Модели и алгоритмы прогнозирования аэрогазовой ситуации для информационно-аналитической системы безопасности шахты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Чудинов, Сергей Геннадьевич

• Чудинов, Сергей Геннадьевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чудинов, Сергей Геннадьевич

Введение.

Глава 1. Анализ средств и методов обеспечения безопасности работ на горнодобывающем предприятии.

1.1 Анализ методов обеспечения безопасности на горнодобывающем предприятии.

1.2 Анализ средств обеспечения безопасности на горнодобывающем предприятии.

1.3 Анализ причин аварийных происшествий в шахте.

1.3.1. Состав рудничной атмосферы.

1.3.2. Оценка взрывоопасное™ метановоздушых смесей.

1.3.3. Параметры шахтной атмосферы для контроля за аэрогазовой ситуацией в шахте

1.3.4. Учет эффекта «памяти» в процессе изменения аэрогазовых параметров.

1.3.5. Обзор измерительных приборов.

Выводы.

Глава 2. Оценка, идентификация и прогнозирование аэрогазовой ситуации в шахте.

2.1. Постановка задачи оценки и прогнозирования аэрогазовой ситуации в шахте.

2.2. Подход к оценке и прогнозированию аэрогазовой ситуации в шахте.

2.3. Разработка классификации ситуаций в шахте.

Выводы.

Глава 3. Модели и алгоритмы оценки и прогнозирования аэрогазовой ситуации в шахте.

3.1 Разработка математической модели прогнозирования изменения аэрогазовых параметров.

3.2. Разработка алгоритма прогнозирования изменения аэрогазовых параметров.

3.3. Разработка математической модели построения прогнозной траектории изменения аэрогазовых параметров.

3.4. Разработка алгоритма вычисления на прогнозный период вероятности превышения предельно допустимых значений аэрогазовыми параметрами.

Выводы.

Глава 4. Практическая реализация системы оценки и прогнозирования аэрогазовых ситуаций в шахте.

4.1. Технический, технологический и интеллектуальный уровни обнаружения пожаров

4.2. Распознавание пожаров по физическим параметрам шахтной атмосферы.

4.3. Структура системы.

4.3.1. SUTex/SDTex.

4.4. Технические средства системы.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и алгоритмы прогнозирования аэрогазовой ситуации для информационно-аналитической системы безопасности шахты»

Несмотря на высокий уровень автоматизации производственной безопасности в шахте: внедрение автоматизированных систем аэрогазового контроля, высокие требования к соблюдению правил безопасности, современное взрывобезопасное оборудование, по-прежнему происходят аварийные происшествия в шахтах, вызванные взрывами метановоздушных смесей: ш. Юбилейная, ш. им. Засядько, ш. Ульяновская, ш. Абайская и так далее. В большинстве случаев возникновение аварии можно было предупредить, либо избежать, своевременно её идентифицировав на начальной стадии и выполнив превентивные действия, направленные на ее недопущение, либо устранение.

Проблема безопасности работ на горнодобывающих предприятиях была, есть и будет наиболее актуальной проблемой. В настоящее время повышение безопасности работ достигается: организационными мероприятиями, организацией технологического процесса, технологическим оборудованием, контролем текущих технологических параметров оборудования и аэрогазовых параметров шахтной атмосферы. Кроме этого, в современных условиях крайне необходимо производить мониторинг аэрогазовой ситуации в подземной части предприятия (на основе комплексного анализа аэрогазовых параметров). А так же оценивать и прогнозировать аэрогазовую ситуацию с целью принятия своевременных мер по предотвращению аварийных происшествий.

Снижение числа аварий и несчастных случаев экономически выгодно горнодобывающему предприятию, так как простои производства обходятся дорого, кроме этого восстановление и ремонт дорогостоящего оборудования после аварийных происшествий требует больших финансовых затрат.

