Оптимизация размещения регуляторов воздухораспределения в вентиляционной сети подземного рудника на основе анализа взаимосвязи параметров сети и применения генетического алгоритма - Статья
Разработка метода оптимизации размещения регуляторов в вентиляционной сети рудника на основе анализа взаимосвязи параметров сети. Способы расчета распределения воздуха в сети. Средства автоматизации создания и редактирования топологической модели рудника.
Аннотация к работе
Регулирование воздушных потоков в вентиляционной системе рудника с помощью местных регуляторов - перемычек различных типов и вспомогательных вентилирующих устройств - позволяет организовать оптимальное распределение воздуха внутри сети выработок и обеспечить добычные участки необходимым по санитарным нормам количеством свежего воздуха. Осуществить проверку эффективности выбранного варианта расположения регуляторов в сети необходимо еще на стадии проектирования, а для этого требуется создать модель вентиляционной системы с установленными регуляторами и рассчитать распределение воздуха в ней. Для максимального облегчения решения этой задачи требуется использовать автоматизированную систему проектирования вентиляционных систем. Основная идея работы заключается в выборе параметров регуляторов и оптимизации их размещения в вентиляционных сетях подземных рудников на основе анализа взаимосвязи параметров сети и применения генетического алгоритма. Усовершенствованный метод расчета распределения воздуха в вентиляционной системе с учетом естественной тяги, утечек воздуха в зонах обрушения и аэродинамических характеристик вентиляционных устройств, основанный на применении метода простых итераций и уточнении поправок расхода воздуха для каждого контура с помощью модифицированного метода Ньютона, позволяет достоверно определить потоки воздуха в вентиляционной сети рудника за малое количество итераций.В последние годы в Великобритании, США и Китае разрабатывается программное обеспечение для решения задачи оптимального расположения регуляторов в сети на основе применения в данной предметной области генетических алгоритмов с целью преодолеть проблемы, связанные с одновременным анализом влияния на сеть большого количества регуляторов, параметры которых варьируются в широком диапазоне. В основу матриц взаимосвязи положен коэффициент взаимосвязи, который характеризует степень влияния изменения потока воздуха в одной ветви на расход воздуха в другой ветви: ,(1) где и - начальный и конечный расход воздуха в-ой заданной ветви, м3/с; и - начальный и конечный расход воздуха в-ой регулируемой ветви, м3/с; - индекс вида регулирования. Критерий оптимальности, учитывающий суммарную невязку расходов воздуха в заданных ветвях при интервальном ограничении потоков воздуха: ,(2) где - расход воздуха в-ой ветви, м3/с; - предельный (максимальный или минимальный) расход воздуха в-ой заданной ветви, м3/с. Таким образом, приложение генетического алгоритма к решению задачи регулирования распределения воздуха в вентиляционной системе помогает разрешить проблему перебора большого количества возможных значений параметров регуляторов с учетом нескольких критериев оптимальности. Полное представление депрессии отдельной ветви, учитывающее утечки воздуха в зонах обрушения, естественную тягу и напор источника тяги имеет вид: ,(7) где - квадратичная составляющая аэродинамического сопротивления ветви, Н·с2/м8; - линейная составляющая аэродинамического сопротивления ветви, Н·с/м5; - расход воздуха в ветви, м3/с; - полином, аппроксимирующий аэродинамическую характеристику вентилятора в ветви; - депрессия естественной тяги в ветви, Па.Настоящая диссертационная работа является законченной научно-квалификационной работой, в которой представлено решение актуальной при проектировании горнодобывающих предприятий задачи - оптимизации размещения и параметров перемычек и вентиляторов в сети выработок с целью улучшения проветривания рабочих зон и уменьшения мощности, необходимой для организации проветривания всей вентиляционной системы.