В.М. Юрченко Расчет на ПЭВМ грузопотоков от комплексно-механизированных ЛАВ по программе Конвейерный траспорт и выбор оборудования конвейерных линий

2

ВВЕДЕНИЕ Широкое применение в угольных шахтах высокопроизводитель-

ных механизированных комплексов и осуществляемая концентрация горных работ ведут к значительному повышению нагрузок на транспортные магистрали. В этих условиях от правильного выбора оборудования технологических схем конвейерного транспорта на стадии проектирования в полной мере зависит бесперебойный прием и транспортирование угля в период эксплуатации.

Сложность расчетов конвейерных систем обусловливается разветвленностью технологических схем конвейерного транспорта, большой неравномерностью шахтных грузопотоков, случайным характером отказов транспортного оборудования.

Наиболее эффективным и пока единственным путем преодоления этих трудностей является применение метода имитации моделирования, который с успехом применяется в различных областях науки и техники для исследования и расчета сложных систем со стахостическим характером функционирования.

В основу настоящих методических указаний положена Инструкция по использованию специализированной программы "Конвейерный транспорт" для расчетов нагрузок действующих и вновь вводимых конвейерных линий [1]. Инструкция и программа разработаны кандидатами технических наук М.А. Котовым, В.П. Гудаловым, Ю.А. Кондрашиным и старшими инженерами Е.Б. Габриневой, Г.В. Леонтьевой, А.С. Любович – сотрудниками лаборатории рудничного транспорта ИГД им. А.А. Скочинского – и утверждены Минуглепромом

СССР в 1981 г. Специализированная программа "Конвейерный транспорт" передана разработчиками в основные филиалы института Центргипрошахт: Донгипрошахт, Днепрогипрошахт, Сибгипрошахт, Кузбассгипрошахт и др.

Такая постановка дела позволяет проектировщикам и эксплуатационникам уже сегодня осуществлять научно обоснованный выбор транспортного оборудования на любой шахте. Вот почему специали- сту-технологу важно уметь на практике использовать преимущества компьютера в инженерных расчетах и уметь пользоваться готовой программой.

Кафедра стационарных и транспортных машин КузГТУ стала первым пользователем специализированной программы "Конвейерный транспорт" среди вузов и накопила положительный опыт.

3

1.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТА

1.1.Ознакомиться с настоящими методическими указаниями.

1.2.Определить необходимое число очистных (исходя из сменной производительности участка или шахты) и подготовительных забоев (исходя из плана подготовки очистного фронта), выбрать для них необходимое оборудование, установить режим работы (представить материал по образцу табл. 1).

1.3.Составить схему конвейерного транспорта участка или шахты

(см. рис. 2, 3).

1.4.Произвести кодирование технологической схемы конвейерного транспорта в режиме выбора оборудования (согласно п. 3.2.2).

1.5.Подготовить исходные данные, заполнив их на развернутых тетрадных листах (обязательно в клеточку) в режиме выбора оборудования по образцу табл. 2, 3, 4, 5, 6, 7.

1.6.Проверить с преподавателем правильность исходных данных.

1.7.Произвести ввод данных на компьютере и запустить программу "Конвейерный транспорт" (компьютерный зал, а. 1149).

1.8.Если расчет на компьютере не идет, то следует еще раз вместе

спреподавателем тщательно проверить исходные данные и вновь произвести ввод данных на компьютере и запустить программу.

1.9.Распечатать результат расчета, т.е. выходную информацию.

1.10.Используя выходную информацию (ожидаемую эксплуатационную (т/ч) и максимальную минутную (т/мин) нагрузки), в режиме выбора оборудования выбрать необходимые конвейеры. Если по приемной способности конвейер подобрать невозможно – это признак того, что перед ним должен стоять аккумулирующий бункер.

1.11.Составить пояснительную записку.

2.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ПРОГРАММЫ "КОНВЕЙЕРНЫЙ ТРАНСПОРТ"

2.1.Назначение программы

Программа "Конвейерный транспорт" предназначена для оценки пропускной способности действующих и расчета допустимых нагрузок вновь вводимых конвейерных линий, а также определения параметров технологических схем конвейерного транспорта при проектировании угольных шахт.

