя I - Наулятор рисхолн нии^ух» ирикрит/мкрыт

—$> -Рсииркулнруемаяаруя - Датчик скорости продуха

Рис. 9. Структура технических средств САУП рудника БКПРУ-2 (ОАО «Уралкалий»)

Практические исследования, проведенные автором настоящей работы, показали, что некоторые подходы к поиску решения задачи оптимального управления, применимые на стационарной модели, зачастую становятся непригодными в реальных условиях шахты в силу: I) постоянных колебаний параметров вентиляционной сети (изменение аэродинамических сопротивлений, расходов воздуха и пр.), 2) недостаточной точности показаний датчиков скорости воздушного потока, 3) электрических наводок на датчики и их общей низкой помехозащищенности, 4) конечной предельной точности исполнительных механизмов (например, измерение угла поворота створок вентиляционных дверей) и пр. На эти факторы накладываются постоянно протекающие в руднике переходные аэродинамические процессы, вызванные различными причинами, что в итоге приводит к тому, что даже такую простую с математической точки зрения операцию вычисления частной производной Ъ()1/дК1 для оценки влияния работы АВД, установленной в ветви (выработке) }, на расход воздуха в ветви /, осуществить в условиях шахты с приемлемой погрешностью невозможно. В то же время на математической модели стационарного воздухораспределения данный «прием» проходит вполне успешно, что создает иллюзию применимости стационарной модели для анализа процессов, протекающих в руднике, находящемся под управлением ОС АУЛ.

В одной из работ, проведенных под руководством автора, установлено, что метод идентификации аэродинамических сопротивлений, описанный в литературе по рудничной вентиляции, на практике не работает в силу большой интегральной погрешности шахтных замеров, что указывает на неприменимость теории стационарного воздухораспределения для разработки методов моделирования ОСАУП. Данные факты позволяют сделать вывод, что разработка модели нестационарного воздухораспределения является необходимым условием для моделирования работы САУП в вентиляционных

сетях рудников. Исходя из этого, задача оперативного оптимального управления проветриванием в настоящей работе ставится и решается на модели нестационарного воз-духораспределения.

В процессе исследований автором была разработана классификация условий применения ОСАУП, которые были разделены на 4 случая:

а) оптимальное управление одной ГВУ;

б) оптимальное управление одной ГВУ и воздухораспределением в сети без систем рециркуляции;

в) оптимальное управление одной ГВУ и воздухораспределением в сети, оборудованной системами рециркуляции;

г) оптимальное управление несколькими вентиляторными установками главного и вспомогательного проветривания и воздухораспределением в сети, оборудованной системами рециркуляции.

Примером наиболее типового случая в) является САУП рудника БКГГРУ-2 ОАО «Уралкалий» (рис. 9), оснащенная ГВУ, автоматическими средствами отрицательного регулирования (на главных групповых вентиляционных штреках южного и северного направлений и в камерах служебного назначения) и рециркуляционными агрегатами, установленными на южном и северном крыльях рудника.

Рис. 10. Средство отрицательного регулирования — автоматическая вентиляционная дверь АВД (1 — поворотные жалюзийные регуляторы, 2 — привод, 3 — калитка для прохода людей, 4 — откидывающееся полотно для обеспечения проезда транспорта,

5 — поворотный сектор)

Случай а) является наиболее простым и подразумевает собой управление лишь подачей воздуха в рудник при одновременном выборе максимального гидравлического КПД ВГП за счет выбора оптимальной комбинации угловой частоты вращения рабочего колеса и угла установки лопаток рабочего колеса (или ОНА при его наличии).

2

Случай б) в дополнение к случаю а) подразумевает управление СОР, например, АВД, которое обеспечивает перераспределение воздуха между различными участками вентиляционной сети оптимальным образом, т. е. таким, когда все потребители свежего воздуха обеспечены им в необходимом количестве, а энергопотребление ГВУ при этом минимально.

Случаи в) и г) являются наиболее сложными, поэтому подробнее остановимся на случае в), а случай г) рассмотрим отдельно в рамках раздела автореферата, посвященного научному положению № 4.

Оптимизация работы одной ГВУ и воздухораспределения внутри вентиляционной сети с использованием систем рециркуляции

Данные условия применения ОСАУП предусматривают, помимо оптимизации ГВУ и положений регуляторов, еще и управление рециркуляционными вентиляторными установками, такими, например, как ШВУ-12А (шахтная вентиляторная установка с частотным регулированием производительности, разработанная при участии автора, ТУ 3146-049-24078722-08, см. рис. 11).

Задача рециркуляционной системы, работающей под управлением АОУП, заключается в обеспечетш рециркуляционного контура воздухом в расчетном количестве, причем таким образом, чтобы фактический коэффициент рециркуляции (отношение расхода воздуха, поступающего на повторное использование, к расходу воздуха в рециркуляционном контуре) при этом не превышал ПДКР:

I' __ ^ тутах /-пч

ПДКР определяется обычно на основании расчета количества воздуха, необходимого для проветривания рабочих зон, входящих в рециркуляционный контур, производимого службой вентиляции рудника согласно принятой методике (или регламенту по проветриванию).

Наиболее эффективной работы рециркуляционных систем можно добиться в том случае, когда на направлении, соединяющем рециркуляционный контур с главными вентиляционными выработками, установлены СОР, например, АВД (вентиляционная дверь для автоматического регулирования расхода воздуха в выработке, разработанная при участии автора, ТУ 3146-002-85092133-2011, см. рис. 10). В этом случае депрессию между вентиляционными и воздухоподающими штреками можно варьировать с помощью СОР, как можно варьировать и общее количество воздуха на этом направлении.

Таким образом, задача АОУП при наличии рециркуляционных систем еще более усложняется по сравнению с задачами типов а) и б), представленными выше.

В случае с рециркуляцией на вход АОУП поступает следующая информация:

— расчетное количество воздуха в контрольных точках вентиляционной сети рудника (?,„„, (м3/мин);

— ПДКР в рециркуляционных контурах К"'™1'.

На выходе АОУП в результате решения задачи оптимального управления появляется следующая информация:

— частота вращения рабочего колеса ВГП 0)тт (об/мин);

— угол установки лопаток рабочего колеса ВГП (или ОНА) <ропт (°);

— переменные, управляющие режимом работы СОР, например, в случае АВД, углы поворота жалюзийных регуляторов ф. (°);

— частоты вращения рабочих колес рециркуляционных систем аУ""' (об/мин).

Рис. 11. Структурная схема рециркуляционного агрегата с автоматическим регулированием производительности (шахтная вентиляторная установка ШВУ-12А), 1 — вентилятор, 2 — конфузор, 3 — привод обратного клапана, 4 — обратный клапан, 5 — камера смешения, 6 — рама, 7 — щит для встраивания в перемычку в рециркуляционной выработке

АОУП выбирает режимы работы рециркуляционных систем, положения СОР и режим работы ВГП таким образом, чтобы фактические расходы воздуха в контрольных точках соответствовали расчетным, коэффициенты рециркуляции в контурах не превышали ПДКР, а мощность, потребляемая ВГП, оставалась при этом минимально возможной. Формально это можно записать следующим образом:

■ N{a>,<p,<p) min при cü coom„ <p -» <рош и {ф, -> )V/e р, (28) (к" <K™*k)Vk sP

V рец peil )

где <р — вектор положений регуляторов СОР ф;, р — множество СОР, $ — оптимальное положение /-го регулятора, к — множество контрольных точек, Ккрщ — коэффициент рециркуляции в к-м рециркуляционном контуре, Р — множество рециркуляционных контуров вентиляционной сети рудника.

Еще раз отметим, что задача оптимизации воздухораспределения заключается в нахождении таких углов поворота АВД (СОР) и угловой частоты вращения рабочего

колеса ВГП с дальнейшей корректировкой согласно алгоритму максимизации гидравлического КПД (не приведен в автореферате в силу значительного объема), при которых вентилятор развивал бы минимальную мощность N и при этом в ветвях с датчиками не нарушалось бы условие первого уравнения в (28). Иначе говоря, задача состоит в том, чтобы определить вид управляющих уравнений

с/г,.

/у (1.

, (29)

1.1(0 , ^Мг^а»

которые вместе с основной системой уравнений (17), (21) и ограничениями вида

> V* V/, (30)

где V* — расчетное (требуемое) значение скорости воздушного потока в /-й ветви, а также с необходимыми граничными условиями в узлах обеспечивали бы решение, сходящееся к оптимуму при г —» +оо .

В диссертации доказывается несколько утверждений, общая суть которых сводится к следующим положениям:

1) если все АВД рудника прикрыты ($ >0У/), то данный режим проветривания не является оптимальным и, как минимум, приводит к избыточной мощности, потребляемой ГВУ;

2) если во всех выработках рудника, где декларируется определенный расход (У, фактический расход @ выше (£>' < £>Л/;'), то этот режим оптимальным быть не может;

3) если в руднике существует хотя бы одна выработка, где фактический расход ниже декларируемого (£)' > ЙЗ/), то этот режим не является оптимальным, что может быть вызвано следующими причинами:

а) чрезмерно большими углами ф закрытия створок АВД;

б) недостаточной производительностью ВГП.

Если записать эти 3 вывода в форме математических уравнений, получим:

02)

где у, 8, Л — параметры управления, величина которых выбирается эмпирически, а функция (х)+ — линейно-возрастающая функция, определяемая следующим образом:

Го, л < о

Действительно, слагаемое /так (\\ - г,) в уравнении (31) говорит о том, что если есть хотя бы одна ветвь, где скорость ниже декларируемой, то необходимо увеличивать

угловую частоту со со скоростью, пропорциональной рассогласованию (у* - г,). Это соответствует выводу З.а). Выводу З.б) соответствует правая часть уравнения (32).

Слагаемое утт (у —V*) говорит о том, что если в сети нет ветвей, где выполняется равенство V = V", то это также неоптимальный режим и угловую частоту нужно снижать (вывод 2).

И, наконец, слагаемое отлично от нуля тогда, когда все <р1 >0. Оно в

г

этом случае также будет снижать скорость вращения рабочего колеса вентилятора в соответствии с выводом 1.

Уравнение (32) можно также записать в виде

^Я^-х^ + мЦу-ф (33)

и учесть тем самым фактор предыстории. Дополнительное интегральное слагаемое позволяет обеспечить более высокую скорость сходимости.

В диссертации приводятся доказательства того, что задача оптимального управления проветриванием подземного рудника с одной ГВУ и множеством СОР (28) имеет решение, причем это решение может быть достигнуто при использовании управляющих уравнений (31) — (33).

Управляемая рециркуляция как элемент АОУП

В тех случаях, когда горючие и вредные газы на исходящей струе отсутствуют или их концентрация значительно ниже ПДК, в соответствии с ПБ 03-553-03 допускается использовать рециркуляционное проветривание, т. е. забор части исходящей струи и перенаправление ее на повторное использование.

Правилами безопасности не регламентируется ПДКР, однако, в § 160 ПБ 03-553-03 оговаривается, что при превышении концентрациями горючих или вредных газов порога в 30 % от ПДК рециркуляция должна быть прекращена или, соответственно, должен быть снижен коэффициент рециркуляции. Если рециркуляционная установка оснащена средствами регулирования производительности, например, ЧРП, как это реализовано в ШВУ-12А, то можно просто уменьшить коэффициент рециркуляции путем изменения производительности рециркуляционной установки и соответствующего изменения режимов работы ГВУ и АВД. Также возможен вариант, когда ПДКР вычисляется по определяющему фактору расчета количества воздуха в соответствии с регламентом по проветриванию, действующим на данном горном предприятии. В данном случае коэффициент статичен и задается с пульта оператора САУП при каждом новом расчете количества воздуха, проведенном на шахте (руднике).

Чем больше коэффициент рециркуляции, тем меньшую энергию затрачивает ГВУ на проветривание удаленных участков, входящих в рециркуляционный контур. Таким образом, при применении рециркуляционных установок в составе ОСАУП возникает необходимость выполнения дополнительного требования к АОУ, а именно поддержание выполнения равенства

К,,Ч(') = К-. (34)

Основное назначение рециркуляции — снижение мощности NГВУ, т. е., в частности, снижение частоты вращения рабочего колеса (огпу. Повысив коэффициент рецир-

куляции контура, мы тем самым обеспечиваем в данном контуре декларируемый расход Q" с меньшей нагрузкой на ГВУ. Может показаться, что (34) надо каким-то образом учитывать в управляющем уравнении (31) для со1ВУ. Однако это не так: несмотря на то, что увеличение коэффициента рециркуляции А'и,1( приводит к снижению частоты вращения ротора ВГП согпу, их связь очень опосредована. Например, если уменьшить частоту со1ЪУ, это приведет к изменению производительности ГВУ, причем данное изменение производительности спустя некоторое время Д/ приведет к изменению расхода воздуха и в рециркуляционном контуре. На данное уменьшение расхода отреагирует АВД — произойдет уменьшение угла поворота ее регуляторов ф. И, наконец, в результате изменения угла ф поток начнет иначе распределяться по выработкам, в результате чего значение Крт: изменится.

При управлении каким-либо параметром х путем варьирования управляющего воздействия у управление будет тем успешней, чем более явной является связь между х и у. Любая опосредованность их связи снижает эффективность управления. По этой причине в уравнение (31) не следует включать компонент с К Задача управления дверями заключается в обеспечении в данной ветви требуемого расхода Q". Если добавить в уравнения (31) и (32) компоненты, связанные с рециркуляцией, задача управления дверями будет перегружена, а это может повредить их основной функции — обеспечению ()'. Поэтому задача управления коэффициентами рециркуляции должна полностью ложиться на РВУ, т. е. мы должны для них задать уравнение типа

т. е. при К[кц < А'™* идет увеличение угловой частоты, а значит, увеличение текущего коэффициента рециркуляции К ^. Данное уравнение позволяет без учета мощности так «подогнать» частоты рециркуляционных вентиляторов, чтобы они давали коэффициент рециркуляции, в точности равный К™*. Для устойчивости управления в уравнение управления (35) можно добавить интегральное звено:

Научное положение № 4.

