Методологические аспекты создания систем управления проветриванием сложных вентиляционных сетей современных рудников
Автор: Левин Л.Ю., Семин М.А., Мальцев С.В., Зайцев А.В.
Журнал: Горные науки и технологии @gornye-nauki-tekhnologii
Рубрика: Технологическая безопасность
Статья в выпуске: 1 т.11, 2026 года.
Бесплатный доступ
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.
Рудничная вентиляция, вентиляция по требованию, вентиляционные сети, управление проветриванием, аэродинамическое влияние, пространственная глубина управления, временной масштаб управления
Короткий адрес: https://sciup.org/140314968
IDR: 140314968 | УДК: 622.4 | DOI: 10.17073/2500-0632-2025-08-1022
Methodological Framework for Designing Ventilation Control Systems for Complex Mine Ventilation Networks
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.