4

Объектами расчетов могут быть технологическая схема транспорта полностью конвейеризированной шахты с бункерами или без бункеров (до скипового подъема или поверхности при конвейерном подъеме), участковые конвейерные линии до погрузочного пункта на другой вид транспорта. Технологическая схема конвейерного транспорта при заполнении исходных данных кодируется, а затем при работе программы производится автоматический набор и отображение ее в ячейках памяти компьютера.

Впрограмме предусмотрено два режима работы: режим выбора оборудования и режим оценки пропускной способности.

Вкурсовом и дипломном проектировании данная программа используется с учебной целью в режиме выбора оборудования. При работе с этой программой в качестве исходных данных задаются горнотехнические показатели работы очистных и подготовительных забоев и технологическая схема горных выработок. Основными результатами моделирования являются ожидаемые грузопотоки по выработкам, в соответствии с которыми производится выбор типов транспортного оборудования и определяется емкость бункеров для усреднения грузопотоков.

Программа "Конвейерный транспорт" позволяет отражать работу шахты с количеством забоев до 20, подземный транспорт которой включает до 30 конвейеров и 10 бункеров различного технологического назначения.

2.2.Принцип построения программы

Основой программы "Конвейерный транспорт" является разработанная в ИГД им. А.А. Скочинского имитационная модель, обеспечивающая высокую адекватность процесса моделирования реальным транспортным процессам и за счет этого необходимую достоверность определения параметров технологических схем конвейерного транспорта.

Перемещение груза (грузопоток) по конвейерной линии в модели имитируется передачей в ячейках памяти машины случайных чисел, распределенных по ограниченному нормальному закону. Структура имитационной модели содержит ряд функциональных блоков, имитирующих следующие процессы:

- поступление грузопотоков из очистных и подготовительных за-

боев;

- загрузки конвейерной системы грузопотоком из забоев;

5

-транспортирование груза по конвейерам;

-прохождение груза через бункеры различного технологического назначения;

-перегрузки между отдельными звеньями конвейерной системы;

-управление конвейерной системой.

Координация работы функциональных блоков осуществляется специальным организующим блоком модели (см. рис. 1). Моделирование процесса поступления грузопотоков из очистных забоев производится путем генерирования на основе установленных статических закономерностей, случайных значений грузопотоков с учетом конкретных горнотехнических показателей работы забоев, применяемой технологии выемки угля, а также случайных и регламентированных перерывов в работе забоев.

Как показали статические исследования, для грузопотоков из очистных забоев характерно наличие автокорреляционной связи. В этой связи представление грузопотоков за время выемки в виде набора независимых случайных величин, как это обычно делалось при применении методов статистического моделирования в известных отечественных и зарубежных моделях, может существенно искажать реальный процесс. Для устранения этого недостатка в программу введено выражение, позволяющее учитывать при генерировании грузопотоков за время выемки экспоненциальный характер автокорреляционной связи между значениями грузопотоков в различные моменты времени:

очистного забоя на t-м и предыдущем шаге моделирования; τk − время

корреляции; τ − шаг моделирования; S − количество очистных забоев. Для имитации нормального некорреляционного процесса ξi ( t )

используется стандартная программа нормированных нормально распределенных чисел η. Случайные числа ξi определяются из выраже-

ния

ξi ( t ) = mi +σiη( t ),

где mi и σi – соответственно математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение некорреляционного процесса ξi ( t ).

7

Формирование случайных значений периодов поступления и отсутствия груза из очистных забоев при моделировании осуществляется известными способами исходя из их экспоненциального распределения.

Выбор шага моделирования τ осуществляется из условия, что его величина не должна превышать время корреляции грузопотока, которое для высокопроизводительных забоев составляет 2÷3 мин. Нижний предел для τ должен устанавливаться в зависимости от требуемой точности расчетов. Однако исследования показали, что на интервалах, меньших чем 30 с, грузопотоки не подчиняются нормальному закону. Анализ непрерывных реализаций грузопотоков, полученных непосредственными замерами в действующих очистных забоях, показал, что значения максимальных грузопотоков, определенных при интервалах менее 30 с, превышают значения, полученные при минутных интервалах на 1÷10 %, причем, вероятность появления этих превышений очень мала и колеблется в пределах 0,002-0,007. Разброс значений эксплуатационных нагрузок конвейеров, определенных при интервалах 5, 30, 60 с, не превышает 10 %. С учетом этого шаг моделирования принят равным 1 мин.