Способ оптимального управления произвольным количеством вентиляторных установок рудника, минимизирующий суммарную мощность, потребляемую даниымн установками и производящий расчет управляющих воздействий с применением специального механизма учета влияния астивных источников тяги на воздухораспределенне в заданных сегментах сети.

Среди сформулированных на с. 22 автореферата условий работы ОСАУП наиболее сложным случаем является вариант г), подразумевающий оптимальное управление воздухораспределением в вентиляционной сети рудника, проветривание которого осуществляется с помощью нескольких главных вентиляторных установок, расположенных на значительном удалении друг от друга и оказывающих, соответственно, различное влияние на воздухораспределение на различных участках шахтного поля.

(35)

(36)

Необходимость оптимального управления воздухораспределением в таких условиях существует на реальных горнодобывающих предприятиях, а следовательно, АОУП должен иметь соответствующую математическую базу для работы в подобных ситуациях. Например, на момент написания настоящей диссертации было разработано техническое задание на закупку вентиляторной установки для горизонта II рудника 4 РУ ОАО «Беларуськалий». В нем предусмотрено разделение подземной ГВУ на два каскада по фланговой схеме (см. рис. 11), которые располагаются на западном и восточном направлениях горизонта. Ситуация является принципиально новой не только потому, что ГВУ является подземной, но и потому, что ГВУ разделена на 2 независимые части, каждая их которых состоит из 2 рабочих и одного резервного вентилятора. Кроме того, на горизонте планируется использование двух рециркуляционных установок и автоматических вентиляционных дверей.

Рис. 12. Вентиляционная сеть горизонта «-440 м» рудника 4 РУ ОАО «Беларуськалий»

Поскольку ГВУ разделена на две независимые части, работа которых по принципиальным соображениям (разные расчетные количества воздуха на направлениях, разные аэродинамические сопротивления крыльев и пр.) не может быть синхронизирована по производительности и прочим параметрам, АОУП должен быть модернизирован таким образом, чтобы оптимальные параметры каждого каскада ВГП вычислялись индивидуально, а суммарная мощность ВГП стремилась к минимуму.

Итак, в данном случае на вход АОУП поступает следующая информация:

— расчетное количество воздуха в контрольных точках вентиляционной сети рудника (У^ (м'/мин);

— ПДКР в рециркуляционных контурах К''"'1.

На выходе АОУП в результате решения задачи оптимального управления появляется следующая информация:

— частота вращения рабочего колеса /-го каскада ВГП й)вп! (об/мин);

Горизонт - 440 м

\

„um.

— угол установки лопаток рабочего колеса /"-го каскада ВГП <р

— переменные, управляющие режимом работы СОР, например, в случае АВД, углы поворота жалюзийных регуляторов ф, (°);

— частоты вращения рабочих колес рециркуляционных систем со?"' (об/мин).

Таким образом, АОУП в общем случае должен выполнить следующие условия:

• min при®, , )V/ep, (37)

tel'

где N, — мощность, потребляемая /-м каскадом ВГП, щ и — соответственно угловая частота вращения и угол установки лопаток рабочих колес 1-го каскада ВГП, Г — множество каскадов ВГП, установленных в вентиляционной сети рудника.

Рассмотрим вопрос оптимального управления множеством вентиляторов при условии минимизации их суммарной мощности.

В диссертации доказывается следующая теорема.

Пусть имеется замкнутая сеть произвольной топологии с К вентиляторами. Для любой ветви i и любого вентилятора / значение производной ЭQ^/дсо] не зависит от текущих значений расхода, напора и скоростей вращения вентиляторов, но является функцией топологии сети и функционального вида напорных характеристик.

Введем понятие матрицы влияния. Матрицей влияния называется матрица I, элементами которой служат величины Itj = ЭQ:/дат . Физический смысл матрицы влияния ясен уже из ее названия. Компонент Itj показывает степень влияния у-го вентилятора на расход в г'-й ветви. По данной матрице можно судить о том, какая ветвь каким вентилятором «преимущественно» проветривается. Более того, в случае реализации АОУП по данной матрице можно судить о том, регулирование частоты какого вентилятора обеспечивает требуемый расход в данной ветви с минимальными энергозатратами.

Управляющее уравнение (31) для случая одного вентилятора мы можем распространить на случай нескольких вентиляторов с помощью матрицы влияния следующим образом:

<Ло , ,

mp (i ( v; - V,f ) - min (i (V,, - v; )+ )) - Smm (i fi ) jП), (38)

где к> = (щ,...й>К ) — вектор частот вращения рабочих колес вентиляторов, I — матрица влияния, 1 = (0,...1,...0) = <^еи — /"-й орт «-мерного пространства ветвей.

D=diag

(

1 1 1

К — число вентиляторов, вектор-функции шах

и min возвращают вектор, имеющий максимальную (минимальную) длину из имеющихся: тахаь =а,, если |a,|>|aj|V/V j.

Суть модели (38) состоит в том, что старое управляющее воздействие

^тах(>'* -г,.) -шт(у,-V*) | —введенное в (31), будет «распределяться» в

определенной пропорции между К вентиляторами. Пропорция определяется на основании того, каким вентилятором эффективнее проветривать определенные ветви, т. е. с помощью матрицы влияния. Однако это не единственный фактор, определяющий пропорции управляющего воздействия: необходимо учитывать и текущее значение частоты вращения каждого из вентиляторов.

Может случиться так, что проводить проветривание данной выработки рациональнее у,-м вентилятором, чем у",-м, однако вентилятор уже разогнан до достаточно большой частоты <н, з> со. и при этом увеличение частоты его вращения на единицу

повлечет за собой гораздо большее увеличение мощности, чем в случае увеличения на единицу частоты вращения со^ . Для учета данной ситуации введена матрица О.

Диагональная матрица О имеет диагональ с элементами, обратно пропорциональными числу оборотов:

„ГО1, (39)

2 '

где ЛГу — мощность /-го вентилятора на валу. Произведение матриц ГО показывает, насколько сильно отразится на расходе г-н ветви изменение мощности /-го вентилятора на единицу.

Умножая И) на вектор 1 слева, мы выделяем из множества ветвей интересующую нас ветвь /, расход в которой требуется отрегулировать. Результирующий вектор имеет вид 1Ш ~ (9(2* /ЭЛ^,... Эр,2 /дЛ'А-). Чем больше каждая из его компонент, тем более эффективно управление. При желании обеспечить в данной ветви г декларируемый расход Q' предпочтительнее управлять тем вентилятором, для которого значение

/ЭЛГ, максимально. Поэтому Э£>2/ЭЛГ удобно брать в качестве параметра интенсивности управления, что и делается в уравнении (38). Для расчета углов поворота регуляторов АВД используются уравнения (32).

Вычисление матриц влияния в реальных ОСАУП

Алгоритм управления несколькими вентиляторами в обязательном порядке должен зависеть от места и способа их установки. Очевидно, что если поставить два вентилятора последовательно друг за другом в одной ветви и если эти же вентиляторы установить на разных флангах рудника, эффект от их совместной работы в обоих случаях будет существенно различаться.

Для учета расположения вентиляторов относительно топологии и геометрической конфигурации сети вводится матрица влияния, с помощью которой и производится алгоритмическая «привязка» вентилятора к топологии. Достоинством метода с использованием матрицы влияния является то, что у САУ нет необходимости «знать» топологию сети (это являлось камнем преткновения в более ранних исследованиях, посвященных теории автоматического управления воздухораспределением в вентиляционной сети, т. к. зашить топологию и аэродинамические сопротивления ветвей в управляющий контроллер невозможно, кроме того, данный процесс является бессмыслен-

ньм, т. к. топология сети и ее аэродинамические параметры непрерывно меняются, а идентифицировать их, как указывалось ранее, проблематично).

Процесс расчета матрицы влияния базируется на следующих принципах.

Принцип 1. Для расчета нет необходимости знать О^/Злг для всех и ветвей сети рудника, т. к. обычно есть некоторое количество п,, <к п «приоритетных» ветвей, в которых нам необходимо отработать требуемое воздухораспределение. Поэтому имеет смысл рассматривать редуцированную матрицу влияния

= 1...л/,,у" = \...К и тем самым искать меньшее число неизвестных.

Принцип 2. Производные Э^/дй^ могут быть аппроксимированы конечными разностями Д()ЩАа>*.

Принцип 3. В АОУ включается предварительный, калибровочный этап управления. Это значит, что перед тем как уравнения управления вводятся в действие, выполняется следующая процедура: управляемые вентиляторы поочередно меняют свою частоту = на некоторую величину Д<уу, после чего это изменение отражается на поле расходов + .

Научное положение № 5.

Теоретические положения методики моделирования в специализированном программно-вычнслительном комплексе, базирующиеся на технологии имитационного моделирования н предназначенные для построения оптимальных систем автоматического управления проветриванием подземного рудника.

Методология построения ОСАУП, разработанная в настоящей диссертации, предусматривает принципиально новый подход к разработке таких систем, а именно разработку технических решений на основе имитационного моделирования работы ОСАУП и их элементов в ПВК «АэроСеть», разработанном в 2002 — 2011 гг. при непосредственном участии автора.

Модель стационарного воздухораспределения, реализованная в ПВК «АэроСеть», предназначена для анализа различных технических решений и ситуаций, для которых характер протекания аэродинамических процессов во времени не играет никакой роли или эта роль несущественна. Для анализа процессов, происходящих в вентиляционной сети подземного рудника (шахты) во времени, модель стационарного воздухораспределения неприменима, т. к. не может дать ответа о характере их изменения между «стационарными» точками на оси времени, т. е. моментами, в которые воздухораспределение в сети является установившимся. Работа САУП целиком и полностью состоит из управления такими переходными процессами, поэтому имитация ее работы может вестись только в системе координат, включающих время /. Для расчета нестационарных процессов воздухораспределения на основе разработанной в диссертации теории был создан модуль расчета таких процессов, который показал достаточно корректные результаты, правдоподобность которых была подтверждена натурным моделированием на специально разработанном для этих целей испытательном аэродинамическом стенде ИАС-1 (см. рис. 19), а также многочисленными шахтными замерами, произведенными на различных рудниках.

Модель нестационарного воздухораспределения позволила применить ее в качестве базы, достаточно реалистично описывающей динамику воздушных потоков в подземных рудниках, что предоставило возможность проведения анализа процессов управления воздухораспределеннем с помощью средств САУП. Управляющие уравнения для ОСАУП были проверены и откорректированы именно на модели нестационарного воз-

духораспределения в ПВК «АэроСеть», после чего были положены в основу алгоритмов оптимального управления в испытательном аэродинамическом стенде ИАС-1 (см. рис. 13, 14 и 19), где показали свою надежность и эффективность, что и явилось подтверждением теории, разработанной в диссертации.

а а ь * л • пв^^ а ВО«

Ё>>

1_ЕЕЗ 1

| 32.» М.О

С™3

КрвН 0.145

I I

Ж.

■П хам

9

^ Б

I 38.1 нЛУю^ *О.ОыЗлп»4

1 I

Т5Г

Рис. 13. Мнемосхема оператора испытательного аэродинамического стенда ИАС-1, изображение вентиляционной сети рудника с двумя горизонтами, двумя рециркуляционными контурами, двумя АВД, двумя частотно-регулируемыми рециркуляционными установками, частотно-регулируемой ГВУ

Исходными данными для моделирования нестационарного воздухораспределения в ПВК «АэроСеть» являются следующие:

— аэродинамические сопротивления ветвей;

— длины ветвей;

— площади поперечных сечений ветвей;

— источники тяги с временными диаграммами режимов работы;

— СОР с временными диаграммами режимов работы.

Общие параметры нестационарного расчета включают:

— интервал времени Т, на котором производится расчет нестационарных процессов (с);

— температура воздуха (°С);

— скорость звука в воздухе (м/с);

— сегмент расчета (размер пространственной ячейки при дроблении ветви на сегменты) (м);

— плотность воздуха (кг/'м');

— атмосферное давление (граничное условие на выходе выработок, например, шахтных стволов или штолен, на дневную поверхность) (Па);

— время реакции вентилятора (с).

Рис. 14. Мнемосхема оператора испытательного аэродинамического стенда ИАС-1, графики изменения параметров (расходы воздуха, мощность вентиляторов и пр.)

График работы реального вентилятора задается аналогично идеальному, только на графике задается не напор, а скорость вращения рабочего колеса в зависимости от времени <у=©(г). При этом тип вентилятора, т. е. его напорная характеристика /'(()), выбирается из базы данных, общей с моделью стационарного расчета (см. рис. 16).

Помимо СПР (вентиляторных установок), в ПВК «АэроСеть» предусмотрено задание временных диаграмм для средств отрицательного регулирования, отражающих характер изменения их сопротивлений во время процесса моделирования. График работы регулятора задается как функция изменения аэродинамического сопротивления регулятора с течением времени, т. е. Л = ./?(/).

Приведем пример расчета переходных процессов, происходящих в подземном руднике, на упрощенной модели, представленной на рис. 15. Одними из достаточно важных переходных процессов в руднике с точки зрения разработки систем регулирования воздушных потоков в автоматическом режиме являются переходные процессы, вызванные изменением аэродинамического сопротивления заданного участка сети с помощью СОР, например, АВД. Смоделируем такую ситуацию на сети рис. 15. Сеть рудника представляет собой два ствола (вентиляционный и воздухоподающий) и два главных направления: южное и северное. В качестве главного вентилятора использован вентилятор ВРЦД-4,5.

