О выборе критерия оптимизации средств контроля и управления при обеспечении безопасности труда в нефтяных шахтах

В последнее время, шахтная разработка нефтяных месторождений вызывает значительный интерес в связи с необходимостью увеличения добычи на старых «истощенных» месторождениях путем максимального повышения нефтеотдачи пластов, а также в связи с наличием большой доли ценных запасов трудноизвлекаемой тяжелой нефти.

Огромную роль при шахтной разработке играет решение проблемы обеспечения безопасности вследствие наличия в рудничной атмосфере паров нефти и газов, что может привести к возникновению пожаро- и взрывоопасных ситуаций. Предотвратить образование опасных концентраций взрывчатых газов можно организацией соответствующей схемы проветривания, обеспечивающей бесперебойную подачу необходимого количества свежего воздуха во все действующие выработки. При этом наиболее подходящий режим работы вентиляции шахты определяется посредством анализа совокупности параметров, характеризующих состояние атмосферы на различных участках и фиксируемых при помощи средств контроля, а затем реализуется выработкой соответствующих воздействий через средства управления.

Осуществление управления вентиляцией шахты с применением компьютерных технологий является важным элементом технической подсистемы шахтной информационной системы. При этом очень большое значение имеет наличие такой системы, которая учитывает расположение рабочих и загрязнение воздуха в выработках, регулирует работу вентиляционной сети и предлагает возможные варианты выхода людей на поверхность. Реализовать подобную систему возможно только при условии оптимизации информационно-управляющей системы нефтешахты [1].

Оптимизация параметров средств контроля и управления нефтяных шахт должна базироваться на объективном критерии оценки эффективности. В большинстве исследований, посвященных оптимизации параметров технических средств и систем контроля и управления, а также посвященных оптимальному управлению вентиляционными системами шахт и концентрацией метана в шахтных условиях, вопросы оптимизации отдельных параметров рассматриваются в отрыве от экономически факторов, что с учетом современных тенденций к развитию рыночных отношений является не совсем корректным. Кроме того, согласно [2], критерий оценки эффективности технических средств систем контроля и управления не может определяться в отрыве от конечного назначения фиксируемой, передаваемой и перерабатываемой информации.

На наш взгляд, если рассмотренная система контроля и управления предназначена для построения модели какого-либо объекта и процесса управления, объективным критерием оценки эффективности Э любой контрольно-управляющей системы может служить разность

э = сэ - С, где С – экономия затрат на достижение цели при использовании систем контроля и управления; С – затраты на создание и функционирование систем контроля и управления.

Задача оптимизации данной системы заключается в максимизации этой разности

Э = [Сэ - С3] ^ max.

Следовательно, оптимизация параметров технических средств систем контроля и управления в широком смысле (включающей средства измерения, преобразования, передачи и переработки информации и выдачи управляющих воздействий) сводится к определению значений параметров всех компонентов системы, при которых достигается максимальная эффективность Э . Таким образом, для решения задачи оптимизации необходимо знать зависимости

Сэ = ^{ K, K,..., Kn ],Сз = ^{ K1, К2,..., Kn ], где K,...,K — параметры компонентов системы.

Приведенный критерий оптимизации можно использовать на всех этапах шахтной добычи нефти, начиная с выбора конфигурации подземных горных выработок и заканчивая добычей и транспортировкой нефти на поверхность, а также для управления технологическими процессами в шахте.

Обобщенным критерием выбора оптимального варианта построения информационно-управляющей системы является минимизация суммы затрат на добывание информации и потерь от несовершенства этой системы. При этом требуется определить наилучшие значения качественных параметров (скорости передачи, помехоустойчивости, надежности, точности) с учетом стоимости обеспечения их значений и влияния на экономическую эффективность функционирования управляемого объекта – потребителя информации. Задача оптимизации сводится к минимуму структуры и параметров информационной системы, при которых свойства этой системы оптимальны. Наряду с этим, известно, что главные вентиляционные средства шахт, являющиеся основными потребителями энергии, работают, как правило, на полную мощность независимо от концентрации метана. При резком локальном изменении концентрации, персоналом производится включение и отключение вентиляторов местного проветривания с использованием телефонов и устных сигналов. Это приводит к тому, что управление в недостаточной степени коррелируется с фактической концентрацией метана, что влечет за собой убытки, связанные с запаздываниями во включении и риском потерь при взрыве – C ав , а также убытки, связанные с запаздыванием в выключении и потерями вследствие перерасхода электроэнергии – C пер .

В конечной форме выражение оптимизации выглядит так [3]:

С = [С +С +С (С ,С ) + С (С ,С )l^min.

L вс иу^ус ававХ вс , иус* пер\ вс, иус^А            ^.

где С – стоимость вентиляционной системы (с учетом расхода энергии); С – затраты на совершен-иус ствование информационно-измерительной системы.

Условие оптимизации можно выразить следующим образом:

[(VtJk • C) - Cjk ] ^ max,i е (1 - n), J е (1 - m), k g (1 -1),

• где i – количество уровней;

• j – количество штреков на i-ом уровне;

• k – количество буровых галерей при j-ом количестве штреков на i-ом уровне;

• V – общий объем добычи нефти за время существования шахты при количестве уровней i, количестве штреков j и количестве буровых галерей k;

С – стоимость единицы объема нефти;

C - стоимость реализации системы нефтедобычи при ijk варианте с учетом капитальных и эксплуатационных расходов за все время существования шахты.

Максимизация вышеприведенного выражения условия оптимизации позволит выбрать наиболее выгодную конфигурацию горных выработок и системы разработки нефтяных шахт.