Для имитации функционирования конвейерных систем непрерывный процесс транспортирования приведен к дискретному виду. В связи с этим конвейерная система в модели представлена последовательностью переменных, характеризующей изменения состояния ее отдельных звеньев в зависимости от поступления грузопотоков (рис. 1):

X z1( t ),…, X p1( t ),…, X rj ( t ),…, X pj ( t ),…, X rk ( t ),…, X pk ( t ); Y1( t ),…,Yz ( t ),…, Ym( t ),

где X rj ( t ) и X pj ( t ) − переменные, характеризующие состояния, соответственно, начального и конечного отрезков j-го конвейера; Yz ( t ) −

переменная, характеризующая состояние z-го бункера; k и m − общее количество конвейеров и бункеров в схеме транспорта.

Объединение этой последовательности переменных в систему осуществляется организующим блоком модели в соответствии с заданной схемой транспорта или по горным выработкам. Кроме того, для имитации процессов загрузки конвейерной системы очистными забоями и перегрузки между отдельными звеньями конвейерной системы введены следующие переменные:

- F1i ( t ) − переменная, имитирующая процесс загрузки конвейерной системы i-м забоем;

8

- F2 j ( t ) − переменная, имитирующая процесс перегрузки с j-го

конвейера;

- F3z ( t ) − переменная, имитирующая процесс перегрузки с z-го

бункера.

Исходя из этого, для имитации процесса загрузки конвейеров грузопотоками из очистных или подготовительных забоев получены следующие соотношения:

стояние конечного отрезка L1i -го конвейера, загружаемого грузопотоком из i-го очистного забоя; Qкnp L1i − приемная способность L1i -го конвейера; ∆Рi ,L1i − потери добычи в пункте перегрузки из i-го забоя на L1i -й конвейер из-за превышения приемной способности; P1 − признак, принимающий значение "1" при заданных параметрах транспортного оборудования и значение "0" в противном случае; RL1i ( t ) − готовность L1i -го конвейера к приему груза; S − количество очистных

забоев.

Модель процесса перемещения случайных значений грузопотоков по конвейерам представлена следующими соотношениями:

n j = rj ,rj +1,..., p j ; j =1,...,k ,

где X rj ( t −τ ) – состояние начального отрезка j-го конвейера на предыдущем шаге моделирования; X pj ( t ) – состояние конечного отрезка

j-го конвейера; k – количество конвейеров в схеме транспорта.

Для имитации процесса прохождения грузопотоков через бункеры в работе приведена универсальная модель, представляющая собой сис-

9

тему логических соотношений, разработанную на основе классификации бункеров по трем признакам: технологическому назначению (аккумулирующие, усредняющие), способу прохождения угля через бункеры (сквозные, обходные) и техническому исполнению (горные бункеры, бункеры-конвейеры). Для имитации процесса перегрузки между звеньями конвейерной системы получены соотношения, аналогичные соотношениям (2.1). Для имитации процесса управления конвейерной системой разработан алгоритм, имитирующий случайные отказы конвейеров и функции существующей аппаратуры автоматизации конвейерных линий. Основным достоинством предложенной структуры модели и принципов имитации звеньев конвейерных систем является возможность определения параметров технологических схем конвейерного транспорта прямым путем, без формализации и вычисления вероятностных характеристик грузопотоков, что позволяет исключить погрешности аналитических методов расчета. Значение текущей эксплуатационной нагрузки на конвейер (т/ч), используя соотношение (2.2), можно определить по формуле

ра в момент времени t , т; N j – количество дискретных отрезков j-го конвейера:

N j =V Lkj60 .

kj

Текущие максимальные значения минутных грузопотоков определяются путем фиксирования значений, присваиваемых переменным F1i ( t ), F2 j ( t ), F3z ( t ), а текущие и максимальные значения уровней

заполнения бункеров фиксированием значений, присваиваемых переменной Yz ( t ). Это позволяет получить не только конечные (макси-

мальные) значения параметров, но и их распределение за произвольные промежутки времени.

Программа "Конвейерный транспорт" составлена на алгоритмическом языке ФОРТРАН и состоит из ряда подпрограмм, имитирующих процессы поступления грузопотоков и транспортирования груза в со-