Установим в ветви № 6 (южный транспортный штрек) СОР, которое на 99-й секунде за 1 с (практически мгновенно) создаст дополнительное аэродинамическое сопротивление в 1 кмюрг. Через 20 секунд СОР откроет ветвь № 6 вновь. График работы ВГП будет соответствовать его запуску, реверсу и останову (рис. 16). Результат моделирования изображен на рис. 17.

График расхода воздуха в ветви № 6, где установлен регулятор, показывает резкое падение расхода с 3200 до 500 м'/мин, которое происходит сразу же после закрытия регулятора, т. е. на 100-й секунде. На 120-й секунде (регулятор открыт вновь) происходит такой же резкий рост расхода до 3500 м3/мин, после чего возникает череда затухающих

колебаний, характерных для гидравлического удара, происходящих примерно до 350-й секунды, соответствующей моменту реверса ВГТТ.

•01."

Рис. 15. Вентиляционная сеть рудника с двумя стволами и двумя главными направлениями (ПВК «АэроСеть»)

Рис. 16. Задание рампы разгона, реверса и останова ВГП в ПВК «АэроСеть»

Рис. 17. График изменения расхода воздуха и давления в штреке с установленным

регулятором

вяшяшнннннннк

Общие Оптютоация Прогромгжру*»*,*: регуляторы Огтткма»»л™- управление

Автокат'чеекгй регувотор: -сиояиыйутов поворота - 0й 21 В пырлботкр угтлиппп^н аятпмлтмчеогнй регумтпр ветвь, в кпторой огуилтптилтся р»гу)*ровлние:

Ч»в- ЯпмермумгороИ '1ачапе1*,1Й -/топ г>:восота створок регг/»тара (О4 - открыт, 90е - аакрегт):

Л

3 Уос ги-сгяо угла гствол^т к у*« шпп россело О УЬеи=ик>»1в угла приводи! к расхода

4«. ггр*»мг»« г» доходу ем дул», чМхт 1200

Утоп покорен еюором ретушера

45 40 :: ; А р|:::::

» 30

■1

3м *

10 ■ 1 ..........1............1...........1............1............

и _/; = !

0 100 200 300 <00 нетбук ок ^ (отмена ¡даклщ.

Рис. 18. Изменение угла поворота створок одной из АВД в процессе регулирования

Процесс имитации работы ОСАУП базируется на нестационарной модели возду-хораспределения и включает задание следующих параметров СОР:

— наличие автоматического СОР в ветви;

— ветвь, в которой осуществляется регулирование данным СОР (эта ветвь не обязательно должна совпадать с ветвью, в которой установлено СОР);

— начальный угол поворота исполнительного механизма СОР;

— ограничение по расходу воздуха в регулируемой СОР ветви (обычно соответствует тому расходу, которого надо добиться, т. е. расчетному значению расхода воздуха);

— тип влияния угла поворота исполнительного механизма СОР на изменение расхода в регулируемой ветви (прямой, обратный).

Кроме того, задаются следующие параметры оптимального управления:

— параметры расчета сопротивления, создаваемого СОР;

— коэффициент интенсивности регулирования СОР (коэффициент пропорционального звена управляющего уравнения (33) для СОР);

— коэффициент интегральной памяти (коэффициент интегрального звена управляющего уравнения (33) для СОР);

— время простоя регулятора (с);

— коэффициент интенсивности регулирования частоты вращения рабочего колеса «вверх», т. е. увеличения числа оборотов (коэффициент у пропорционального звена управляющего уравнения (31) для ВГП);

— коэффициент интенсивности регулирования частоты вращения рабочего колеса «вниз», т. е. уменьшения числа оборотов (см. уравнение (31));

— время простоя ГВУ (с);

— коэффициент а пропорционального звена управляющего уравнения (36) для рециркуляционного вентилятора;

— коэффициент Ь интегрального звена управляющего уравнения (36) для рециркуляционного вентилятора;

— время простоя рециркуляционного вентилятора.

Процесс задания основных параметров на этом заканчивается, после чего можно запускать сам процесс имитационного моделирования. Процесс моделирования заключается в расчете параметров нестационарного течения воздуха на каждом временном шаге моделирования, передаче данных параметров в АОУ, который, работая согласно управляющим уравнениям, регулирует положение исполнительных механизмов СОР и СПР, оказывая тем самым непосредственное влияние на воздухораспределение. Возду-хораспределение изменяется под воздействием средств регулирования, эти параметры вновь анализируются АОУ. Так происходит на каждом временном шаге. Через некоторое время задача оптимального управления решается, т. е. достигаются требуемые расходы воздуха в контрольных точках сети, а мощность, потребляемая вентиляторами, становится при этом минимальной.

После окончания процесса моделирования в «АэроСети» можно просмотреть процесс работы всех исполнительных механизмов ОСАУП, т. е. СОР, вентиляторов, изучить изменение расходов воздуха и давлений во времени и пр. динамические параметры (см., например, рис. 18).

Рис. 19. Схема испытательного аэродинамического стенда ИАС-1

1 — вентилятор главного проветривания, 2 — воздухоподающнй ствол, 3 — вентиляционный ствол, 4 — рециркуляционный контур «горизонта» I, 5 — задвижка .тля имитации внешних утечек через надшахтное здание вентиляционного ствола, 6 — клапан для внесения возмушатотцих воздействий на сопротивление рециркуляционного кон 1 ура горизонта I, 7 — обратный клапан рециркуляциоипой системы горизонта I, 8 рециркуляционный вентилятор горизонта I, 9 датчик скорости воздушного потока в рециркуляционном контуре горизонта 1,1» — датчик скорости воздушного потока на горизонте I, 11 — рециркуляционный контур горизонта П, 12 — клапан дня внесения возмущающих воздействий на сопротивление рециркуляционного контура горизонта II, 13 — автоматическая вентиляционная дверь для регулирования количества воздуха па горизопте I, 14 клапац для впссспия возмущающих воздействий на сопротивление горизонта I. 15 клапан для «несения возмущающих воздействий на сопротивление горизонта II, 16 — автоматическая вентиляционная дверь для регулирования количества воздуха на горизонте И, 17 — шит управления стендом, 18 — датчик скорости воздушного потока па горизоите II. 19 обратный клапан рециркуляционной системы горизонта И, 20 рсцнркуляциошшй вентилятор горизонта П. 21 датчик скорости воздушного потока в рециркуляционном коптуре горизопга II

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проведенных в работе исследований можно сделать следующие выводы:

1. Разработана линейка эффективных и скоростных методов расчета стационарного воздухораспределения, позволяющая производить расчет вентиляционных сетей любой сложности за минимальный период времени. Разработанные методы расчета стационарного воздухораспределения заложены в основу математической библиотеки ПВК «АэроСеть», который показал высокую эффективность разработанных алгоритмов. Разработанный автоматический генератор сетей позволил провести сплошное тестирование нескольких тысяч сетей, которое способствовало выявлению различных достоинств и недостатков методов, а также установлению наилучших условий их применимости при расчете воздухораспределения в сетях.

2. Разработан метод расчета нестационарного воздухораспределения в шахтных вентиляционных сетях. Метод позволяет производить анализ аэродинамических переходных процессов, происходящих в рудниках при смене режимов проветривания, работе вентиляционных устройств и пр. Метод расчета реализован в ПВК «АэроСеть» и положен в основу модели нестационарного воздухораспределения в вентиляционной сети.

3. Сформулированы задачи оптимального управления проветриванием подземных рудников и осуществлена их классификация. Критериями классификации явились количество ГВУ, их пространственное расположение, наличие автоматических средств отрицательного регулирования и рециркуляционных систем.

4. Разработана математическая теория оптимального управления воздухораспре-делением в рудничной вентиляционной сети, позволившая математически доказать ряд важных теорем, на основе которых в дальнейшем были построены алгоритмы оптимального управления проветриванием.

5. Разработан способ вывода ВГП, оснащенного механизмом «горячего» поворота лопаток рабочего колеса и преобразователем частоты, в режим с максимальным гидравлическим КПД.

6. Разработан способ оптимального оперативного управления воздухораспределе-нием для ОСАУП с ГВУ с регулируемой производительностью, множеством СОР и РВУ.

7. Разработан способ оптимального оперативного управления воздухораспределе-нием для ОСАУП с несколькими ВГП с регулируемой производительностью и множеством СОР и РВУ.

8. Выведены управляющие уравнения для алгоритмов оптимального управления воздухораспределением, позволяющие учесть предельно допустимый коэффициент рециркуляции в автоматическом режиме.

9. Разработан программно-вычислительный комплекс «АэроСеть», имеющий в своей основе уникальную модель нестационарного воздухораспределения, позволяющую производить моделирование работы ОСАУП в различных ситуациях и с высокой степенью достоверности. Разработана методика создания и проектирования оптимальных САУП на базе имитационного моделирования в ПВК «АэроСеть».

10. Разработан и построен испытательный аэродинамический стенд, позволивший сымитировать работу оптимальной САУП в руднике с двумя горизонтами и двумя контурами управляемой рециркуляции. Работа алгоритма оптимального управления на стенде показала эффективность разработанных АОУП, а также независимость алгоритма оптимального управления от модели воздухораспределения.

11. Совместно с рядом промышленных предприятий разработана конструкторская документация, а также изготовлены и внедрены в промышленную эксплуатацию базовые элементы ОСАУП: автоматические вентиляционные двери АВД, шахтные вентиляторные установки ШВУ-12 А, блоки частотного регулирования БЧРв-30. Спроектирована и изготовлена система автоматического управления вентиляторной установкой главного проветривания САУ-ВГП-3 для Березовского участка рудника 4 РУ ОАО «Беларуськалий» для управления ВГП, изготовленными фирмой Howden Ventilatoren GmbH, ШВУ-12А, а также АВД, установленными в руднике. В основе программного обеспечения САУ-ВГП-3 лежат алгоритмы оптимального управления, разработанные в диссертации.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, утвержденных ВАК Минобрпауки РФ

1. Киселев А. О., Катаев А. В., Кутовой С. П., Круглов ТО. В. Внедрение ГИС-технологий на калийных рудниках Урала. // Известия вузов. Горный журнал. — 2003, —№2, —С. 111 — 116.

2. Круглов ТО. В. Расчет сложных вентиляционных сетей на ЭВМ. // Известия вузов. Горный журнал. — 2004. — № 2. — С. 46 — 49.

3. Круглов Ю. В., Исаевич А. Г., Левин Л. Ю. Сравнительный анализ современных алгоритмов расчета вентиляционных сетей. // Известия вузов. Горный журнал. — 2006. — № 5. — С. 32 — 37.

4. Казаков Б. П., Круглов ТО. В., Исаевич А. Г., Левин Л. ТО. Разработка программно-вычислительного комплекса «АэроСетъ» для расчета вентиляционных сетей шахт и рудников. // Горный информационно-аналитический бюллетень. Аэрология. — 2006. — С. 21 — 33.

5. Красноштейн А. Е., Алыменко Н. И., Круглов ГО. В. Вентиляционные режимы шахты «Объединенная» ООО «Дарасунский рудник» при пожаре в стволе шахты «Центральная» 07.09.2006 г. // Безопасность труда в промышленности.

— 2007. — № 9. С. 28 — 32.

6. Левин Л. Ю., Круглов Ю. В. Исследование рециркуляционного способа проветривания калийных рудников и его экономическая эффективность. // Горный информационно-аналитический бюллетень, № 10. — 2008. — С. 39 — 48.

7. Казаков Б. П., Левин Л. Ю., Круглов Ю. В., Исаевич А. Г., Шалимов А. В., Стукалов В. А. Совершенствование ресурсосберегающих систем вентиляции рудников Верхнекамского месторождения калийных солей. // Горный журнал.

— 2008. — № 10. — С. 81 — 83.

8. Протасеня И. В., Береснев С. П., Круглов Ю. В., Гришин Е. Л., Киряков А. С. Единая информационно-аналитическая система «АэроСетъ» для проектирования и расчета вентиляции калийных рудников. // Горный журнал.

— 2010. — № 8. — С. 69 — 72.

9. Головатый И. И., Круглов Ю. В., Левин Л. Ю. Шахтная вентиляторная установка с системой автоматического управления для рециркуляционного проветривания калийных рудников. // Горный журнал. — 2010. — № 8 — С 78

— 80.

10. Круглов Ю. В., Газизуллин Р. Р. Использование СРП-мстодов при исследовании аэрогазодинамических процессов в рудничной аэрологии. // Горный информационно-аналитический бюллетень. Аэрология. — 2011 — №4, — С. 211 —213.

1 ККашников А. В., Круглов ТО. В., Киряков А. С. Использование информационно-аналитической системы «АэроСеть» в качестве платформы для автоматизации взаимодействия горнодобывающего предприятия и научной организации в области вентиляции. // Горный информационно-аналитический бюллетень. Аэрология. — 2011. — № 4. — С. 207 — 211. 12. Круглов Ю. В., Левин Л. Ю., Зайцев А. В. Моделирование переходных процессов в вентиляционных сетях подземных рудников. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2011. — № 5.— С. 101 — 109.

Патенты

13. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «АэроСеть»: № 2006612154 / Круглов Ю. В., Казаков Б. П., Левин Л. Ю., Исаевич А. Г., Шалимов А. В.

14. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «План ликвидации аварий рудника»: № 2011616768 / Круглов Ю. В., Казаков Б. П., Левин Л. Ю., Шалимов А. В., Гришин Е. Л., Киряков А. С., Кашников А. В.

Публикации в других изданиях

15. Круглов Ю. В. Автоматизация расчета сложных вентиляционных сетей на ЭВМ. // Стратегия и процессы освоения георесурсов: матер, ежегодн. научи, сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2002 г. — Пермь. — 2003, —С. 202 — 205.

