Спосіб управління стійкістю роботи вугільного очисного вибою

Реферат: Спосіб управління стійкістю роботи вугільного очисного вибою включає визначення величини вихідного параметру, його середньоквадратичного відхилення  , визначення величини ентропійного потенціалу  e вихідного параметра згідно залежності: e    K e , де K e ентропійний коефіцієнт закону розподілу параметра, та його мінімізацію шляхом зміни вхідних параметрів. Як вихідний параметр використовують нормований добовий вуглевидобуток очисного вибою, а середньоквадратичне відхилення нормованого вуглевидобутку визначають у ковзаючому вікні шириною 14-18 діб з урахуванням вагових коефіцієнтів, що визначаються згідно залежності i  0,551 e155 i , де i - вага нормованого добового вуглевидобутку, який отриманий протягом i -тої доби. Використання пропонованого способу дозволяє обґрунтувати заходи, які підвищують стійкість роботи очисного вибою, що дає змогу мінімізувати негативний вплив випадкових варіацій вхідних параметрів, зупинок та аварій і збільшити видобуток на 3040 %. UA 104974 C2 (12) UA 104974 C2 UA 104974 C2 5 Винахід належить до вугільної галузі і може бути використаний для управління стійкістю роботи вугільних очисних вибоїв і забезпечення планового вуглевидобутку за рахунок мінімізації негативного впливу випадкових варіацій вхідних параметрів, зупинок та аварій. В практиці відомий спосіб контролю і управління динамічною системою (патент Російської Федерації RU № 2168763, МПК G06G 7/52, опубл. 10.06.2001), де як характеристика стану об'єкта використовується величина ймовірнісної ентропії параметра Н(у), яка визначається з виразу:  H( y )    p( y ) ln p( y )dy 10 15 20 25 30 35 40 45 50  , p( y ) - щільність розподілу або диференціальний закон розподілу цього параметра. де Недоліком такого способу контролю і управління є те що не враховується закон розподілу розглянутого параметра на ступінь дестабілізації, невизначеності стану системи. Апроксимація реальних законів розподілу параметрів будь яким одним законом, наприклад нормальним, може істотно спотворити характеристику стану системи, призвести до помилкових оцінок і, в підсумку, сприяє зниженню ефективності контролю і управління. Найбільш близьким аналогом до способу, що заявляється, є спосіб контролю і управлення динамічною системою (патент Російської Федерації RU № 2296356, МПК G05B 13/00, опубл. 2007.03.27., який включає визначення величини вихідного параметра, його середньоквадратичного відхилення  , визначення величини ентропійного потенціалу  e вихідного параметра згідно залежності: e    Ke , де K e - ентропійний коефіцієнт закону розподілу параметра, та його мінімізацію шляхом зміни вхідних параметрів. Спосіб реалізується так. В процесі функціонування динамічної системи визначають величину вихідного параметра, його середньоквадратичного відхилення  . Також визначають величину ентропійного потенціалу  e вихідного параметра згідно залежності: e    Ke , де K e - ентропійний коефіцієнт закону розподілу параметра. Системою керують так, щоб мінімізувати ентропійний потенціал шляхом зміни вхідних параметрів. Для цього трансформують закон розподілу вхідного параметра, яким керують шляхом змінення настроювальних параметрів регулятору, причому ступінь трансформації закону розподілу цього параметра оцінюється за величиною ентропійного потенціалу. Недоліком способу-аналогу є недостатня надійність управління та стійкість роботи динамічної системи з причини відсутності обґрунтованого інтервалу для визначення середньоквадратичного відхилення величини вихідного параметра і, як наслідок, зменшення точності визначення. Крім того не враховується різний ступінь впливу (вага) даних вихідного параметра. Так експерименти свідчать, що поточні значення вуглевидобутку, який є основним параметром роботи вугільного очисного вибою в більшому ступені залежить від факторів, що впливають на нього, які виникають сьогодні, в меншій мірі від вчора і так далі. Суттєві ознаки найближчого аналогу, які співпадають з ознаками об'єкту, що заявляється, є такі: 1) визначення величини вихідного параметра; 2) визначення величини середньоквадратичного відхилення вихідного параметра; 3) визначення ентропійного потенціалу вихідного параметра згідно залежності e    Ke де K e - ентропійний коефіцієнт закону розподілу параметра; 4) мінімізація ентропійного потенціалу вихідного параметра шляхом зміни вхідних