Определение параметров проветривания рабочей зоны рудника на основе нечеткой логики

Рассмотрены вопросы, связанные с определением требуемого расхода воздуха для рабочей зоны рудника на основе прямых измерений параметров воздушной среды в конкретный момент времени. Традиционный подход к расчету количества воздуха, необходимого для проветривания рудника, характеризуется опосредованностью оценки качества воздушной среды и выполняется исходя из наиболее неблагоприятной ситуации при условии одномоментного ведения работ во всех рабочих зонах, что приводит к избыточному проветриванию и, как следствие, увеличению эксплуатационных затрат горнодобывающего предприятия. Внедрение систем автоматического управления проветриванием позволяет гибко регулировать объем подаваемого в шахту воздуха и распределять его в соответствии с текущими потребностями по участкам рудника, а наличие средств непрерывного измерения концентрации газов и температуры воздуха дает возможность определять параметры проветривания для поддержания соответствия воздушной среды требованиям безопасности. Применение аппарата нечеткой логики для оценки текущего состояния воздушной среды обеспечивает сбалансированность вентиляции рудника с точки зрения энергоэффективности и безопасности за счет определения рабочих диапазонов изменения параметров критериев качественного состава воздуха в соответствии с нормативными документами. Приведенные результаты шахтных испытаний динамического управления проветриванием рабочей зоны в условиях рудника 4РУ ОАО «Беларуськалий» за счет использования средств автоматического регулирования воздушными потоками наглядно показывают, что применение предлагаемого подхода к расчету требуемого количества воздуха позволяет не только эффективно обеспечить штатный режим проветривания, но и оперативно реагировать на увеличение концентрации газов в атмосфере рабочей зоны, заблаговременно предупреждая возникновение аварийных ситуаций.

Кашников А. В., Круглов Ю. В. Определение параметров проветривания рабочей зоны рудника на основе нечеткой логики // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 5. – С. 68–82. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_5_0_68.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и образования Российской Федерации в рамках соглашения по государственному заданию № 075-03-2021-374 от 29 декабря 2020 г. (рег. номер 1021062110595-3-1.5.7).

Кашников Алексей Валерьевич¹ — младший научный сотрудник, e-mail: alexey.kashnikov@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-3872-5862,
Круглов Юрий Владиславович¹ — д-р техн. наук, руководитель проектно-инновационного центра, e-mail: aerolog@list.ru,ORCID ID: 0000-0003-0977-7484,
¹ Горный институт Уральского отделения РАН.

Кашников А.В., e-mail: alexey.kashnikov@gmail.com.

1. Hardcastle S., Kocsis C., Lacroix R. Strategic mine ventilation control: a source of potential energy savings / Proceedings of Montreal Energy & Mines. Montreal, Canada. 2007, pp. 255—263.

2. Hardcastle S., Kocsis C., Li G. Analyzing ventilation requirements and the utilization efficiency of the Kidd Creek mine ventilation system / 12th U.S.-North American Mine Ventilation Symposium. Reno, NV, USA. 2008, pp. 27—36.

3. Семин М. А., Гришин Е. Л., Левин Л. Ю., Зайцев А. В. Автоматизированное управление вентиляцией шахт и рудников. Проблемы, современный опыт, направления совершенствования // Записки Горного института. — 2020. — Т. 246. — С. 623—632. DOI: 10.31897/PMI.2020.6.4.

4. Moreau K., Laamanen C., Bose R., Shang H., Scott J. A. Environmental impact improvements due to introducing automation into underground copper mines // International Journal of Mining Science and Technology. 2021, vol. 31, no. 6, pp. 1159—1167. DOI: 10.1016/j. ijmst.2021.11.009.

5. Semin M. A., Levin L. Y., Maltsev S. V. Development of automated mine ventilation control systems for belarusian potash mines // Archives of Mining Sciences. 2020, vol. 65, no. 4, pp. 803—820. DOI: 10.24425/ams.2020.135178.