16. Круглов Ю. В. Проблемы автоматизации расчетов вентиляционных сетей горнодобывающих предприятий. // Стратегия и процессы освоения георесурсов: матер, ежегодн. научн. сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2003 г. — Пермь. — 2004. — С. 226 — 230.

17. Круглов Ю. В. Разработка алгоритма оптимального управления воздухораспределением для АСУ проветриванием рудника. // Стратегия и процессы освоения георесурсов: матер, ежегодн. научн. сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2004 г. — Пермь. — 2005. — С. 242 — 245.

18. Круглов Ю. В., Левин Л. Ю., Исаевич А. Г. Использование программно-вычислительного комплекса «АэроСеть» для моделирования процессов воздухораспределения в вентиляционных сетях шахт и рудников. // Уральский горнопромышленный форум: матер, научно-техн. конф. — Екатеринбург. — 2006. —С. 45 — 48.

19. Круглов Ю. В. Разработка комбинированного метода расчета рудничных вентиляционных сетей с переменными параметрами. // Стратегия и процессы освоения георесурсов: матер, ежегодн. научн. сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2005 г. — Пермь. — 2006. — С. 142 — 144.

20. Круглов Ю. В. Использование алгоритма оптимизации воздухораспределения в системах автоматического управления проветриванием калийных рудников. // Обеспечение и управление ГМК: Труды второй международной научно-практической конференции «Горное дело и металлургия в Казахстане. Состояние и перспективы». — Алма-Ата. — 2006. — С. 150— 155.

21. Круглов Ю. В., Левин Л. Ю., Исаевич А. Г. Использование программно-вычислительного комплекса «АэроСеть» для моделирования процессов воздухораспределения в вентиляционных сетях шахт и рудников. // Демидовские чтения на Урале: Тез. докл. Первого всероссийского научного форума. — Екатеринбург. — 2006. — С. 50 — 52.

22. Левин Л. Ю., Круглов Ю. В., Исаевич А. Г. Исследование и разработка многоцелевых рециркуляционных систем проветривания рудников. // Демидовские чтения на Урале: Тез. докл. Первого всероссийского научного форума. — Екатеринбург. — 2006. — С. 56 — 58.

23.Круглов Ю. В. Использование программно-вычислительного комплекса «АэроСеть» при создании систем многоцелевого проветривания рудников. // Материалы региональной научно-практической конференции «Геология и

полезные ископаемые Западного Урала». — Пермь. — Издательство ПГУ. — 2006, —С. 30 — 34.

24. Круглое Ю. В. Применение метода глобального градиента для расчета стационарного воздухораспределения в вентиляционных сетях шахт и рудников. // Материалы региональной научно-практической конференции «Геология и полезные ископаемые Западного Урала». — Пермь. — Издательство ПГУ. — 2006. — С. 312 — 318.

25. Красноштейн А. Е., Круглов Ю. В., Алыменко Н. И. Причины пожара на шахте «Объединенная» ООО «Дарасунский рудник». // Горное эхо. — 2006 — № 4 (26). —С. 45 — 51.

26.Круглов Ю. В., Казаков Б. П., Шалимов А. В. Автоматическое управление проветриванием рудников — перспективное направление развития рудничной аэрологии. // Материалы конкурса Минприроды РФ «Рациональное природопользование и охрана окружающей среды— стратегия устойчивого развития России в XXI веке». — 2006. — Москва. — С, 30 — 41.

27. Круглов Ю. В., Казаков Б. П., Шалимов А. В. Разработка системы автоматического управления проветриванием рудника с использованием алгоритма оптимизации воздухораспределения. // Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды: тр. конф. — ИГД СО РАН. — Новосибирск, 2007. — Т. 11. — С. 247 — 252.

28. Круглов Ю. В. Разработка и внедрение систем оптимального автоматического управления проветриванием калийных рудников России и Белоруссии. // Материалы международной научно-технической конференции «ISTIQLOL». — Узбекистан. — Навои. — 2007. — С. 130 — 135.

29. Круглов Ю. В. Методы совершенствования современных алгоритмов расчета стационарного воздухораспределения в вентиляционных сетях. // Стратегия и процессы освоения георесурсов: матер, ежегодн. научн. сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2006 г. — Пермь. — 2007 — С 121 — 124.

30. Круглов Ю. В. Исследование методов расчета распределения потоков в гидравлических сетях и разработка скоростного алгоритма решения задачи стационарного воздухораспределения в вентиляционных сетях рудников. // Всероссийская научная конференция «Проблемы рудничной аэрологии и безопасной разработки месторождений полезных ископаемых» 24-27 октября 2007 г. — Пермь. — 2007. — С. 34 — 38.

31. Круглов ТО. В. Исследование методов расчета стационарного воздухораспределения в вентиляционных сетях и их реализация в программном комплексе «АэроСеть». // Стратегия и процессы освоения георесурсов: матер, ежегодн. научн. сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2007 г. — Пермь. — 2008. — С. 121 — 124.

32.Круглов Ю. В. Основы построения систем оптимального автоматического управления проветриванием подземных рудников. // Стратегия и процессы освоения георесурсов: матер, ежегодн. научн. сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2008 г. — Пермь. — 2009. — С. 131 — 134.

33. Круглов Ю. В. Использование метода глобального градиента для расчета стационарного воздухораспределения в вентиляционных сетях шахт и рудников. // Компьютерные технологии при проектировании и планировании горных работ: Сб. тр. Всероссийской научной конференции с международным

участием, 23 — 26 сентября 2008 г. — Апатиты; Спб.: Реноме, 2009. — С. 211—215.

34. Круглое 10. В. Разработка и внедрение систем оптимального автоматического управления проветриванием калийных рудников России и Белоруссии. //Компьютерные технологии при проектировании и планировании горных работ: Сб. тр. Всероссийской научной конференции с международным участием, 23 — 26 сентября 2008 г. — Апатиты; Спб.: Реноме, 2009. — С. 215 — 217.

35.Круглов Ю. В. Научные основы построения оптимальных систем автоматического управления проветриванием подземных рудников. // Стратегия и процессы освоения георесурсов: матер, ежегодн. научн. сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2009 г. — Пермь. — 2010. —С. 151 — 162.

36.Круглов Ю. В., Зайцев А. В. Оценка погрешности применения законов расчета стационарного воздухораспределения в вентиляционной сети. // Вестник Пермского гос. техн. ун-та. — № 5. — 2010 г. — С. 90 — 95.

37.Кругдов Ю. В., Казаков Б. П., Стукалов В. А. Разработка научных и технологических основ построения оптимальных систем автоматического управления проветриванием подземных рудников. // Тезисы докладов всероссийской научно-технической конференции «Нефтегазовое и горное дело». Изд-во пермского государственного технического университета. Пермь. — 2010. — С. 162 — 164.

38. Круглов Ю. В., Шагбутдинов Р. И. Экономическая эффективность применения подземных главных вентиляторных установок на рудниках Старобинского месторождения калийных солей. // Горная механика и машиностроение. — 2010. — № 2. Солигорск. С. 43 — 49.

39. Круглов Ю. В., Левин Л. Ю. Основы построения оптимальных систем автоматического управления проветриванием подземных рудников. // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле.— 2010. Выпуск 2, —С. 104—110.

40. Круглов Ю. В. Научно-технические основы построения оптимальных систем автоматического управления проветриванием подземных рудников. // Стратегия и процессы освоения георесурсов: матер, ежегодн. научн. сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2010 г. — Пермь, 2011. — С. 100— 102.

Сдано в печать 23.02.2012 г. Формат 60x84/16. Тираж 100 экз.

Отпечатано сектором НТИ ГИ УрО РАН 614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78а

Содержание диссертации, доктора технических наук, Круглов, Юрий Владиславович

СОДЕРЖАНИЕ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ И МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ СЕТЕВЫХ ЗАДАЧ АЭРОДИНАМИКИ В ПОДЗЕМНЫХ РУДНИКАХ.

1.1. Оптимальное управление воздухораспределением в подземных рудниках и системы автоматизации проветривания.

1.2. Методы расчета стационарного воздухораспределения в вентиляционных сетях и их классификация.

1.3. Расчет нестационарного воздухораспределения (переходных аэродинамических процессов) в рудниках.

1.4. Программное обеспечение для моделирования вентиляции шахт и рудников.

1.5. Цель и задачи исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕРНИЗАЦИЯ МЕТОДОВ РАСЧЕТА СТАЦИОНАРНОГО ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В СЕТИ.

2.1. Разработка линейки скоростных методов расчета стационарного воздухораспределения.

2.1.1. Вспомогательные алгоритмы для расчета стационарного воздухораспределения.

2.1.2. Модернизированный метод Андрияшева — Кросса.

2.1.3. Модернизированный метод решения общей системы уравнений Кирхгофа.

2.1.4. Модернизированный метод контурных расходов.

2.1.5. Модернизированный метод глобального градиента.

2.2. Исследование факторов, влияющих на сходимость разработанных методов и на ее скорость.

2.3. Выводы к главе 2.

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА НЕСТАЦИОНАРНОГО ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В СЕТИ.

3.1. Особенности расчета аэродинамических процессов в рудниках и анализ степени применимости стационарной модели воздухораспределения для исследования работы систем оптимального управления проветриванием.

3.2. Разработка метода решения задачи нестационарного воздухораспределения в вентиляционной сети подземного рудника.

3.2.1. Вывод уравнений движения воздуха в вентиляционной сети в нестационарной постановке с учетом его сжимаемости и инерционности.

3.2.2. Разработка численной схемы для решения задачи расчета нестационарного воздухораспределения в сети.

3.3. Разработка алгоритма расчета нестационарного воздухораспределения в вентиляционной сети подземного рудника.

3.4. Выводы к главе 3.

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ В ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СЕТЯХ ПОДЗЕМНЫХ РУДНИКОВ.

4.1. Постановка задачи оптимального управления воздухораспределением в вентиляционной сети рудника в общем виде.

4.2. Исследование условий применения систем оптимального управления проветриванием подземных рудников и разработка их классификации.

4.2.1. Оптимизация работы одной ГВУ (управление воздухораспределением внутри вентиляционной сети отсутствует).

4.2.2. Оптимизация работы одной ГВУ и воздухораспределения внутри вентиляционной сети без использования систем рециркуляции.

4.2.3. Оптимизация работы одной ГВУ и воздухораспределения внутри вентиляционной сети с использованием систем рециркуляции.

4.2.4. Оптимизация работы нескольких вентиляторных установок и воздухораспределения внутри вентиляционной сети с использованием систем рециркуляции.

4.3. Разработка методов решения различных классов задач оптимизации воздухораспределения в руднике.

4.3.1. Метод вывода ГВУ в режим с максимальным гидравлическим КПД.

4.3.2. Оптимальное управление воздухораспределением с одной ГВУ и множеством АВ Д.

4.3.2.1. Разработка теоретических основ оптимального управления для случая одной ГВУ и множества АВД.

4.3.2.2. Управляемая рециркуляция как элемент алгоритма оптимального управления проветриванием.

4.3.2.3. Численная реализация управляющего алгоритма.

4.3.2.4. Примеры моделирования элементарных сетевых задач управления на базе разработанных АОУ.

4.3.3. Оптимальное управление воздухораспределением с множеством вентиляторов и множеством АВ Д.

4.3.3.1. Разработка теоретических основ оптимального управления для случая множества вентиляторов и множества АВД.

4.3.3.2. Вычисление матрицы влияния.

4.4. Выводы к главе 4.

5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИМИТАЦИОННОГО КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ РАБОТЫ ОПТИМАЛЬНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОВЕТРИВАНИЕМ ПОДЗЕМНЫХ РУДНИКОВ.

5.1. Использование модели стационарного воздухораспределения ПВК «АэроСеть» для оптимизации статических параметров САУП.

5.1.1. Подготовка исходных данных для моделирования.

5.1.2. Расчет стационарного воздухораспределения.

5.2. Использование модели нестационарного воздухораспределения ПВК «АэроСеть» для оптимизации динамических параметров САУП.

5.2.1. Исходные данные для моделирования.

5.2.2. Расчет нестационарного воздухораспределения.

5.2.3. Расчет переходных аэродинамических процессов в рудниках.

5.3. Применение технологии имитационного моделирования работы ОСАУП, использованной в ПВК «АэроСеть», для исследования их работы и выбора оптимальных параметров управления.

5.3.1. Исходные данные для моделирования ОСАУП.

5.3.2. Имитационное моделирование типичных вариантов применения ОСАУП в подземных рудниках.

5.4. Выводы к главе 5.

6. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОВЕТРИВАНИЕМ НА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПОДЗЕМНОГО РУДНИКА (ИСПЫТАТЕЛЬНОМ СТЕНДЕ).

6.1. Выбор параметров модели вентиляционной сети рудника и разработка конструкции испытательного стенда.

6.2. Разработка алгоритма оптимального управления вентиляционными устройствами стенда.

6.3. Исследование работы алгоритма оптимального управления на испытательном стенде.

6.4. Сравнительный анализ параметров работы стенда и результатов моделирования в ПВК «АэроСеть».

6.5. Выводы к главе 6.

7. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОВЕТРИВАНИЕМ В ПОДЗЕМНЫХ РУДНИКАХ.

7.1. Особенности разработки и применения исполнительных элементов систем оптимального управления проветриванием.

7.2. Оптимальное перераспределение воздушных потоков в вентиляционной сети рудника с использованием автоматических вентиляционных дверей.

7.3. Применение автоматических средств рециркуляционного проветривания в составе систем оптимального управления проветриванием.

7.4. Использование блоков частотного регулирования производительности ВМП в составе систем оптимального управления проветриванием.

7.5. Комплексное применение систем оптимального управления проветриванием.

