Лев Юрьевич Левин – доктор технических наук, член-корреспондент РАН, заведующий отделом аэрологии и теплофизики, директор
г. Пермь
Scopus ID 56358515000
SPIN-код 6447-8130
Lev Yu. Levin – Dr. Sci. (Eng.), Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Head of the Aerology and Thermophysics Department, Director
Perm
Scopus ID 56358515000
SPIN 6447-8130
Михаил Александрович Семин – доктор технических наук, ученый секретарь
г. Пермь
Scopus ID 59727932700
ResearcherID S-8980-2016
SPIN-код 8353-4907
Mikhail A. Semin – Dr. Sci. (Eng.), Scientific Secretary
Perm
Scopus ID 59727932700
ResearcherID S-8980-2016
SPIN 8353-4907
Станислав Владимирович Мальцев – кандидат технических наук, заведующий сектором рудничной вентиляции отдела аэрологии и теплофизики
г. Пермь
ORCID 0009-0002-9887-1455
Scopus ID 57215839650
SPIN-код 6952-9875
Stanislav V. Maltsev – Cand. Sci. (Eng.), Head of the Mine Ventilation Sector, Aerology and Thermophysics Department
Perm
Scopus ID 57215839650
SPIN 6952-9875
Артем Вячеславович Зайцев – доктор технических наук, заместитель директора
г. Пермь
Scopus ID 57213120380
SPIN-код 8246-2359
Artem V. Zaitsev – Dr. Sci. (Eng.), Deputy Director
Perm
Scopus ID 57213120380
SPIN 8246-2359
As ventilation networks in modern mines expand, airflow distribution control becomes increasingly complicated due to three factors: insufficient control depth combined with unsynchronized operating schedules of individual mine sectors; increasingly complex aerodynamic interactions between working areas and control devices; and growing system inertia. This highlights the need for a unified approach to designing ventilation control systems for complex networks, so that the conditions under which their implementation is technically feasible and economically justified can be assessed in advance. To achieve this objective, two key tasks were addressed: identifying the appropriate spatial depth and temporal scale of ventilation control. The methodology was based on a mathematical framework for analyzing aerodynamic interactions in branched networks with numerous fans, shafts, levels, and diagonal connections. The framework includes the use of aerodynamic influence matrices, their graphical analysis, clustering, and decomposition of the network into subsystems. Dimensional analysis was also applied to estimate the characteristic times of various dynamic processes in mines. As a result, principles for designing control systems were proposed, including the selection of the control level with regard to the number of air consumers and their operating schedules, as well as matching the control time scale to the characteristic times of ventilation and mining processes. It was shown that the duration of production cycles permits ventilation control to be applied at that level, opening a promising direction for further research. It was also established that, in complex ventilation networks, control algorithms should be designed primarily to maintain the required airflow rate, whereas control based on gas concentration is less effective.
По мере развития вентиляционных сетей современных рудников управление воздухораспределением осложняется воздействием трёх факторов: недостаточной глубиной регулирования и несинхронностью графиков работы отдельных участков; усложнением аэродинамических связей между рабочими зонами и регуляторами; ростом инерционности системы. Это обусловливает необходимость разработки единого подхода к созданию систем управления вентиляцией в сложных сетях, позволяющего заранее оценить условия, при которых внедрение таких систем будет экономически оправданным и технически реализуемым. Достижение указанной цели предполагало решение двух ключевых задач: определение пространственной глубины управления и временного масштаба управления. Основой методологии послужил разработанный математический аппарат для анализа аэродинамических связей в разветвлённых сетях с большим числом вентиляторов, стволов, горизонтов и диагональных соединений. Он включает использование матриц аэродинамического влияния, их графический анализ, кластеризацию и декомпозицию сети на подсистемы. С помощью метода размерностей получены оценки характерных времен различных динамических процессов в рудниках. В результате предложены принципы проектирования систем управления, предусматривающие выбор уровня регулирования с учётом числа потребителей и их производственных графиков, а также согласование временного масштаба регулирования с характерными временами аэрологических и горнотехнологических процессов. Показано, что длительность технологических циклов допускает применение регулирования вентиляции на их уровне, что открывает перспективное направление для дальнейших исследований. Установлено, что для сложных вентиляционных сетей алгоритмы управления должны быть в первую очередь ориентированы на поддержание требуемого расхода воздуха, тогда как регулирование по концентрации газов менее эффективно.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.