Функции геоинформационной системы в программах расчета вентиляции шахт
Содержание
1. Геоинформационные системы
. Функции геоинформационной системы в программах расчета вентиляции шахт
Список литературы
1. Геоинформационные системы
Применение ГИС-технологий в качестве ядра при построении перечисленных систем предопределяет возможность их (систем) создания на единой методологической основе, независимо от уровня использования (регион, отрасль, акционерное общество, горнодобывающее предприятие). Это позволяет в значительной степени унифицировать и систематизировать программные и технические средства, применяемые в горнодобывающих отраслях промышленности, и выработать единую стратегию информатизации и технического перевооружения предприятий.
Кроме этого ГИС-технологии предоставляют возможность интегрировать в единую информационную среду алгоритмы решения многих прикладных задач, что является чрезвычайно важным при создании проблемно-ориентированных автоматизированных систем горного производства на основе программно-алгоритмических средств, разработанных в различных научных коллективах и, как правило, не доведенных до конечного программного продукта.
Все перечисленные преимущества использования ГИС-технологий при проектировании автоматизированных информационных систем позволяют рассматривать их применение как альтернативу приобретению горными предприятиями, научными и проектными организациями специализированных дорогостоящих западных пакетов программ, имеющих, как правило, ограниченный набор функциональных модулей «закрытых» для пользователя.[1, c.134]
Геоинформационные системы (ГИС-технологии) используются во всех отраслях народного хозяйства. Уровень применения геоинформационных программ в горном деле за последние годы серьезно повысился. Это привело к изменению самого характера деятельности горных компаний, а также к закономерному росту их производительности. Сегодня на мировом рынке коммерческих компьютерных программ для горных предприятий работают десятки фирм, предлагающих более 1000 программных продуктов, предназначенных для автоматизации различных функций управления горным производством.
Первая волна новых ГИС-технологий была связана с созданием простых моделей месторождений для оценки тоннажа и содержаний. Автоматизация ручных операций по пространственному описанию месторождений позволила компаниям быстрее оценивать требуемые инвестиции. Эти технологии появились в начале 1960-х годов и привели к значительному скачку производительности горных предприятий.
В начале 1970-х годов горная промышленность получила трехмерное цифровое блочное моделирование и геостатистический анализ минеральных ресурсов. Геологи научились использовать эти модели для прогнозирования запасов месторождений. Результатом стало улучшение качества их работы и достоверности оценки минеральных ресурсов. Эта волна нововведений была довольно продолжительной, ее действие закончилось в конце 1980-х годов.
Тогда же появились полностью компьютеризованные модели процессов: горное проектирование, оптимизация, календарное планирование. Программное обеспечение для горного моделирования и проектирования сегодня превратилось в системы, которые отличаются интерактивной графикой, визуализацией высокого качества поверхностей и моделей объектов, а также дружественными интерфейсами пользователя. Недорогие ПК теперь могут обеспечить сложное графическое и интерактивное автоматизированное проектирование.
Однако в настоящее время прирост производительности в горной промышленности за счет применения усложняющихся компьютерных систем существенно замедлился, так как горные предприятия в основном применяют информационные технологии (ИТ) для улучшения отдельных процессов, а не производства в целом.
Следующая волна ГИС-технологий, которая сейчас формируется, должна обеспечить динамическое улучшение производительности предприятий. Разработка локальных средств автоматизации должна осуществляться по модульному принципу с заведомым учетом интеграции их в более крупные системы. Создаваемые для горной отрасли программные комплексы должны быть адаптированы для каждого предприятия в отдельности с учетом имеющейся специфики горно-геологических и горно-технических условий.
На горных предприятиях обычно используются пакеты программ для геологии, горного планирования, маркшейдерии и различных производственных нужд.
Горные программные системы общего назначения. Системы стандартно включают в себя такие разделы, как геологическое моделирование, оценка запасов, проектирование и планирование горных работ, календарное планирование и маркшейдерия.
Специализированные горные программы. Сюда относятся специализированные программы для областей технологии, которые пока (полностью или частично) не обеспечиваются универсальными горными системами. Обычная тематика таких пакетов: оптимизация карьеров, календарное планирование, буровзрывные работы, вентиляция, геомеханика, экология и т.д. Существует большое количество таких пакетов, которые создаются специализированными компаниями, самими горными предприятиями или исследовательскими учреждениями.
Системы управления производством. Эта категория объединяет программы и оборудование, используемое для управления производством в реальном времени: управление горным транспортом, экскаваторами, буровыми станками и т.п.