7.6. Выводы к главе 7.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Теоретические и технологические основы построения систем оптимального управления проветриванием подземных рудников"

Актуальность темы диссертации.

Эффективное решение задач вентиляции современных подземных горнодобывающих предприятий немыслимо без широкого использования средств промышленной автоматизации, вычислительной техники и методов математического имитационного моделирования аэрогазодинамических процессов, происходящих в подземных рудниках. Увеличение объемов добычи руды и вызванное им увеличение потребности рабочих зон в свежем воздухе, разрастание вентиляционных сетей и использование систем управляемой рециркуляции, повышение требований к сбалансированному распределению воздушных масс между сегментами вентиляционных сетей и другие факторы делают управление воздушными потоками в вентиляционных сетях крупных рудников исключительно сложной задачей, эффективное и экономически целесообразное решение которой в рамках жестких требований к безопасности ведения горных работ представляется трудноосуществимым без использования средств автоматического управления проветриванием.

Случаи использования средств автоматического и автоматизированного управления проветриванием подземных рудников в настоящее время весьма редки. Основная функция подобных систем, действующих на горнодобывающих предприятиях,— контроль параметров проветривания и в лучшем случае ручное дистанционное управление вентиляционными устройствами (вентиляторными установками и средствами отрицательного регулирования). Однако современный уровень развития горного производства предъявляет гораздо более высокие требования к системам управления вентиляцией рудников. Главнейшими требованиями являются:

1) обеспечение безопасности ведения горных работ;

2) экономическая эффективность;

3) отказоустойчивость и надежность.

Обеспечение безопасности ведения горных работ предусматривает быструю реакцию системы управления на изменение параметров проветривания (повышение концентрации токсичных и горючих газов, снижение количества свежего воздуха на участках вентиляционной сети и пр.) с автоматическим переводом ее в режим, приводящий указанные параметры в допустимые пределы.

Экономическая эффективность системы обеспечивает работу вентиляционных устройств (вентиляторные установки, регуляторы расходов воздуха и пр.) в режиме, позволяющем свести энергетические затраты на проветривание рудника к минимально возможным значениям.

Отказоустойчивость и надежность автоматической системы проветривания обеспечивает непрерывное, логически последовательное и удовлетворяющее предыдущим требованиям проветривание рудника как в случае выхода из строя отдельных компонентов системы, так и в аварийных ситуациях (например, при подземных пожарах).

Поскольку вентиляционные сети рудников являются в каждом случае индивидуальными, разработка конкретной оптимальной системы автоматического управления проветриванием требует решения комплекса задач, связанных с оптимальным выбором мест установки и типов регуляторов расходов воздуха, заданием способа регулирования производительности вентиляторных установок, определением динамических характеристик вентиляционной сети рудника, расчетом параметров рециркуляционных установок, оценкой экономической эффективности и целесообразности внедрения системы, расчетом ее надежностных характеристик, моделированием поведения системы в аварийных ситуациях и множеством других вопросов.

Все вышеперечисленные обстоятельства указывают на необходимость разработки совокупности математических алгоритмов, программных средств и практических методов построения оптимальных систем автоматического управления проветриванием подземных рудников, позволяющих эффективно и в полном объеме решать поставленные выше задачи управления их вентиляцией.

Цель работы — разработка научно-технологических основ построения оптимальных систем автоматического управления проветриванием подземных рудников и шахт, обеспечивающих безопасное ведение горных работ и энергоэффективность процесса рудничной вентиляции.

Основная идея работы заключается в использовании математической имитационной модели нестационарного воздухораспределения в вентиляционной сети и динамических моделей средств отрицательного и положительного регулирования для разработки оптимальных систем автоматического управления проветриванием подземных рудников.

Основные задачи работы: исследование границ применимости модели стационарного воздухораспределения к моделированию работы САУП, разработка эффективных и скоростных методов расчета стационарного воздухораспределения в вентиляционных сетях и анализ параметров их сходимости; исследование процессов неустановившегося движения воздуха в шахтах, разработка метода расчета нестационарного воздухораспределения в вентиляционных сетях шахт для анализа переходных аэродинамических процессов, возникающих за счет реактивных свойств воздушных потоков; классификация условий применения и разработка способов оптимального управления вентиляционными устройствами, установленными в подземном руднике, работающими с использованием критерия минимизации суммарной мощности, потребляемой вентиляторными установками рудника, с одновременным сохранением соответствия фактических расходов воздуха их требуемым значениям; разработка программно-вычислительного комплекса для имитационного моделирования работы ОСАУП, работающего на базе модели нестационарного воздухораспределения в вентиляционной сети; проверка работы разработанного алгоритма оптимального управления на испытательном аэродинамическом стенде, представляющем собой физическую модель подземного рудника с вентиляционными устройствами; сравнение результатов физического моделирования ОСАУП, полученных на стенде, с результатами, полученными на имитационной компьютерной модели ОСАУП в разработанном программно-вычислительном комплексе; определение степени устойчивости разработанного АОУ к внутренним и внешним возмущающим воздействиям, а также к техническим ограничениям автоматических средств регулирования и измерений; разработка технологии применения автоматических средств отрицательного и положительного регулирования, входящих в состав ОСАУП и являющихся ее базовыми элементами; создание методики построения и проектирования ОСАУП, унифицирующей методы выбора мест установки, параметров и характеристик технических средств ОСАУП, а также процесс разработки управляющих алгоритмов для программного обеспечения верхнего уровня ОСАУП, обеспечивающих вывод системы управления в оптимальный режим.

Основные научные положения, выносимые на защиту: методы расчета стационарного воздухораспределения, основанные на использовании скоростных матричных численных схем, позволяющие оптимизировать технические параметры и места размещения основных исполнительных механизмов систем автоматического управления проветриванием; метод расчета нестационарного воздухораспределения в рудничной вентиляционной сети, использующий решение уравнений балансов импульса и массы в одномерной сетевой постановке, обеспечивающий учет свойств сжимаемости и инерционности рудничного воздуха; научные основы и технологические принципы оптимального управления исполнительными механизмами системы автоматического проветривания подземного рудника с применением управляемой рециркуляции и автоматического отрицательного регулирования, гарантирующего доставку свежего воздуха всем потребителям рудника в требуемом количестве в автоматическом режиме; способ оптимального управления произвольным количеством вентиляторных установок рудника, минимизирующий суммарную мощность, потребляемую данными установками и производящий расчет управляющих воздействий с применением специального механизма учета влияния активных источников тяги на воздухорас-пределение в заданных сегментах сети; теоретические положения методики моделирования в специализированном программно-вычислительном комплексе, базирующиеся на технологии имитационного моделирования и предназначенные для построения оптимальных систем автоматического управления проветриванием подземного рудника.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается соответствием фундаментальным физическим законам, сопоставимостью результатов аналитического решения, численных (компьютерных), физических (лабораторных) и натурных экспериментов, соответствием приведенных результатов данным, полученным другими авторами, значительным объемом наблюдений, выполненных в натурных условиях при проведении промышленных испытаний, измерениями на испытательном стенде, положительными результатами реализации предложенных технических решений в рудниках Старобинского и Верхнекамского месторождений.

Научная новизна: скоростные матричные численные схемы, примененные в модернизированных методах расчета стационарного воздухораспределения в вентиляционных сетях шахт и подземных рудников; численная схема метода расчета нестационарного воздухораспределения в вентиляционной сети, позволяющая производить анализ переходных аэродинамических процессов за счет учета сжимаемости и инерционности воздушных потоков; классификация условий применения оптимальных систем автоматического управления проветриванием в подземных рудниках; алгоритм вывода вентилятора главного проветривания, оборудованного механизмом поворота лопаток рабочего колеса и преобразователем частоты, в режим работы с максимальным КПД; способ оптимального управления автоматическими вентиляционными устройствами в руднике и несколькими вентиляторными установками с регулируемой производительностью согласно критерию минимизации суммарной мощности, затрачиваемой на вентиляцию, использующий специальную матрицу влияния источников тяги на расходы воздуха в заданных сегментах вентиляционной сети; управляющие уравнения для системы оптимального управления автоматическими вентиляционными устройствами в руднике и ГВУ с регулируемой производительностью; методика построения оптимальных систем автоматического управления проветриванием, в основе которой лежит имитационное компьютерное моделирование в разработанном программно-вычислительном комплексе «АэроСеть», реализующем модель нестационарного воздухораспределения в сети.

Практическое значение и реализация результатов работы.

Результаты, полученные в работе, позволяют использовать принципиально новую методологию при разработке и проектировании систем автоматического управления проветриванием, применение которой приводит к эффективному проветриванию рабочих зон рудников и значительной экономии электроэнергии.

В настоящее время многие результаты работы внедрены в промышленную эксплуатацию на горнодобывающих предприятиях, часть находится в процессе внедрения. Шахтные вентиляторные установки ШВУ-12А, предназначенные для рециркуляционного проветривания, в настоящее время находятся в промышленной эксплуатации в рудниках 1 РУ, 2 РУ, 3 РУ и 4 РУ ОАО «Беларуськалий» (Республика Беларусь), а также в руднике СКПРУ-3 ОАО «Уралкалий» (г. Соликамск). Всего в промышленной эксплуатации находятся 15 таких установок. Разработана конструкторская документация и изготовлены промышленные образцы автоматической вентиляционной двери АВД, предназначенной для отрицательного регулирования воздушных потоков, в настоящее время проходят промышленные испытания двери в рудниках ОАО «Беларуськалий»; далее запланировано оснащение такими дверями всех калийных рудников России и Белоруссии. Разработаны конструкторская документация и технология применения блока частотного регулирования БЧРв-30, предназначенного для управления производительностью вентиляторов местного проветривания. Изготовлены промышленные образцы БЧРв-30, получены сертификаты и разрешение Ростехнадзора на проведение промышленных испытаний блока в условиях шахт и рудников. Разработана конструкторская документация и изготовлена система автоматического управления вентиляторной установкой главного проветривания для подземной ВУГП Березовского участка рудника 4 РУ ОАО «Беларуськалий» (производитель вентилятора — Howden Ventilatoren GmbH, Германия). Разработаны исходные данные для проектов систем автоматического управления проветриванием в рудниках БКПРУ-2 и БКПРУ-4 ОАО «Уралкалий».

Изготовлен испытательный аэродинамический стенд ИАС-1, позволяющий исследовать работу алгоритмов оптимального управления проветриванием в условиях натурного эксперимента.

Разработан мощный программно-вычислительный комплекс «АэроСеть», предназначенный для имитационного моделирования работы систем автоматического управления проветриванием, которое позволяет избежать многочисленных ошибок при их проектировании и учесть специфику различных рудников еще на предпроектных стадиях. ПВК «АэроСеть» и его многочисленные программные модули в настоящее время активно применяются на горнодобывающих предприятиях России и Белоруссии, включаются в технологические регламенты по проветриванию, используются в учебном процессе ряда вузов.

Апробация работы.

Содержание отдельных разделов и материалов диссертационной работы докладывалось и обсуждалось на научных сессиях ГИ УрО РАН (Пермь, 2003 — 2011 гг.), на Уральском горнопромышленном форуме «Горное дело. Оборудование. Технологии» (Екатеринбург, 2006 г.), на Первом всероссийском научном форуме «Демидовские чтения на Урале» (Екатеринбург, 2006 г.), на международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2006, 2008, 2010 гг.), на научно-практической конференции «Медве-девские чтения» (Кунгур, 2004 г.), на Второй международной конференции «Горное дело» (Алма-Ата, 2006 г.), на международной конференции «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (Новосибирск, 2006 г.), на II Международной научно-практической конференции «Инновационные направления в проектировании горнодобывающих предприятий» (Санкт-Петербург, 2011 г.), на всероссийской научной конференции с международным участием «Компьютерные технологии при проектировании и планировании горных работ» (Апатиты, 2008 г.), на республиканской научно-технической конференции «ISTIQLOL» (Навои, Узбекистан, 2007 г.), на всероссийской научно-технической конференции «Нефтегазовое и горное дело» (Пермь, 2010 г.), на конференции «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 2008 г.), на Третьей харбинской международной выставке (Харбин, Китай, 2011 г.), на технических советах в ОАО «Сильвинит», ОАО «Уралкалий», ОАО «Беларуськалий», ОАО «КнауфГипсНовомо-сковск», ОАО «АК "АЛРОСА"» и пр.

Публикации.

По теме диссертации опубликованы 40 печатных работ, в т. ч. 12 — в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, утвержденных ВАК Минобрнауки РФ, получено 2 свидетельства Роспатента об официальной регистрации программ для ЭВМ.

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения. Работа изложена на 340 страницах машинописного текста, содержит 118 рисунков и 14 таблиц. Список использованных источников состоит из 213 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Круглов, Юрий Владиславович

7.6. Выводы к главе 7

В результате проведенных в главе исследований можно привести следующие основные выводы и перечислить главные достижения, сделанные автором:

1. Работа систем автоматического управления проветриванием в рудниках требует не только разработки математического и программного обеспечений, но и разработки современных технических средств управления воздушными потоками в вентиляционной сети рудника.

2. Наиболее эффективным методом управления производительностью ВГП является комбинация методов частотного регулирования и регулирования угла установки лопаток рабочего колеса в «горячем» режиме. Это обеспечивает достижение максимального гидравлического КПД вентилятора. Регулирование только частотой вращения не дает возможности регулировать КПД в зависимости от аэродинамической характеристики вентиляционной сети.

3. Наиболее эффективным и надежным методом отрицательного регулирования воздушных потоков в руднике является использование вентиляционных дверей, исполнительными механизмами которых являются жалюзийные регуляторы. Примером таких СОР является разработанная дверь АВД, конструкция и описание принципа работы которой представлены в настоящей главе.