Задачи повышения безопасности являются приоритетными при разработке автоматизированных систем. В связи с этим автоматизированные системы, разрабатываемые для горнодобывающих предприятий, должны, в первую очередь, учитывать вопросы, связанные с безопасностью на производстве, и использовать новейшие технологии и методы обработки информации.

Автоматизированная система аэрогазового контроля в шахте разрабатывается как комплексная система сбора, обработки, хранения и представления информации, нацеленная на совершенствование мониторинга аэрогазовой ситуации а шахте, а также контроля за подачей электропитания оборудования в случае возникновения нештатной аэрогазовой ситуации. Можно выделить следующие задачи автоматизированной системы аэрогазового контроля:

• автоматический сбор величин аэрогазовых параметров шахтной атмосферы;

• отображение собранных данных в виде мнемосхем, графиков, журнала событий технологической информации;

• подача управляющих сигналов на отключения электропитания оборудования в случае превышения предельно допустимого значения аэрогазового параметра;

• информационно-справочная поддержка;

• подготовка и выдача отчетов за смену, сутки, месяц;

• просмотр архивной информации;

• предоставление учетной информации.

В настоящее время, несмотря на то, что каждое работающее горнодобывающее предприятие еще на этапе строительства обладает диспетчерскими службами и соответствующими системами аэрогазового контроля, проблема создания автоматизированных систем аэрогазового контроля приобретает особую актуальность.

Проблема построения автоматизированных систем, обеспечивающих производственную безопасность, является предметом многочисленных исследований. Значительный вклад в управление газодинамикой добычных участков внесли: JI.A. Бахвалов, А.Д Багриновский, Ф.С. Клебанов, Е.Ф. Карпов, JI.A. Пучков, В.Д. Аюров, Р.Б. Тян, В.Я. Потемкин; в диспетчеризацию воздухораспределения: JI.A. Бахвалов, К.Г. Акутин, Б.А. Клепиков, А.Г. Евдокимов, Е.Ф. Карпов, А.А. Литвиненко, В.А. Святный, С.В. Цой; в исследование влияния технологических процессов на аэрогазодинамические режимы: В.А. Божко, Н.А. Жайсамбиев, A.M. Картов, Ф.С. Клебанов, В.Н. Лысенко, Н.Н. Петров.

Большинство существующих автоматизированных систем аэрогазового контроля на сегодняшний день объективно не готовы решить перечисленные выше задачи и поэтому не могут служить основой дальнейшего развития производства. Они построены с использованием устаревших средств и методик, имеют локальный характер и не учитывают перспектив развития предприятия. Их основная задача - осуществлять мониторинг аэрогазовых параметров шахтной атмосферы без функций анализа и прогнозирования контролируемых параметров, предоставлять проблему идентификации аэрогазовой ситуации для оператора подсистемы аэрогазового контроля, решение которого не всегда может оказаться верным.

Произошедшие за последнее время аварии на ш. Юбилейная, ш. им.

Засядько, ш. Ульяновская, ш. Абайская - подтверждают недостаточную эффективность систем аэрогазового контроля в шахте. Заблаговременное распознавание возможности возникновения аварийной ситуации по-прежнему б остается за горным диспетчером (оператором АГК), который на основе субъективного анализа большого количества информации не всегда может её выявить. Введение объективных оценок аэрогазовой ситуации повысит уровень производственной безопасности на горнодобывающем предприятии. Для этого необходимо постоянно производить анализ и прогноз значений контролируемых параметров шахтной атмосферы. На их основе осуществлять идентификацию аэрогазовой ситуации в шахте, что позволит выявить аварийную ситуацию на стадии ее развития и выполнить действия, направленные на предотвращение или снижение последствий аварий.

