Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ПРОГРАММИРОВАНИЕ, УПРАВЛЕНИЕ И ЦИФРОВЫЕ МОДЕЛИ ЗАБОЕВ ГАЗОУГОЛЬНЫХ ШАХТ

Жетесова Г. С., Бейсембаев К. М., Нокина Ж. Н., Телиман И. В.,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Цифровые модели очистных забоев, их технологий и горных машин позволяют перейти к современному проектированию и производству широкого ассортимента элементов разработки, в том числе, и для полезных ископаемых, залегающих в сложных условиях, создать предпосылки применения автоматизированных систем управления на местах.

Технологии добычи пластовых месторождений за последнее пятидесятилетие прошли стадии развития, которые можно классифицировать как:

– первый этап: полная механизация добычных процессов на основе механизированных крепей с несущей способностью до 50 тс/м2; объемы капитальных вложений на её ремонт были сопоставимы с затратами на приобретение техники, а в сумме за 2–3 ремонта превышали её, при этом заводы-изготовители располагались за пределами республики, а ремонтные предприятия внутри;

– второй этап: полная механизация и применение механизированных крепей нового технического уровня с сопротивлением, в 2- 3 раза превышающим значение в предыдущем уровне; при изготовлении горной техники стали применяться технологии, резко сокращающие затраты на ремонт и требующие структурной перестройки заводов горного производства, когда бы заводы-изготовители располагались в пределах республики, а ремонтные предприятия сокращались. Отдельные операции по добыче автоматизировались;

– третий этап: сокращение и ликвидация заводов горного машиностроения и использование западных систем, в том числе и с автоматизацией основных производственных процессов.

– четвертый этап: восстановление ремонтных заводов с частичными функциями изготовления основных узлов оборудования, за исключением систем автоматизации работы на базе электрогидрораспределителей.

Анализ этих этапов показывает, что эффективность технологий добычи угля будет определяться автоматизированными системами, построенными на основе единства конструктивных, технологических, модельных и программных подходов к разработке в системах баз данных авто проектирования, которые по мере накопления опыта в моделирующих и производственных испытаниях перерастают в управляющие системы, основанные на принципах обратной связи, при этом созданы технологические возможности изготовления новой техники в республике.

В научно-технологическом смысле определился принципиально новый этап развития горного производства на основе совершенствования скважинных методов добычи и управления состоянием горного массива, включающих дегазацию угольных пластов и их диспергирование, а также, находящегося с ним в техническом и технологическом единстве, камерного способа.

Для крепления и управления забоями, скважинами и анкерным креплением используется робототехника, однако в этих системах автоматизация должна учитывать состояние горных пород, которое сложно, нестационарно, и требует специальных моделей и их программ.

Опыт казахстанского «Горного дела» показывает, что здесь трудности начиная с конца 1800 годов и поныне успешно преодолевались, и оно выходило на более высокие рубежи, чем до кризиса. Но для этого производству и науке РК следует активизировать исследования в области робототехники. Причем систему управления программирование роботов следует разрабатывать в Республике, для чего имеются интеллектуальные, технические и технологические резервы и образовательные основы, однако они нуждаются в существенном обновлении.

Проанализированы особенности совершенствования камерных технологий и программы их моделирования, значение проведения скважин для предварительной дегазации, вентиляции, сбора разведочных данных и управления состоянием массива. Разработаны новые элементы технологических схем коротко забойной выемки и, в частности, для условий сложно извлекаемых запасов. В основе таких технологий – поворотные конвейера, конструкция конвейера со скребковым цепным тяговым органом и представлена в работе.

Рассмотрены основные проблемы его проектирования, возможные затруднения и пути их решения, создана модель движения тягового органа и нагружения става конвейера, реализованные в работоспособном макете.

Ранее для выявления условий нагружения технологических целиков при камерной выемке был выполнен цикл фотоупругих исследований, а затем разработана и апробирована конечно-элементная технология расчетов в 3 d-постановке, где учитываются все основные факторы состояния породной колонки, структурные особенности её сдвижения; учтено влияние параметры целиков (ширина, шаг, порядок возведения), схемы крепления анкерной и стационарно-переносной крепью, текущая плотность установки и величины распора. Уточнены особенности состояния пород, схемы их разрушения, обрушения и дезинтеграции. Контроль состояния такого массива возможен при автоматизированном учете происходящих в массиве формоизменений, для которых установлены три основных вида, и предложены модели их учета.

Разработаны модели и программы для имитации проходки выработки исполнительными органами, осуществляющими сложное вращение во взаимно-ортогональных плоскостях с применением конусных резцов с учетом проведения опережающих полостей для инициации трещинообразования и сокращения энергоемкости разрушения.

На основе моделирования нарушенных зон разработаны и уточнены элементы методики расчета параметров анкерного крепления и его механизм воздействия на горный массив.

Особое внимание уделено методам поэтапного построения сетки, обеспечивающей максимальную точность исследований с учетом реальной структуры деформирования у выработок, пластического течения в зонах концентрации напряжений, образования пластовой дезинтеграции.

На напряженно деформированное состояние забоев оказывает влияние схемы обрушения пород в виде схем их плавного смыкания с обрушенными породами, образования периодического консольного обрушения мощных слоев и сводообразования. Рассмотрены способы их идентификации при управлении забоями в режиме обратной связи на основе: аналитического расчета распределения опорного давления, анализа давлений датчиков в поршневых полостях гидростоек, методов физической фиксации трещинообразования и обрушения консолей за счет акустического прослушивания массива. Эти исследования должны проводиться постоянно с начала подвигания работ с фиксацией расчетных данных и показаний приборов в многомерной базе данных и их сопоставлением.

Проведённые исследования позволили создать цифровые модели коротокозабойной выемки сложно извлекаемых запасов и создать основы проектирования технологии с применением поворотных конвейеров с поворотом направления транспортирования в любой зоне става на 90 градусов. При этом объемы сложно извлекаемых запасов только по углю составляют не менее 30 % от балансовых.