4. Процесс рециркуляционного проветривания в автоматическом режиме, интегрированный в генеральный процесс оптимального управления САУП, наиболее эффективно может быть осуществлен с использованием разработанной шахтной вентиляторной установки ШВУ-12А, описание которой представлено в настоящей главе.

5. Наиболее эффективной работы РВУ, например, ШВУ-12А, можно достичь при совместной работе ШВУ-12А и АВД. АВД устанавливает депрессию участка сети, в котором расположен рециркуляционный контур, такой, которая была бы наиболее оптимальна для достижения требуемого коэффициента рециркуляции. Этот процесс автоматического регулирования депрессии позволяет решить проблему невозможности изменения диаметра камеры смешения ШВУ-12А, которая определяет оптимальную депрессию направления, на котором осуществляется рециркуляционное проветривание.

6. Значительной экономии электроэнергии, затрачиваемой на проветривание рудника, можно достичь при применении блоков частотного регулирования типа БЧРв-30, которые позволяют регулировать производительность ВМП, проветривающих тупиковые выработки. Конструкция и описание принципа работы БЧРв-30 приведено в настоящей главе. Экономия электроэнергии достигается в силу снижения подачи свежего воздуха в рудник за счет возможности подачи в забой ровно необходимого количества воздуха (а также и за счет снижения мощности калориферных систем в зимний период).

7. ОСАУП работает наиболее эффективно при условии применения на руднике программного комплекса «Электронная инструкция по расчету количества воздуха.», которая выдает в ОСАУП уставки по расчетным количествам воздуха на участках сети, а также по ПДКР.

8. Все исполнительные механизмы, созданные и разработанные при непосредственном участии автора диссертации (ШВУ-12А, АВД, БЧРв-30), а также программное обеспечение, разработанное на основе фундаментальных алгоритмов и методов, представленных в главах 4 и 5 настоящей работы, легли в основу работы оптимальной системы автоматического проветривания Березовского участка рудника 4 РУ ОАО «Беларуськалий», которая является, вероятно, первой в мире системой, работающей согласно принципам оптимального управления. Разработанная концепция оптимального управления лежит в основе положения, согласно которому АОУП и средства автоматического управления проветриванием являются основой эффективной и безопасной вентиляции шахт и рудников.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе, представляющей собой законченную научную работу, поставлен и решен комплекс математических, программных, технических и технологических задач, решение которых является научной базой для моделирования, разработки, проектирования и изготовления оптимальных систем автоматического управления проветриванием подземных рудников и шахт.

Диссертационная работа подводит фундаментальную базу под задачи современной рудничной вентиляции, решение которых основано на утверждении о том, что наиболее эффективное (как с точки зрения безопасности ведения горных работ, так и с точки зрения энергосбережения) проветривание подземного рудника может быть осуществлено только с использованием систем автоматического управления, в основе работы которых лежит принцип оптимального управления воздухораспределением.

В работе сформулирован принцип оптимального управления и формально поставлена задача оптимального управления, решение которой начинается с разработки линейки методов расчета стационарного и нестационарного воздухораспределения, продолжается при постановке задачи оптимального управления и построении теории оптимального управления воздухораспределением в подземном руднике, включающей АОУП. Методика построения оптимальных САУП в диссертации разбита на этапы, главным из которых является имитационное математическое моделирование ОСАУП в ПВК «АэроСеть», позволяющем имитировать работу САУП на базе модели нестационарного воздухораспределения. Корректность модели нестационарного воздухораспределения и эффективность разработанных алгоритмов оптимального управления проверена на испытательном аэродинамическом стенде ИАС-1, специально сконструированном для целей натурного моделирования ОСАУП. В последней главе диссертации приведены технические описания базовых исполнительных элементов САУП (рециркуляционные установки, автоматические вентиляционные двери, блоки частотного регулирования ВМП, САУ ВГП), разработанные при непосредственном участии автора и эксплуатирующиеся в настоящее время на ряде горных предприятий.

Результаты отдельных исследований, проведенных в диссертации, приведены в выводах к главам, и в настоящем заключении мы выделим лишь основные итоги, вкратце сводящиеся к следующему:

1. Разработана линейка эффективных и скоростных методов расчета стационарного воздухораспределения, позволяющая производить расчет вентиляционных сетей любой сложности за минимальный период времени (практически мгновенно).

2. Разработанные методы расчета стационарного воздухораспределения заложены в основу математической библиотеки ПВК «АэроСеть», который показал высокую эффективность разработанных алгоритмов. Разработанный автоматический генератор сетей позволил провести сплошное тестирование нескольких тысяч сетей, которое способствовало выявлению различных достоинств и недостатков методов, а также установлению наилучших условий их применимости при расчете воздухораспределения в сетях.

3. Разработан метод расчета нестационарного воздухораспределения в шахтных вентиляционных сетях. Метод позволяет производить анализ аэродинамических переходных процессов, происходящих в рудниках при смене режимов проветривания, работе вентиляционных устройств и пр. Метод расчета реализован в ПВК «АэроСеть» и лег в основу модели нестационарного воздухораспределения в вентиляционной сети.

4. Сформулированы задачи оптимального управления проветриванием подземных рудников и осуществлена их классификация. Критериями классификации явились количество ГВУ, их пространственная сосредоточенность, наличие автоматических средств отрицательного регулирования и рециркуляционных систем.

5. Разработана математическая теория оптимального управления воз-духораспределением в рудничной вентиляционной сети, позволившая строго математически доказать ряд важных теорем, на основе которых в дальнейшем были построены алгоритмы оптимального управления проветриванием.

6. Разработан алгоритм вывода вентилятора главного проветривания, оснащенного механизмом «горячего» поворота лопаток рабочего колеса и преобразователем частоты, в режим с максимальным гидравлическим КПД.

7. Разработан способ оптимального оперативного управления воздухо-распределением для ОСАУП с ГВУ с регулируемой производительностью, множеством СОР и РВУ.

8. Разработан способ оптимального оперативного управления воздухо-распределением для ОСАУП с несколькими ВГП с регулируемой производительностью и множеством СОР и РВУ.

9. Выведены управляющие уравнения для алгоритмов оптимального управления воздухораспределением, позволяющие учесть предельно допустимый коэффициент рециркуляции в автоматическом режиме.

10.Разработан программно-вычислительный комплекс «АэроСеть», имеющий в своей основе уникальную модель нестационарного воз-духораспределения, позволяющую производить моделирование работы САУП в различных ситуациях и с высокой степенью достоверности.

11 .Разработана методика разработки и проектирования оптимальных САУП на базе имитационного моделирования в ПВК «АэроСеть».

12.Разработан и построен испытательный аэродинамический стенд, позволивший сымитировать работу оптимальной САУП в руднике с двумя горизонтами и двумя контурами управляемой рециркуляции. Работа алгоритма оптимального управления на стенде показала эффективность разработанных АОУП, а также независимость алгоритма оптимального управления от модели воздухораспределения.

13.Совместно с рядом промышленных предприятий разработана конструкторская документация, а также изготовлены и внедрены в промышленную эксплуатацию базовые элементы ОСАУП: автоматические вентиляционные двери АВД, шахтные вентиляторные установки 1ПВУ-12А, блоки частотного регулирования БЧРв-30.

14.Спроектирована и изготовлена система автоматического управления вентиляторной установкой главного проветривания САУ-ВГП-3 для Березовского участка рудника 4 РУ ОАО «Беларуськалий» для управления ВГП, изготовленными фирмой Howden Ventilatoren GmbH, ШВУ-12А, а также АВД, установленными в руднике. В основе программного обеспечения САУ-ВГП-3 лежат алгоритмы оптимального управления, разработанные в диссертации.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Круглов, Юрий Владиславович, Пермь

1. Абрамов Ф. А. Рудничная аэрогазодинамика. М.: Недра, 1972.

2. Абрамов Ф. А., Бойко В. А. Автоматизация проветривания шахт. Клев: Наук, думка, 1967.

3. Абрамов Ф. А., Бойко В. А., Булах Г. И. Применение быстродействующих ЭВМ для расчета проветривания шахт.— Известия АН СССР. Металлургия и горное дело, 1963, № 2, с. 161 — 169.

4. Абрамов Ф. А., Бойко В. А., Гращенков Н. Ф. и др. Справочник по рудничной вентиляции. М.: Недра, 1977.

5. Абрамов Ф. А., Бойко В. А., Тян Р. Б., Швец Г. А. Расчет распределения и регулирования воздуха в шахтных вентиляционных сетях с помощью электронно-вычислительных машин. М.: ЦНИИЭуголь, 1968.

6. Абрамов Ф. А., Бойко В. А., Тян Р. Б., Швец Г. А. Расчет сложных вентиляционных сетей на электронно-вычислительных машинах. Горный журнал, 1964, № 11, с. 61—64.

7. Абрамов Ф. А., Долинский В. А., Идельчик И. Е. и др. Аэродинамическое сопротивление горных выработок и тоннелей метрополитена. М.: Недра, 1964.

8. Абрамов Ф. А., Милетич А. Ф., Эстрейманн В. 3. Инструментальные средства и методы депрессионных съемок шахт. М.: Недра, 1974.

9. Абрамов Ф. А., Тян Р. Б. Методы и алгоритмы централизованного контроля и управления проветриванием шахт. Киев: Наук, думка, 1973.

10. Абрамов Ф. А., Тян Р. Б., Потемкин В. Я. Воздухораспределение в вентиляционных сетях шахт. Киев: Наук, думка, 1971.

11. Абрамов Ф. А., Тян Р. Б., Потемкин В. Я. Расчет вентиляционных сетей шахт и рудников. М.: Недра, 1978.

12. Абрамов Ф. А., Фельдман Л. П., Святный В. А. Моделирование динамических процессов рудничной аэрологии. К.: Наукова думка, 1981.

13. Абрамов Ф. А., Фельдман Л. П., Святный В. А., Лапко В. Е. О математическом моделировании переходных аэродинамических процессов на выемочных участках. Изв. вузов. Горный журнал, 1967, № 3, с. 57 — 60.

14. АВД 901.00.00.000 РЭ. Автоматическая вентиляционная дверь (АВД). Руководство по эксплуатации. ООО «НПО "АэроСфера"». Пермь: 2011.

15. Акутин К. Г., Филиппович Е. И., Шойхет Л. А. Управление воздухорас-пределением в шахтной вентиляционной сети. М.: Недра, 1977.

16. Алешкевич В. А., Деденко Л. Г., Караваев В. А. Механика сплошных сред. М.: Изд-во физического факультета МГУ, 1998.

17. Алыменко Д. Н. Работа вентиляторной установки комбинированного типа в рудничной вентиляционной сети. Дис. канд. техн. наук. Пермь: 1999.

18. Альтшуль А. Д. Гидравлические сопротивления. М.: Недра, 1970.

19. Альтшуль А. Д., Киселев П. Г. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиз-дат, 1975.

20. Алямовский А. А., Собачкин А. А., Одинцов Е. В., Харитонович А. И., Пономарев Н. Б. 8оНс1\Уогк8. Компьютерное моделирование в инженерной практике. Спб.: БХВ-Петербург, 2005.

21. Андрияшев М. М. Техника расчета водопроводной сети. М.: Советское законодательство, 1932.

22. АСФ-04-2011-САУ-ВГП-3 РЭ. Система автоматического управления вентиляторной установкой главного проветривания (САУ-ВГП-3). Руководство по эксплуатации. ООО «НПО "АэроСфера"». Пермь: 2011.

23. Бабак Г. А., Бочаров К. П., Волохев А. Т. и др. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания: Справочник. М.: Недра, 1982.

24. Баландин М. Ю., Шурина Э. П. Методы решения СЛАУ большой размерности.— Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000.

25. Бахвалов Л. А. Синтез алгоритмов адаптивного управления проветриванием метанообильных угольных шахт. Дис. докт. техн. наук. М.: 1989.

26. Бахвалов Н. С., Жидков Н. П., Кобельков Г. М. Численные методы. М.: Наука, 1987.

27. Белов В. В., Воробьев Е. М., Шаталов В. Е. Теория графов. М.: Высш. школа, 1976.

28. Берж К. Теория графов и ее применения. М.: Изд-во иностр. лит., 1962.

29. Бержерон Л. От гидравлического удара в трубах до разряда в электрической сети. Общий графический метод расчета. (Перевод с франц.) М.: Машгиз, 1962.

30. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Ч. 1. Электрические цепи. М.: Высшая школа, 1973.

31. Богачев К. Ю. Практикум на ЭВМ. Методы решения линейных систем и нахождения собственных значений. М.: Изд-во МГУ, 1998.

32. Бодягин М. Н. Рудничная вентиляция. М.: Недра, 1967.

33. Брюханов О. Н., Коробко В. И., Мелик-Аракелян А. Т. Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики: Учебник.— М.: ИНФРА-М, 2005.

34. Венгеров И. Р. Теплофизика шахт и рудников. Математические модели. Том 1. Анализ парадигмы. Донецк: Норд-Пресс, 2008.

35. Вержбицкий В. М. Численные методы. М.: Высшая школа, 2000.

36. Воднев В. Т., Наумович А. Ф., Наумович Н. Ф. Математический словарь высшей школы. Мн.: Выш. шк., 1984.

37. Волков А. А. Постановка задачи оптимального управления проветриванием шахт.— В кн.: Механизация и автоматизация проветривания шахт. Киев, 1965, с. 9 — 15.

38. Волков А. А., Дедиков Э. В., Евдокимов А. Г., Яловкин Б. Д. О решении на ЭВМ определенного класса задач по регулированию воздухораспре-деления в шахтных вентиляционных сетях.— Приборы и системы автоматики, 1966, вып. 3, с. 146 — 153.