Поэтому научная задача, заключающаяся в разработке моделей и алгоритмов, позволяющих с достаточной степенью достоверности объективно оценить аэрогазовую ситуацию с учетом анализа и прогноза параметров шахтной атмосферы, выработать и выполнить превентивные мероприятия, направленные на недопущение или снижение последствий аварий, актуальна.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Чудинов, Сергей Геннадьевич

Выводы

Был проведен анализ и выделены основные параметры шахтной атмосферы, являющиеся показателями возникновения пожара на ранней стадии. Для контроля за аэрогазовыми параметрами разработаны и стандартизированы станции сбора данных для подземного применения на основе контроллеров сбора данных фирмы Trolex.

В ходе эксплуатации Автоматизированной системы раннего обнаружения начальных стадий возникновения пожаров рудника «Маяк» были получены следующие результаты:

• повышен уровень пожарной безопасности и уменьшить время идентификации начальной стадии возникновения подземных пожаров;

• возможно оценить вероятность возникновения на прогнозный период пожароопасной ситуации на подземном объекте;

• минимизированы затраты на локализацию и тушение подземных пожаров;

На созданные инструментальные средства было получено 3 регистрационных свидетельства программ: №2007611422, №2007611424, №2007611423.

Заключение

В диссертационной работе решена научная задача оценки и прогнозирования аэрогазовой ситуации с учетом нестационарного характера поведения параметров шахтной атмосферы, что имеет важное значение для создании автоматизированных систем управления обеспечивающих безопасность ведения горных работ.

В диссертационной работе было проведен анализ средств и методов обеспечения безопасности на горнодобывающих предприятиях. Проанализированы факторы, параметры шахтной атмосферы и процессы их изменения, влияющие на аэрогазовую ситуацию в шахте. Разработана классификация. Для оценки ситуаций в шахте необходимо использовать классификацию ситуаций в шахте, учитывающую начальные стадии, предшествующие аварийным происшествиям и позволяющую запустить механизм поиска решений по предотвращению или снижению их последствий.

Получаемые данные с датчиков аэрогазовых параметров, необходимо накапливать и производить анализ собранной «истории». Вычислять характеристики изменения аэрогазовых параметров шахтной атмосферы следует с помощью разработанной математической модели определения характеристик динамического процесса изменения аэрогазовых параметров шахтной атмосферы, учитывающей их нестационарные свойства.

С учетом вычисленных характеристик идентифицировать процесс изменения параметров шахтной атмосферы с помощью алгоритма идентификации природы (стационарная или нестационарная) процесса изменения аэрогазовых параметров, основанного на свойствах корреляционного интеграла.

Прогнозировать значения аэрогазовых параметров необходимо с использованием математической модели построения прогнозной траекторий изменения аэрогазовых параметров, учитывающей нестационарные свойства процесса их изменения

Вычислять вероятности превышения параметрами шахтной атмосферы предельно допустимых значений следует разработанным алгоритмом вычисления на прогнозный период вероятности превышения пороговых значений измеряемыми параметрами шахтной атмосферы, учитывающим нестационарные свойства процессов их изменения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чудинов, Сергей Геннадьевич, 2009 год

1. Азбель М.Д. Мониторинг безопасности промышленных предприятий. Учебное пособие. - М.: МГГУ. -2007.

2. Арене X., Лёйтер Ю. Многомерный дисперсионный анализ. М.:Финансы и статистика. -1985.

3. Астафьев Ю.П.и др. Компьютерные системы управления в горном деле за рубежом. М.: Недра. -1989.

4. Бахвалов JI.A. Моделирование систем. М.: МГТУ. -2006.

5. Бахвалов Л.А., Пучков JLA. Методы и алгоритмы автоматического управления проветриванием. М.: Недра. -1992.

6. Бондаренко В.В., Куляница A.JI. и др., Подход к прогнозированию развития ситуации и определение управляющих воздействий в интеллектуальной системе поддержки принятия решений. М.:Информационные технологии. -2003. -№8. -С. 13-19.