Системы регистрации (учета) результатов производства. Существует большое разнообразие систем, которые ведут производственный учет в реальном времени и формируют всевозможные отчеты. За редким исключением горные компании сами разрабатывают (и иногда продают) такие системы. В них очень мало общего, и часто они представляют собой смесь электронных таблиц и баз данных, разработанных местными программистами для нужд предприятия.
По результатам анализа имеющихся программных комплексов горной направленности можно сделать вывод, что горные программные системы общего назначения являются базовыми в моделировании, но очень громоздки при адаптации к условиям функционирования конкретного горного предприятия и не реализуют большинства функций, которые выполняются программными системами других классов. Поэтому системы этого класса должны быть открытыми, то есть иметь возможность увеличения числа реализуемых функций за счет безболезненного присоединения к ним соответствующих модулей из программ других классов либо реализации подобных алгоритмов в собственной среде.[4, c.75]
. Функции геоинформационной системы в программах расчета вентиляции шахт
геоинформационный программный вентиляция шахта
Проветривание шахты осуществляется путем создания воздушного потока в сети горных выработок. Принятое направление воздушных потоков в сети определяет схему проветривания шахты и отдельных ее участков. В шахтную вентиляционную сеть входят горные выработки и сооружения, по которым движется воздух, а также выработки, вентиляционные сооружения и выработонное пространство, через которое просачивается атмосферный воздух. Направление воздушных потоков осуществляется с помощью вентиляционных сооружений (вентиляторы, перемычки, двери, трубопроводы, кроссинги и.т.д.).
Воздушные потоки, потоки вредных примесей (газов, пыли, тепла), вентиляционная сеть, вентиляционные сооружения и источники тяги в сети образуют шахтную вентиляционную систему, которая характеризуется схемой движения воздуха в сети, интенсивностью вентиляционного процесса (обмена и переноса массы и энергии), аэродинамическим режимом воздушных течений. Ее главными параметрами являются концентрация вредных примесей в шахтной атмосфере, объемные дебиты воздушных потоков (воздухораспределение в сети), аэродинамические сопротивления горных выработок и сооружений, депрессия источников механической и естественной тяги. Шахтная вентиляционная система обычно находится в квазистационарном состоянии (т.е. в среднем стационара).[5, c.19]
Итак, рассмотрим основные функции геоинформационной системы на примере программного комплекса «Вентиляция шахт».
Программа расчета распределения воздуха по сети горных выработок
Программа предназначена для расчета распределения воздуха по горным выработкам шахт и рудников в нормальных и аварийных режимах и создания схемы вентиляции к плану ликвидации аварий.
Функциональные возможности по моделированию схемы вентиляции
естественное воздухораспределение при заданных сопротивлениях ветвей и заданных характеристиках вентиляторов;
оптимальное воздухораспределение при заданных расходах воздуха для потребителей;
расчет устойчивости проветривания при нарушении вентиляционных устройств;
расчет устойчивости проветривания при пожаре;
расчет естественной тяги и тепловой депрессии;
расчет концентраций газа в сети горных выработок;
расчет времени и путей распространения пожарных газов;
Функциональные возможности по ведению схемы вентиляции
вычерчивание и редактирование схемы вентиляции (линии различного типа, толщины и цвета, условные обозначения, текст, картинки);
представление расчетной схемы с номерами ветвей, узлов, результатами расчетов, результатами моделирования аварийных ситуаций (опрокинутые ветви, распространение пожара);
представление (оформление) схемы вентиляции к плану ликвидации аварии;
Схема вентиляции. Распределение воздуха по горным выработкам
Функциональные возможности:
естественное распределения воздуха по заданным характеристикам сети и вентиляторов;
оптимальное распределение воздуха для обеспечения потребителей необходимым количеством воздуха;
расчет устойчивости проветривания;
расчет устойчивости проветривания при пожарах;
подготовка и расчет реверсивных режимов проветривания;
расчет времени распространения пожара;
расчет концентраций газа;
ведение расчетов на схеме вентиляции.
Функциональные возможности схемы вентиляции:
программа представляет собой специализированный графический редактор для работы со схемой вентиляции (рисование линий, полилиний, текста, условных обозначений, перемещение и изменение свойств объектов и надписей, вывод на печать (весь чертеж или выбранный фрагмент) с автоматической разбивкой по листам);
отображение расчетных расходов;
отображение результатов замеров воздуха и метана;
отображение позиций и текста плана ликвидации аварий;
отображение опрокинутых и загазованных ветвей после пожара;
отображение маршрутов движения горнорабочих и ВГСЧ.