39. Волков А. А., Евдокимов А. Г. Математическое описание установившихся процессов воздухораспределения в вентиляционных сетях шахт.— Изв. вузов. Горный журнал, 1965, № 2, с. 136 — 144.

40. Волков А. А., Евдокимов А. Г., Яловкин Б. Д. Анализ задачи оптимального управления воздухораспределением в шахтных вентиляционных сетях.— Технология и экономика угледобычи, 1965, № 6, с. 63 — 65.

41. Воронин В. И. Основы рудничной аэрогазодинамики. М.; Л.: Углетехиз-дат, 1951.

42. Гантмахер Ф. Р. Теория матриц. М.: Наука, 1966.

43. Горное дело. Энциклопедический справочник. Том VI. Рудничная атмосфера и вентиляция. Борьба с пылью, газами и пожарами. Горноспасательное дело. М.: Углетехиздат, 1959.

44. ГОСТ 24754-81. Электрооборудование рудничное нормальное. Общие технические требования и методы испытаний.

45. ГОСТ Р 51330.0-99 (МЭК 60079-0-98). Электрооборудование взрывоза-щищенное. Часть 0. Общие требования.

46. ГОСТ Р 51330.1-99 (МЭК 60079-1-98). Электрооборудование взрывоза-щищенное. Часть 1. Взрывозащита вида «взрывонепроницаемая оболочка».

47. ГОСТ Р 51330.2-99 (МЭК 60079-1А-75). Электрооборудование взрывоза-щищенное. Часть 1. Взрывозащита вида «взрывонепроницаемая оболочка». Дополнение 1. Приложение Б. Метод определения безопасного экспериментального максимального зазора.

48. ГОСТ Р 51330.10-99 (МЭК 60079-11-99). Электрооборудование взрыво-защищенное. Часть 11. Искробезопасная электрическая цепь ь

49. ГОСТ Р 52350.0-2005 (МЭК 60079-0:2004). Электрооборудование для взрывоопасных газовых сред. Часть 0. Общие требования.

50. ГОСТ 6625-85. Вентиляторы шахтные местного проветривания. Технические условия.

51. Даламбер Ж. Динамика. Пер. с франц. М.— Л.: Гостехтеориздат, 1950.

52. Джордж А., Лю Дж. Численное решение больших разреженных систем уравнений: Пер. с англ. М.: Мир, 1984.

53. ДМС03.00.000 РЭ. Датчики метана стационарные ДМС 03. Руководство по эксплуатации. ООО «НПЦ АТБ». Москва, 2006.

54. Доработка систем вентиляции рудника СКРУ-2 с учетом частичного повторного проветривания. Отчет о НИР, Пермь — Соликамск, 2005.

55. Евдокимов А. Г., Яловкин Б. Д. Анализ методов дискретного моделирования на ЦВМ установившихся процессов воздухораспределения в шахтных вентиляционных сетях.— Изв. вузов. Горный журнал, 1966, № 3, с. 101 — 109.

56. Жуковский Н. Е. Гидродинамика. Собрание сочинений. Т. 2. М., Л.: Гос. изд. технико-теоретической литературы, 1949.

57. Жуковский Н. Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах. М.— Л., Гостехиздат, 1949.

58. Зельдович Я. Б., Мышкис А. Д. Элементы математической физики. Среда из невзаимодействующих частиц. М.: Наука, 1973.

59. Идельчик И. Е. Гидравлические сопротивления. М.: Госэнергоиздат.

60. Ильин В. П. Методы конечных разностей и конечных объемов для эллиптических уравнений. Новосибирск: Изд-во Института математики, 2000.

61. Исследование вентиляционной сети рудника РУ-4 РУП «ПО "Беларусь-калий"» с разработкой рекомендаций и технических решений, направленных на экономию тепловой и электрической энергии. Отчет о НИР, Пермь — Солигорск, 2004 — 2005.

62. Исходные данные на проектирование объекта «Система управления проветриванием рудника с использованием рециркуляции на БКПРУ-2». Отчет о НИР, Пермь — Березники, 2004.

63. Каледина Н. О., Романченко С. Б., Трофимов В. А. Компьютерное моделирование шахтных вентиляционных сетей. М.: Изд. Моск. горн, ун-та, 2004.

64. Кашибадзе В. В. Аэродинамическое сопротивление горных выработок при новых видах крепления. М.: Углетехиздат, 1950.

65. Комаров В. Б., Борисов Д. Ф. Рудничная вентиляция. Л.: ГОНТИ, 1938.

66. Комаров В. Б., Килькеев Ш. X. Рудничная вентиляция. М.: Недра, 1969.

67. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М.: Наука, 1973.

68. Красноштейн А. Е., Файнбург Г. 3. Диффузионно-сетевые методы расчета проветривания шахт и рудников. Екатеринбург, 1992.

69. Круглов Ю. В. Моделирование систем оптимального управления возду-хораспределением в вентиляционных сетях подземных рудников. Дис. канд. техн. наук. Пермь, 2006.

70. Круглов Ю. В., Казаков Б. П., Левин Л. Ю., Исаевич А. Г., Шалимов А. В. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «АэроСеть». Роспатент, № 2006612154.

71. Крумм Л. А. Методы оптимизации при управлении электроэнергетическими системами. Новосибирск: Наука, 1981.

72. Ксенофонтова А. И., Карпухин В. Д., Харев А. А. Вентиляционное сопротивление горных выработок. М.: Углетехиздат, 1950.

73. Лапко В. В., Чередникова О. Ю. Математическая модель переходных аэрогазодинамических процессов в вентиляционных сетях с сосредоточенными и распределенными параметрами. Сб. трудов Донецкого технического университета, 2008.

74. Левин Л. Ю., Исаевич А. Г., Снежневский А. Ю. Способы нормализации влажностных параметров рудничной атмосферы калийных рудников. Изв. вузов. Горный журнал, № 2, 2004.

75. Лобачев В. Г. Новый метод увязки колец при расчете водопроводных сетей.— Санитарная техника, 1934, № 2, с. 8 — 12.

76. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.; Л.: Гос. изд. технико-теоретической литературы, 1950.

77. Лукас В. А. Теория автоматического управления. М.: Недра, 1990.

78. Лямаев Б. Ф., Небольсин Г. П., Нелюбов В. А. Стационарные и переходные процессы в сложных гидросистемах. Методы расчета на ЭВМ. Под ред. Б. Ф. Лямаева.— Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1978.

79. Медведев И. И. Проветривание калийных рудников. М.: Недра, 1970.

80. Медведев И. И., Красноштейн А. Е. Аэрология калийных рудников. Свердловск: УрО АН СССР, 1990.

81. Медведев И. И., Патрушев М. А. Проветривание калийных и каменносо-ляных рудников. М.: Госгортехиздат, 1963.

82. Меренков А. П. Дифференциация методов расчета гидравлических цепей.— Журнал вычислительной математики и математической физики, 1973, т. 13, № 5, с. 1237 — 1248.

83. Меренков А. П., Хасилев В. Я. Теория гидравлических цепей. М.: Наука, 1985.

84. Местер И. М. Расчет вентиляции шахт на персональных компьютерах методом самонастраиваемых обратных операторов.— Изв. вузов. Горный журнал, 1989, № 3, с. 56 — 62.

85. Методические указания (пособие) по производству воздушно-депресси-онных съемок и обработки их результатов на рудниках цветной металлургии СССР. Свердловск: 1980.

86. Московская Ю. В. Модифицированный метод расчета естественного воз-духораспределения на вентиляционных сетях.— Известия Тульского государственного университета, 1998, т. 4, выпуск 4, с. 71 — 77.

87. Мохирев Н. Н. Разработка современных методов и средств обеспечения высокоэффективного проветривания рудников, обладающих малыми аэродинамическими сопротивлениями. Дис. докт. техн. наук. Пермь, 1994.

88. Мохирев Н. Н., Лукьянов Н. Г. Коэффициент аэродинамического сопротивления выработок калийных рудников.— Вентиляция шахт и рудников. Л.: 1977. Вып. 4, с. 72 — 76.

89. Норри Д., де Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов: Пер. с англ. М.: Мир, 1981.

90. Отопление и вентиляция. Часть П. Вентиляция. Под ред. В. Н. Богословского.— М.: Стройиздат, 1976.

91. Патрушев М. А., Карнаух Н. В. Устойчивость проветривания угольных шахт. М.: Недра, 1973.

92. ГТБ 03-553-03. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом. М.: Госгортехнадзор РФ, 2003.

93. ПБ 05-618-03. Правила безопасности в угольных шахтах. М.: Госгортехнадзор РФ, 2003.

94. Передвижная подземная вентиляторная установка (ППВУ) с вентиляторами типа ВМ-4, ВМ-5, ВМЭ-6, ВМЭ-8, ВМЭ-12. Техническое описание и руководство по эксплуатации. Пермь — Березники — Соликамск: Горный институт УрО РАН, 1992.

95. Подземная вспомогательная вентиляторная установка (ГТВВУ) с вентиляторами типа ВМ-4, ВМ-5, ВМЭ-6, ВМЭ-8, ВМЭ-12. Техническое описание и руководство по эксплуатации. Пермь — Березники — Соликамск: Горный институт УрО РАН, 1992.

96. Поляков В. В., Скворцов Л. С. Насосы и вентиляторы: Учебник для вузов.— М.: Стройиздат, 1990.

97. Правила технической безопасности при разработке подземным способом соляных месторождений Республики Беларусь. Минск: 2006.

98. Провести исследования источников тяги и элементов вентиляционной сети для разработки автоматизированной системы управления проветриванием рудника 4 РУ. Отчет о НИР, Пермь, 2007.

99. Протодьяконов М. М. Курс проветривания рудников. Екатеринославль, 1911.

100. Пучков Л. А., Бахвалов Л. А. Методы и алгоритмы автоматического управления проветриванием угольных шахт. М.: Недра, 1992.

101. Разработка системы вентиляции рудника БКПРУ-4 при доведении его производительности до 15 млн. тонн в год, выбор оптимального варианта использования стволов для подачи атмосферного воздуха в рудник. Отчет о НИР, Пермь — Березники, 2005.

102. Реза Ф., Сили С. Современный анализ электрических цепей. М.; JL: Энергия, 1964.

103. Рождественский Б. JL, Яненко Н. Н. Системы квазилинейных уравнений и их приложения в газовой динамике. М.: Наука, 1978.

104. Самарский А. А., Попов Ю. И. Разностные методы решения задач газовой динамики. М.: Наука, 1992.

105. Саргин Ю. Н., Друскин JI. И., Покровская И. Б. и др.; под ред. Староверова И. Г. и Шиллера Ю. И. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. 2. Водопровод и канализация. М.: Стройиздат, 1990.

106. Святный В. А. Моделирование аэрогазодинамических процессов и разработка систем управления проектированием угольных шахт. Дис. докт. техн. наук. М.: 1986.

107. Седов JI. И. Механика сплошной среды. Т. 1. М.: Наука, 1970.

108. Скочинский А. А. Рудничный воздух и основной закон его движения. СПб., 1904.

109. Скочинский А. А., Комаров В. Б. Рудничная вентиляция. М.: Углетехиз-дат, 1958.

110. Скочинский А. А., Ксенофонтова А. И., Харев А. А. и др. Аэродинамическое сопротивление шахтных стволов и способы его снижения. М.: Угле-техиздат, 1953.

111. Сумароков С. В. Математическое моделирование систем водоснабжения. Новосибирск: Наука, 1983.

112. Техническое задание на закупку вентиляторной установки главного проветривания гор. -445 м рудника 4 РУ. ОАО «Беларуськалий». Солигорск, 2011.

113. Технологический регламент по организации проветривания рудников ОАО «Уралкалий». Пермь —Березники, 2005.

114. ТУ 3146-002-85092133-2011. Автоматическая вентиляционная дверь (АВД). Технические условия. ООО «НПО "АэроСфера"». Пермь: 2011.

115. ТУ 3146-004-85092133-2011. Система автоматического управления вентиляторной установкой главного проветривания (САУ-ВГП-3). Технические условия. ООО «НПО "АэроСфера"». Пермь: 2011.

116. ТУ 3146-049-24078722-08. Шахтная вентиляторная установка ШВУ-12А. Технические условия. ООО «ПСП Теплогаз». Пермь: 2008.

117. ТУ 3148-003-85092133-2011. Блок частотного регулирования рудничный взрывозащищенный (БЧРв-30). Технические условия. ООО «НПО "АэроСфера"». Пермь: 2011.

118. ТУ 3791-001-85092133-2010. Электромеханические приводы взрывоза-щищенные типов ЭМПв-6,3, ЭМПв-40, ЭМПв-250. Технические условия. ООО «НПО "АэроСфера"». Пермь: 2010.

119. Тюкин В. Н. Теория управления: конспект лекций. Часть 1. Обыкновенные линейные системы управления. Вологда: ВоГТУ, 2000.

120. Тян Р. Б., Потемкин В. Я. Управление проветриванием шахт. Киев: Наук, думка, 1977.

121. Ушаков К. 3., Бурчаков А. С., Пучков JI. А., Медведев И. И. Аэрология горных предприятий: Учебник для вузов. М.: Недра, 1987.

122. Фельдман JI. П. Исследование динамики и синтез систем автоматического управления проветриванием угольных шахт. Автореф. дис. докт. техн. наук. Донецк, 1974.

123. Фельдман Л. П., Святный В. А., Гиллес Э.-Д., Бук Р. Цифровая модель переходных аэродинамических процессов в шахтных вентиляционных сетях. Изв. вузов. Горный журнал, 1978, №12, с. 46 — 49.

124. Фихтенгольц Г. М. Курс дифференциального и интегрального исчисления, т. 1. М. : Физматлит, 1962.

125. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: В 2-х томах: Т. 1: Пер. с англ.— М.: Мир, 1991.