7. Ватагин B.C., Андриевский Д.И. Задачи нейронных сетей для предотвращения чрезвычайных ситуаций. http:// agps-2006.narod.ru/konf/2004/sb-2004/sec-2-04/2.67.pdf.

8. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.:АКАДЕМА. -2005 г. 576 стр.

9. Громов Ю.Ю, Земский Н.А, Иванова О.Г. и др., Фрактальный анализ и роцессы в компьютерных сетях: Учебю пособие. -Тамбов: Издательство ТГТУ. -2004.

10. Дегвин Б.М. Блеск и нищета прогнозирования. //Уголь Украины. -2004. -№10.

11. Дуброва. Т.А. Статистические методы прогнозирования. М.:ЮНИТИ. -2003. 206 стр.

12. Душейко О.С., Томилин Ю.В. Прогнозирование чрезвычайных ситуаций с использованием интерполяционных формул. //XXIX Неделя науки СПбГТУ. Материалы межвузовской научной конференции. Ч. I. -2001. С.78.

13. Евланов. Л.Г., Кутузов В.А. Экспертные оценки в управлении. -М.:Экономика. -1978. 136 стр.

14. Егоров Н., Карпов А. Диагностические информационно-экспертные системы. СПб.: Санкт-Петербургский университет. -2002.

15. Жекамухов М.К., Жекамухова И.М. К проблеме внезапных выбросов угля и газа в шахтах. Электронный журнал «Исследовано в России». http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2003/045.pdf.

16. Жожикашвилли А.В., Стефанюк B.JT. Продукционные сети: развитие теории ТК-продукций. //Прикладная и компьютерная математика. М.:Вестник РУДН. -2003. -№1. С. 140-149.

17. Журавков М. А., Кириенко В. М. Автоматизированная система "План ликвидации аварий" для подземных рудников. //Горный журнал. М.: МГГУ. -2004. -№10.

18. Захаров В.Н. Разработка методологии и обоснование критериев прогнозирования состояния горного массива сейсмоакустическими методами при подземной угледобыче. Дис. д-ра техн. наук:25.00.20. Люберцы. -2003.

19. Злотин Б.Л., Зусман А.В: Методика прогнозирования чрезвычайных ситуаций, вредных и нежелательных явлений. Кишинев. -1991. http://www.metodolog.ru/00891/00891.html

20. Инструкция по составлению планов ликвидации (локализации) аварий в металлургических и коксохимических производствах, Госгортехнадзор .

21. Калиберда Е.Г. Анализ причин аварий. Безопасность труда в промышленности. -2007. -№6.

22. БЛ. Картозия, Б.И. Федунец, М.Н. Шуплик, Ю.Н. Малышев и др. Шахтное и подземное строительство. М.: Академия горных наук. -2001. 732 стр.

23. Костарев А.П. О предупреждении взрывов метана и пыли и снижении взрывоопасности шахт. //Уголь. -2002. -№1

24. Котляревского В.А. Забегаева А.В. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Учебное пособие. Книга 3. -М.:АСВ. -1998. 416 стр.

25. Ландер А.В., Чудинов С.Г., Кубрин С.С. Распознавание и прогнозирование ситуации в шахте. //Горный информационно-аналитический бюллетень. М.гМГТУ. -2005. -№8. -С. 225-228.

26. Лобазнов А.В., Чудинов С.Г., Пасечник И.А. Автоматизированная система обнаружения начальной стадии подземных пожаров. //Безопасность труда в промышленности. -2008. -№12. -С. 49-51.

27. Малинецкий Г.Г., Потапов А.Б. Современные проблемы нелинейной динамики. М.: Эдиториал УРСС. - 2000. 316 стр.

28. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов: РД03-418-01. Москва. -2001. 25стр.

29. Минаев Ю.Н., Филимонова О.Ю. Методы и алгоритмы решения задач идентификации и прогнозирования в условиях неопределенности в нейросетевом логическом базисе. М.:Горячая линия — телеком. - 2003.