6. Acuña E., Lowndes I. A review of primary mine ventilation system optimization // Interfaces. 2014, vol. 44, no. 2, pp. 163—175. DOI: 10.1287/inte.2014.0736.

7. Chatterjee A., Zhang L., Xia X. Optimization of mine ventilation fan speeds according to ventilation on demand and time of use tariff // Applied Energy. 2015, vol. 146, pp. 65—73. DOI: 10.1016/j.apenergy.2015.01.134.

8. Acuña E., Allen C. Ventilation control system implementation and energy consumption reduction at Totten Mine with Level 4 Tagging and future plans / Proceedings of the First International Conference on Underground Mining Technology. Sudbury, Canada. 2017, pp. 89—95. DOI: 10.36487/ACG_rep/1710_06_Acuna.

9. Acuña E., Feliú A. Considering ventilation on demand for the developments of the New Level Mine Project, El Teniente / A Deep Mining 2014: Proceedings of the Seventh International Conference on Deep and High Stress Mining. Australian Centre for Geomechanics, Perth, Australia. 2014, pp. 813—821. DOI: 10.36487/ACG_rep/1410_59_Acuna.

10. De Vilhena C. L., Margarida da Silva J. Cost-saving electrical energy consumption in underground ventilation by the use of ventilation on demand // Mining Technology. 2019, vol. 129, no. 1, pp. 1—8. DOI: 10.1080/25726668.2019.1651581.

11. Levin L. Y., Semin M. A. Conception of automated mine ventilation control system and its implementation on Belarussian potash mines / Proceedings of the 16th North American Mine Ventilation Symposium. Colorado, USA. 2017, pp. 17.1—17.8.

12. Гришин Е. Л., Накаряков Е. В., Трушкова Н. А., Саникович А. Н. Опыт внедрения систем динамического управления проветриванием рудников // Горный журнал. — 2018. — № 8. — С. 103—108. DOI: 10.17580/gzh.2018.08.15.

13. Кашников А. В., Левин Л. Ю. Применение методов машинного обучения при реализации систем автоматического управления проветриванием шахт и рудников / XX Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям (SCM-2017). Сборник докладов. Т. 1. — СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2017. — С. 553—556.

14. Кашников А. В., Круглов Ю. В. Оценка энергопотребления главных вентиляторных установок подземных рудников в условиях неоднозначного определения зон их влияния // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2022. — № 4. — С. 72—84. DOI: 10.15372/FTPRPI20220408.

15. Мальцев С. В., Казаков Б. П., Семин М. А. Разработка способов повышения эффективности проветривания рудников со сложными системами вентиляции // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2019. — № 4. — С. 283—291.

16. Hameed I. A. Simplified architecture of a type-2 fuzzy controller using four embedded type-1 fuzzy controllers and its application to a greenhouse climate control system // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part I: Journal of Systems and Control Engineering. 2019, vol. 223, no. 5, pp. 619—631. DOI: 10.1243/09596518JSCE708.

17. Saritas I., Etik N., Allahverdi N., Sert I. Fuzzy expert system design for operating room air-condition control systems // Expert Systems with Applications. 2007, vol. 36, no. 6, pp. 23—30. DOI: 10.1016/j.eswa.2009.02.028.

18. Фащиленко В. Н., Варфоломеев С. В. Система управления электроприводами приточно-вытяжной вентиляции обогатительных фабрик // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — № 2. — С. 182—188.

19. Кашников А. В., Левин Л. Ю. Нечеткое управление главной вентиляторной установкой и автоматическими регуляторами в системах проветривания рудников / XXII Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям (SCM-2019). Сборник докладов. — СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2019. — С. 128—131.

20. Izquierdo S., Izquierdo L. Mamdani fuzzy systems for modelling and simulation: A critical assessment // Journal of Artificial Societies and Social Simulation. 2018, vol. 21, no. 3. DOI: 10.18564/jasss.3660.