Проветривание подготовительных выработок
Функциональные возможности:
полная реализация «Руководства ...» для всех условий и бассейнов;
расчет по природной газоносности и фактическому газовыделению;
одновременный расчет нескольких выработок;
разработка проекта установки ВМП для одной выработки;
выбор диаметра трубопровода, вентиляторов и способа их соединения;
вывод графика работы вентиляторов;
возможность просмотра полного протокола расчета.
Расчет газообильности и вентиляции очистных забоев
Функциональные возможности:
полная реализация "Руководства ..." для всех условий и бассейнов;
расчет газовыделения свиты пластов;
расчет по природной газоносности и фактическому газовыделению;
одновременный расчет нескольких забоев;
возможность просмотра полного протокола расчета.
Расчет дегазации шахт
Функциональные возможности:
реализация "Методических рекомендаций ...";
создание (вычерчивание) схем дегазации;
расчет расходов метановоздушной смеси и диаметров трубопроводов;
расчет давлений для принятых (существющих) диаметров трубопровода;
расчет расходов воздуха и давлений в трубопроводе для сложных схем (по модели естественного распределения смеси по сети).
Система расчета и контроля вентиляции шахт
Система проектирования и контроля вентиляции предназначена для автоматизации вентиляционных расчетов и контроля состава и количества воздуха в шахте. Система обеспечивает автоматизацию всего комплекса расчетных и учетных работ, регламентированных Правилами безопасности, различными нормативными и методическими документами при проектировании и эксплуатации угольных шахт.
Основные функции системы по проектированию (расчету) вентиляции:
расчет газообильности очистных и подготовительных выработок по природной газоносности;
расчет газообильности очистных и подготовительных выработок по фактическому газовыделению; расчет вентиляции тупиковых выработок (с выбором вентиляторов местного проветривания);
расчет вентиляции очистных участков, в том числе для схем с газоотсосом;
расчет распределения воздуха по горным выработкам в нормальном и аварийном режимах.
Основные функции системы по контролю:
учет замеров расхода воздуха и концентрации метана;
учет проб воздуха;
учет загазований;
контроль изоляционных перемычек и пожарных участков;
контроль вентиляторных установок;
импорт и контроль данных системы Микон.
Отчетные функции системы:
установление категории шахты по газу;
формирование вентиляционного журнала;
формирование журналов по замерам и осмотрам;
формирование документов по результатам расчетов;
ведение плана ликвидации аварий.
Сервисные функции системы:
формирование и ведение схемы вентиляции;
выгрузка базы для передачи инспектирующим организациям;
ведение нормативных документов по вентиляции.
Применение системы обеспечит:
правильное и единообразное использование всех методических положений различных руководств по расчету вентиляции шахты;
повышения объективности замеров состава и расходов воздуха;
необходимую взаимосвязь между замерами и расчетами, возможность автоматического использования результатов замеров при проведении расчетов;
возможность удобной и оперативной передачи результатов вентиляционных расчетов и замеров инспектирующим органам.[5, c.96]
Таким образом, применения современных геоинформационных систем (ГИС) многочисленные и достаточно сложные задачи горной отрасли в различных постановках и в различном объеме решаются в некоторых крупных зарубежных программных продуктах. Однако стоимость приобретения и сложность освоения последних продолжает оставаться достаточно высокими. Поэтому основным направлением в политике информатизации производственных горно-технологических процессов продолжает оставаться использование относительно недорогих многофункциональных инструментальных геоинформационных систем (ГИС), разработанных в странах ближнего зарубежья, а также собственных прикладных разработок геоинформационной направленности. К тому же отечественные разработки существенно ориентированы на национальные ГОСТы и стандарты, что способствует их лучшей адаптируемости в задачах вывода и архивирования отчетных документов, а также сокращает количество доработок в сравнении с зарубежными аналогами.
От правильно выбранного режима проветривания шахты зависит производительность очистных и подготовительных участков, эффективность всех профилактических мероприятий, осуществляемых для предотвращения самонагревания угольных скоплений в выработанных пространствах и предотвращение формирования взрывоопасных концентраций метана в горных выработках. Для расчета нормальных и аварийных вентиляционных режимов используют программные комплексе «Вентиляция шахт».[3, c.113]
Список литературы
1. Васюков Ю.Ф., Горное дело. - М.: Недра, 2010. - 315с.
. Ивановский В.Г., Шахтные вентиляторы. - Владивосток, 2011. - 197с.
. Килячков А.П., Решение сложных вентиляционных систем. - М.: Недра, 2009. - 316с.
. Ковальчук А.Б., Горное дело. - М.: Недра, 2011. - 201с.
. Мещеряков Д.А., Вентиляция шахт. - М.: Недра, 2009. - 168с.
1.