параметрів. Задачею винаходу є удосконалення способу управління стійкістю роботи вугільного очисного вибою шляхом обґрунтування інтервалу для більш точного визначення середньоквадратичного відхилення величини вихідного параметра, що дає можливість підвищити надійність управління та стійкість роботи лави за рахунок мінімізації негативного впливу випадкових варіацій вхідних параметрів, зупинок та аварій. Поставлена задача досягається тим, що у способі управління стійкістю роботи вугільного очисного вибою, який включає визначення величини вихідного параметра, його середньоквадратичного відхилення  , визначення величини ентропійного потенціалу  e 1 UA 104974 C2 5 вихідного параметра згідно залежності e    Ke де K e - ентропійний коефіцієнт закону розподілу параметра, та його мінімізацію шляхом зміни вхідних параметрів, згідно з винаходом як вихідний параметр використовують нормований добовий вуглевидобуток очисного вибою, а середнє квадратичне відхилення нормованого вуглевидобутку визначають у ковзаючому вікні шириною 14-18 діб з урахуванням вагових коефіцієнтів, що визначаються згідно залежності: i  0,551  e 155i , 10 15 20 25 30 де  i - вага нормованого добового вуглевидобутку, який отриманий протягом i-тої доби; i змінюється від 1 до 14-18. Прийом, який полягає в тому, що величину нормованого вуглевидобутку з очисного вибою використовують як вихідний параметр, сприяє підвищенню надійності управління та стійкості вугільного очисного вибою, тому що природна газоносність по довжині виїмкового стовпа змінюється. Отже змінюється і планове навантаження на очисний вибій. Нормований вуглевидобуток визначають як відношення фактичної величини вуглевидобутку до планової. Це дозволяє врахувати природну варіацію газоносності. Операція, в якій середньоквадратичне відхилення нормованого вуглевидобутку визначають у ковзаючому вікні шириною 14-18 діб сприяє стійкості роботи очисного вибою тому, що ширину ковзаючого вікна було визначено за допомогою аналізу гістограм розподілу нормованого видобутку з очисних вибоїв. З наведених графіків (фіг. 5, 6) видно, що величина середнього нормованого видобутку для будь-якої шахти трохи зменшується із зростанням числа інтервалів на гістограмі. При цьому, починаючи з 5-6 інтервалів, спостерігається стабілізація величини середнього нормованого видобутку, а її зміна при подальшому збільшенні числа інтервалів не перевищує 5 % від середнього рівня. Висока стійкість відзначена також для показників розсіювання нормованого видобутку і асиметрії при кількості інтервалів 5-6 і більше. З фізичної точки зору це означає, що статистичний показник безперервного стохастичного процесу, яким є гірські роботи, можна виділити, використовуючи ковзне вікно вибірки 14-18 діб. Доведено, що поточний нормований добовий видобуток з очисного вибою в більшій мірі залежить від факторів, що впливають на нього, які виникають сьогодні, в меншій мірі від вчора і так далі. Тому необхідно ввести вагові коефіцієнти, які враховують вплив поточних та минулих даних, що визначаються згідно залежності: i  0,551 e 155 i , i 35 40 45 50 де - вага нормованого добового вуглевидобутку, який отриманий протягом i-тої доби; i змінюється від 1 до 14-18. Суть способу пояснюється рисунками, де на фіг. 1 показане планування гірничих робіт, на фіг. 2 - графік вуглевидобутку, значення якого нормовано на величину планового вуглевидобутку, на фіг. 3 наведено графік середньоквадратичного відхилення нормованого вуглевидобутку з урахуванням вагових коефіцієнтів, на фіг. 4 показано змінення ентропійного потенціалу та зони, які перевищують критичний рівень (зона 1 та 2). На фіг. 5 та фіг. 6 наведено графіки, згідно яких визначається ковзаюче вікно для визначення середньоквадратичного відхилення вуглевидобутку. На фіг. 7. наведено гістограму розкиду видобутку за експоненційним законом розподілу та позитивним параметром експоненти, а на фіг. 8 гістограма з нормальним законом розподілу. Графік ентропійного потенціалу із коефіцієнтом ентропії, який відповідає гістограмі розкиду видобутку з експоненційним законом розподілу та позитивним параметром експоненти, наведено на фіг. 9. Приклад виконання способу управління стійкістю роботи вугільного очисного вибою наводиться для наступних умов: використовувався панельний спосіб підготовки; запаси панелі відпрацьовували трьома ярусами по простяганню в умовах малоамплітудної порушеності. Глибина