126. Фокс Д. А. Гидравлический анализ неустановившегося течения в трубопроводах: Пер. с англ.— М.: Энергоиздат, 1981.

127. Форсайт Дж., Молер К. Численное решение систем линейных алгебраических уравнений. М.: Мир, 1969.

128. Френкель Н. 3. Гидравлика. М.: Госэнергоиздат, 1956.

129. Харари Ф. Теория графов. М.: Мир, 1973.

130. Харев А. А. Местные сопротивления шахтных вентиляционных сетей. М.: Углетехиздат, 1954.

131. Хасилев В. Я. Линейные и линеаризованные преобразования схем гидравлических цепей.— Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1964, № 2, с. 231 —243.

132. Хасилев В. Я. Элементы теории гидравлических цепей. Автореф. докт. дис. Новосибирск, 1966.

133. Хасилев В. Я. Элементы теории гидравлических цепей.— Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1964, № 1, с. 69 — 88.

134. Хасилев В. Я., Меренков А. П., Каганович Б. М. и др. Методы и алгоритмы расчета тепловых сетей. М.: Энергия, 1978.

135. Хасилев В. Я., Светлов К. С., Такайшвили М. К. Метод контурных расходов для расчета гидравлических цепей. Иркутск, 1968.

136. Х21.000.088 ПС. Шахтная вентиляторная установка ШВУ-12А. Паспорт. ООО «ПСП Теплогаз». Пермь: 2008.

137. Х21.000.088 РЭ. Шахтная вентиляторная установка ШВУ-12А. Руководство по эксплуатации. ООО «ПСП Теплогаз». Пермь: 2008.

138. Цой С. В. Автоматическое управление вентиляционными системами шахт. Алма-Ата: Наука, 1975.

139. Цой С., Рогов Е. И. Принцип минимума и оптимальная политика управления вентиляционными и гидравлическими сетями. Алма-Ата: Наука, 1968.

140. Цой С., Цхай С. Электронно-вычислительная техника в вентиляционной службе шахт. Алма-Ата: Наука, 1966.

141. Шалимов А. В. Исследование влияния эжекторных установок на возду-хораспределение в рудничных вентиляционных сетях произвольной топологии. Дис. канд. техн. наук. Пермь: 2003.

142. ЭМПв.000.00.00.000 РЭ. Электромеханические приводы взрывозащи-щенные ЭМПв-6,3/40/250. Руководство по эксплуатации. ООО «НПО "АэроСфера"». Пермь: 2010.

143. Adams R. W. Distribution, analysis by electronic computer. Institution of Water Engineers, 15, 415-428, 1961.

144. Bellamy C. J. The analysis of networks of pipes and pumps, Journal Institution of Engineers, Australia, 37(4-5), 111-116, 1965.

145. Belle, В. K. and Marx, W. M. Simulating Airflow Conditions in a South African Coal Mine, Using The VUMA-Network Simulation software. Proceedings of North American/9th US Mine Ventilation Symposium, (Ed. E de Souza), Rotterdam (Balkema), 2002.

146. Brock D. Closed loop automatic control of water system operations. Journal American Water Works Association, 55(4), 467-480, 1963.

147. Brock D. A. Metropolitan water system operation subsequent to nuclear attack or natural disaster. Report No. AD 711956, Dallas Water Utilities, City of Dallas, Texas, 364 pp., 1970.

148. Cao C. Sulla convergenza del metodo di Cross. Atti VIII Convegno di Idrau-lica e Costruzioni Idrauliche, Pisa, 1963.

149. Chenoweth H. and C. Crawford. Pipe network analysis, Journal American Water Works Association, 66(1), 55-58, 1974.

150. Cherry E. C. and W. Millar. Some general theorems for non-linear systems possessing resistance. Phil. Mag., (Ser 7), 42(333), 1150-1177, 1951.

151. Collins A. G. and R. L. Johnson. Finite-element method for water distribution networks. Journal American Water Works Association, 67(7), 385-389, 1975.

152. Adams R. W. Distribution, analysis by electronic computer. Institution of Water Engineers, 15,415-428, 1961.

153. Bellamy C. J. The analysis of networks of pipes and pumps, Journal Institution of Engineers, Australia, 37(4-5), 111-116, 1965.

154. Belle, В. K. and Marx, W. M. Simulating Airflow Conditions in a South African Coal Mine, Using The VUMA-Network Simulation software. Proceedings of North American/9th US Mine Ventilation Symposium, (Ed. E de Souza), Rotterdam (Balkema), 2002.

155. Brock D. Closed loop automatic control of water system operations. Journal American Water Works Association, 55(4), 467-480, 1963.

156. Brock D. A. Metropolitan water system operation subsequent to nuclear attack or natural disaster. Report No. AD 711956, Dallas Water Utilities, City of Dallas, Texas, 364 pp., 1970.

157. Cao C. Sulla convergenza del metodo di Cross. Atti VIII Convegno di Idrau-lica e Costruzioni Idrauliche, Pisa, 1963.

158. Chenoweth H. and C. Crawford. Pipe network analysis, Journal American Water Works Association, 66(1), 55-58, 1974.

159. Cherry E. C. and W. Millar. Some general theorems for non-linear systems possessing resistance. Phil. Mag., (Ser7), 42(333), 1150-1177, 1951.

160. Collins A. G. and R. L. Johnson. Finite-element method for water distribution networks. Journal American Water Works Association, 67(7), 385-389, 1975.

161. Collins M. A., Cooper L., Helgason R., Kennington J. and Le Blanc L. Solving the pipe network analysis problem using optimization techniques. Management Science, 24, 7, pp. 747-760, 1978.

162. Contro R. and Franzetti S. A. A new objective function for analyzing hydraulic pipe networks in the presence of different states of flow. Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Istituto di Idraulica del Politecnico di Milano, 1982.

163. COSMOSFloWorks 2005 Fundamentals. USA, NIKA GmbH, 2005.

164. Cross H. Analysis of flow in networks of conduits or conductors.— University of Illinois Bui., 1936, v. 34, N 22, p. 3 — 33.

165. Dillingham, J. H. Computer analysis of water distribution systems, part 1, Water and Sewage Works, 114(1), 1-3; part 2, 114(2), 43-45; part 4, Program application, 114(4), 141-142, 1967.

166. Donachie R. P. Digital program for water network analysis. Journal Hydtaulics Division, Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, 100 (HY3), 393-403, 1973.

167. Eggener C. L. and L. B. Polkowski. Network models and the impact of modeling assumptions. Journal American Water Works Association. 68(4), 189196, 1976.

168. Epp R. and A. G. Fowler. Efficient code for steady-state flows in networks. J. Hydraulics Div., Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, 96 (HY1), 43-56, 1970.

169. Fietz T. R. Discussion of "Efficient algorithm for distribution networks". J. Hydraulics Div., Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, 99 (HY11), 2136-2138, 1973.

170. Fietz T. R. Discussion of "Hydraulic network analysis using linear theory". Hydraulics Div., Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, 99 (HT5), 855-857, 1973.

171. Graves O. B. and D. Branscome. Digital computers for pipeline network analyses, J. Sanitary Engineering Div., Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, 84 (SA2), 1-18, 1958.

172. Greuar Rudolf. Die Berechnung von wetternetsen mit elektronischen Digitalrechnern Glückauf, 1959. 95, N 6, p. 769 — 775.

173. Hakuro M. Navier-Stokes Simulation of Shock-Tube Flows over a Wedge-Type Step by Finite Volume Method. Institute of Space and Astronautical Science Report, 1988.

174. Hargreaves D. M., Lowndes I. S. An Assessment of the Future Use of Computational Fluid Dynamics for Network Modeling. Proceedings of the 7th International Mine Ventilation Congress, Krakow, Poland, 2001, pp. 547 — 553.

175. Hoag L. N. and G. Weinberg. Pipeline network analyses by electronic digital computer. J. American Water Works Association, 49(5), 517-524, 1957.

176. Jacques E., Patigny J. Flow determination in underground airways from small differential pressure measurements.— Mining Science and Technology, 1990, v. 11,N2,p. 191 — 197.

177. Kazakov B. P., Shalimov A.V. The connected task of non-stationary heat extilchange between mine air and mining massif. Proceedings of the 7 International Mine Ventilation Congress, Krakow, Poland, 2001, pp. 63 — 68.

178. Kershaw D. The incomplete Choleski-Conjugate gradient method for the iterative solution of systems of linear equations. Journal of Computational Physics, 26, pp. 43-65.

179. Kirchhoff G. Üeber die Auflösung der Gleichungen, auf welche man bei Untersuchung der linearen Vertheilung, galvanischer Ströme gefuhrt wird. Leipzig; Annalen der Physik und Chemie (Poggendorf), Bd. 72, N 12, S. 497 — 508, 1847.

180. Lam C. F. and M. L. Wolla. Computer analyses of water distribution systems, part I formulation of equations. J. Hydraulics Div., Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, 98 (HY2), 335-344, 1972.

181. Lam C. F. and M. L. Wolla. Computer analyses of water distribution systems, part II numerical solution. J. Hydraulics Div., Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, 98 (HY3), 447-460, 1972.

182. Lemieux P. F. Efficient algorithm for distribution networks. J. Hydraulics Div., Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, 98 (HY11), 1911-1919, 1972.

183. Liu K. T. The numerical analyses of water supply networks by digital computer. Thirteenth Congress of the International Association for Hydraulic Research, 1,36-43, 1969.

184. Marlow T. A., R. L. Hardison, H. Jacobson and G. E. Beggs. Improved design of fluid networks with computers. J. Hydraulics Div., Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, 92 (HY4), 43-61, 1966.

185. Martin W. W. and Peters G. The application of Newton's method to network analysis by digital computer. Journal IWES, p. 115, 1963,

186. Maxwell J. C. A treatise of electricity and magnetism. Oxford, 1873, vol. 1, chapt. 6.

187. Mcllroy M. S. Pipeline network flow analyses. J. Amer. Water Works Association, 41,422-428, 1949.

188. McPherson, M. J. Subsurface Ventilation and Environmental Engineering. London, New York: Chapman & Hall, 1993.

189. McPherson, M. J. Subsurface Ventilation Engineering. Published by Mine Ventilation Services, Inc., 2009.

190. Mun-Fong Lee. Pipe Network Analysis. Water Resources Research Center. Department of Environmental Engineering Sciences. University of Florida, 1983.

191. Nakayama S., Kameda N. Using CFD to Determine the Behavior of Methane Gas at Forced Auxiliary Ventilation Heading Faces. Proceedings of the 7th International Mine Ventilation Congress, Krakow, Poland, 2001, pp. 709 — 714.

192. Nakayama S., Uchino K., Inoue M. Analysis of Ventilation Air Flow at Heading Faces by Computational Fluid Dynamics.— Journal of the Mining and Materials Processing Institute of Japan, vol. 111, N 4, Apr. pp. 27 — 32.

193. Popescu M., Arsenie D., Vlase P. Applied hydraulic transients for hydropower plants and pumping stations. A. A. Balkema Publishers, Lisse, Abingdon, Ex-ton, Tokyo, 2003.

194. Rao H. S., D. W. Bree, Jr. and R. Benzvi. Extended period simulation of water distribution networks; Final technical report OWRR project no. C-4164. Systems Control Inc., Palo Alto, Calif., 120 pp., 1974.

195. Rao H. S., D.W. Bree, Jr. and R. Benzvi. Extended period simulation of water systems part A. J. Hydraulics Div., Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, 103 (HY3), 97-108, 1977.

196. Rao H. S., L. C. Markel and D.W. Bree Jr. Extended period simulation of water systems part B. J. Hydraulics Div., Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, 103 (HY3), 281-294, 1977.

197. Shamir U. and C. D. Howard. Water distribution system analysis. J. Hydraulics Div., Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, 94 (HY1), 219-234, 1968.

198. Sharp B. B. and Sharp D. B. Water Hammer: Practical Solutions, Burnell Research Laboratory, Victoria, Australia, 1996.

199. Thorley A. D. R. Fluid Transients in Pipeline Systems. A Guide to the Control and Supression of Fluid Transients in Liquids in Closed Conduits. Professional Engineering Publishing Limited, UK, 2004.

200. Todini, E. Un metodo del gradiente per la verifica delle reti idrauliche, Bollet-tino degli Ingegneri della Toscana, n. 11: 11-14, 1979.

201. Todini E., Pilati S. A gradient algorithm for the analysis of pipe networks. In B. Coulbeck and C. H. Orr (eds). Computer Applications in Water Supply, Volume 1 (System analysis and simulation), John Wiley & Sons, London, pp. 1-20, 1988.

202. Ventsim Visual User Guide. Version 1.3. Ventsim Software, 2009.

203. Versteeg H. K., Malalasekera W. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method. Research Studies Pr, 1995.

204. VnetPC 2007. User's Manual & Tutorial. Fresno, Mine Ventilation Services, Inc., 2007.

205. Warga J. Determination of steady-state flows and currents in a network. Instrument Society of America, Vol. 9, Pt. 5, Paper 54-43-4, 1954.

206. Williams G. N. Enhancement of convergence of pipe network solutions, J. Hydraulics Div., Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, 99 (HY7), 1057-1067, 1973.

207. Wood D. J. Algorithms for pipe network analysis and their reliability. University of Kentucky, Water Resources Research Institute Research report No. 127, 1981.

208. Wood D. J. and Charles C. O. A. Hydraulic network analysis using linear theory. Journal of the Hydraulics division, ASCE, Vol. 98, No. HY7, pp. 11571170,1972.

209. Wylie B., Streeter V. Fluid transients. McGraw Hill, 1978.

210. Zarghamee M. S. Mathematical model for water distribution systems. J. Hydraulics Div., Proc. Amer. Soc. Civil Engineers, 97 (HY1), 1-14, 1971.