30. Мясников А.А, Старков С.П., Чикунов В.И. Предупреждение взрывов газа и пыли в угольных шахтах. М.:Недра. -1985.

31. Назаров А.В., Лоскутов А.И. Нейросетевые алгоритмы прогнозирования и оптимизации систем. Спб.: Наука и Техника. -2004.

32. Охтилев М.Ю., Соколов Б.В., Чуприков А.Ю. и др. Перспективные направления развития информационных технологий мониторинга состояний сложных технических объектов в реальном масштабе времени. М.:Авиакосмическое приборостроение. 2004. - №11. - С. 50-59.

33. Подображин С.Н. Анализ причин аварий. //Безопасность труда в промышленности. -2007. -№5.

34. Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03), Госгортехнадзор.

35. Пономарев А.А., Агеев Ю.М. Прогнозирование аварийных ситуаций*на объекте управления с использованием пакета MatLab. //Электронные средства и системы управления: Материалы международной научно-практической конференции. Томск. - 2004 г.

36. Пятибратов А.П., Гудыно Л.П., Кириченко Н.А., Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. -М.: Финансы и статистика. -1998.

37. Саркисян. С.А., Каспин. В.И. Теория прогнозирования и принятия решений. М.: Высш. Школа. -1977. 351 стр.

38. Смилянский Г.Л., Амлинский Л.З., Баранов В.Я. и др. Справочник проектировщика АСУТП. М.-.Машиностроение. -1983. 527 стр.

39. Судоплатов А. П., Бесков М. И. На пути к шахте-автомату. М.: Знание, 1966.

40. Темкин И.О. Разработка теории и методов построения интеллектуальных нейросетевых систем управления аэрогазодинамическими процессами в шахтах. М.:МГГУ. -1996.

41. Темкин И.О. Принципы построения интеллектуальных систем управления горнотехнологическими процессами. //Горный информационный аналитический бюллетень. М.: МГГУ. -1996. -№3.

42. Теория вероятностей и математическая статистика. Учебник для вузов. 2-е изд. М.: ЮНИТИ. 2006. 573 стр.

43. Федунец Н.И., Чудинов С.Г., Кубрин С.С. Выбор оптимальной структуры организации объектов в системе «Плана ликвидации аварий». //Горный информационно-аналитический бюллетень. М.:МГГУ. -2005. -№6. -С. 171-173.

44. Фомичева О.Е., Куприянов В.В. Интеллектуализация технологий автоматизированных систем. Москва. -1994.

45. Хисматуллин Р.К. Динамика напряженно-деформированного состояния горной породы при разных типах насыщенности. -Нефтегазовое дело: Элетронный журнал. -2006.http://www.ogbus.ru/authors/Khismatullin/Khismatullinl.pdf.

46. Чудинов С.Г., Кубрин С.С., Задачи и функции интеллектуальной системы контроля местоположения персонала в шахте. //Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.:МГГУ. -2004. -№12. -С. 141-142.

47. Чудинов С.Г., Смирнов A.M., Кубрин С.С. Автоматизированный мониторинг шахтных вод ОАО «Ленинградсланец». //Автоматизация, управление, безопасность, связь в угольной промышленности, М.: Гипроуглеавтоматизация, -2003. -С. 168-176.

48. Чудинов С.Г., Лобазнов А.В., Пасечник И.А. Учет начальных стадий аварийной ситуации в шахте. //Уголь. -2009. -№1. -С. 69-70.

49. Ширяев. В.А. Совершенствование системы производственного контроля на угольных предприятиях Кузбасса. Дис. . канд. техн. наук:05.26.03. -Кемерово. -2006.

50. Эйкхофф. П. Основы идентификации систем управления. М.:Мир. -1975. 678 стр.

51. Ястребенецкий М.А., Иванова Г.М. Надежность автоматизированных систем управления технологическими процессами. М.:Энергоатомищдат. -1989. 264 стр.