розробки 800 м, потужність пласта 1,98 м, кут нахилу пласта 5 град., планове навантаження 5000 т/доб. При відпрацюванні першого ярусу (фіг. 1) визначили щодобову величину вуглевидобутку, графік якого наведено на фіг. 2. Визначили у ковзаючому вікні 14-18 діб середньоквадратичне відхилення вуглевидобутку, результати якого представлено на фіг. 3. Причому визначення  55 середньоквадратичного відхилення здійснюється з урахуванням вагових коефіцієнтів ( i ). Наприклад на поточний момент, що відповідає 20 добі, на фіг. 2 середньоквадратичне відхилення дорівнює: 0,6650,015+1,0450,018+0,6650,021+0,7600,024+1,1400,028 +0,7600,033+0,9500,039+0,9500,045+1,0450,053+0,855 0,062+0,3800,072+0,7600,084+0,9500,098+0,5700,115+1,045 2 UA 104974 C2 0,134+0,5700,157=0,045. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Визначали ентропійний потенціал вуглевидобутку: e    K e . Дослідженнями встановлено, що розкид видобутку в одному й тому ж очисному вибої має бути відсутнім у випадку ідеальної стабільності роботи, коли кожну добу видобуток становить 100 % від планового. Коли добовий вуглевидобуток має випадковий розкид, але величина видобутку близька до планового, тоді гістограма розкиду нормованого вуглевидобутку має виражену несиметричну форму з модою, розташованою на абсцисі, що дорівнює 1. Чим гірше стійкість роботи очисного вибою, тим більше мода зсувається вліво на гістограмі, а сама гістограма отримує двохскатну форму. У разі повної втрати стійкості нормований вуглевидобуток знаходиться у межах 30-60 % від планового показника, а гістограма більше відповідає нормальному закону розподілу. Згідно відомих джерел K e для нормального закону розподілу дорівнює 2,066. Таким чином для 20 доби  e дорівнює e  0,035  2,066  0,072 . Графік ентропійного потенціалу наведено на фіг. 4. Встановлено що прийнятний рівень ентропійного потенціалу для даних умов дорівнює 0,116 (позиція 1). Таким чином з 80 по 91, а також з 101 по 112 добу величина ентропійного потенціалу суттєво перевищує прийнятний рівень. Аналіз показав, що на цих інтервалах очисний вибій працював у зонах малоамплітудної порушеності, яку заздалегідь визначити неможливо. Враховуючи досвід відпрацювання першого ярусу, здійснювали управління роботою очисного вибою під час відпрацювання другого ярусу. Для цього мінімізували ентропійний потенціал вуглевидобутку шляхом зміни вхідних параметрів вуглевидобутку, а саме в інтервалі 2 застосовувалось посилене кріплення безпосередньої покрівлі за допомогою хімічних анкерів, здійснювали заміну зношених зворотних клапанів та зменшували відставання пересувних механізованих кріплень до мінімуму, який в конкретних умовах встановлює 1,5 м. На інтервалі 3 ентропійний потенціал становив менші значення (0,141 проти 0,193 на першому інтервалі), тому на цій ділянці ярусу проводили лише профілактичні роботи по забезпеченню стійкості безпосередньої покрівлі. В результаті на проблемних ділянках очисного вибою вдалося змінити гістограми розкиду видобутку з нормального закону розподілу (фіг. 7) на експоненційний закон з позитивним параметром експоненти y  0,32  exp(5,451 x) (фіг. 8). Це дало змогу зменшити K e з 2,066 до 1,430 (фіг. 9). Таким чином спосіб управління, який заявляється, дозволив, обґрунтувати заходи які підвищили стійкість роботи очисного вибою, що дало змогу мінімізувати негативний вплив випадкових варіацій вхідних параметрів, зупинок та аварій і збільшити видобуток на 30-40 %. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб управління стійкістю роботи вугільного очисного вибою, який включає визначення величини вихідного параметра, його середньоквадратичного відхилення  , визначення величини ентропійного потенціалу  e вихідного параметра згідно залежності e    K e , де K e ентропійний коефіцієнт закону розподілу параметра, та його мінімізацію шляхом зміни вхідних параметрів, який відрізняється тим, що як вихідний параметр використовують нормований добовий вуглевидобуток очисного вибою, а середньоквадратичне відхилення нормованого вуглевидобутку визначають у ковзаючому вікні шириною 14-18 діб з урахуванням вагових коефіцієнтів, що визначаються згідно залежності: i  0,551 e155 i , де i , - вага нормованого добового вуглевидобутку, який отриманий протягом i -тої доби; i змінюється від 1 до 14-18. 3 UA 104974 C2 4 UA 104974 C2 5 UA 104974 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6