Walidacja programu komputerowego do prognozowania przewietrzania kopalni z zastosowaniem metod optymalizacji numerycznej – etap II

• Autorzy: Dziurzyński W. , Krach A. , Pałka T. , Wasilewski St.

Warianty tytułu

Validation of a computer model for prognosticating the ventilation, conditions in mines using the numerical optimisation methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badania są kontynuacją prac nad rozwojem metod optymalizacji numerycznej w celu doboru parametrów modelu numerycznego wirtualnej kopalni. W tym celu wykorzystano dane rejestrowane przez czujniki systemu gazometrii automatycznej sieci wyrobisk kopalni. Wcześniejsze badania (etap I) pozwoliły na dokonanie wyboru i adaptacji metody optymalizacyjnej parametrów modelu matematycznego stosowanego w programie komputerowym VentZroby. Zastosowano miarę odległości wyników obliczeń symulacyjnych i danych z czujników systemu gazometrii automatycznej. Jako funkcję celu minimalizowaną metodą optymalizacji numerycznej przyjęto sumę kwadratów różnic wartości zmierzonych i prognozowanych z wagami. Zastosowana metoda i wykonane przykłady obliczeniowe w I etapie badań pozwoliły na sformułowanie wniosków, które stały się podstawą do rozwoju metody optymalizacji. W omawianym etapie II dla symulacji numerycznej wybranego rejonu ściany ze zrobami, przygotowano wyniki z pomiarów ręcznych oraz dane z anemometrów stacjonarnych i czujników metanu systemu gazometrii dla rozważanego rejonu. Ponadto dla przyjętego modelu numerycznego wybranego rejonu wykonano obliczenia stanu początkowego rozpływu, tj. wartości strumieni objętości powietrza w bocznicach i udziały objętościowe metanu w tych strumieniach. Następnie wykonano obliczenia walidacyjne dla wybranego rejonu, dla minimalizacji funkcji celu, z zastosowaniem zmodyfikowanej metody optymalizacji numerycznej realizowanej w trzech krokach obejmujących: zmiany oporów bocznic sieci (minimalizacja dla strumieni objętości powietrza), zmiany wartości strumieni objętości metanu dopływających do sieci ze źródeł zewnętrznych (minimalizacja dla strumieni objętości metanu) oraz ponownie zmiany oporów bocznic sieci (minimalizacja dla strumieni objętości powietrza). Wykonane obliczenia walidacyjne dla wybranego rejonu z zastosowaniem zmodyfikowanej metodyki optymalizacji pokazały że wprowadzone w algorytmie estymacji zmiany przyniosły pozytywny rezultat, aczkolwiek należy dodać, że pojawiły sie inne problemy wynikające z własności obiektu badań. W podsumowaniu uzyskanych wyników podkreślono, że ważnym zagadnieniem w obliczeniach walidacyjnych jest kontrola poprawności danych rejestrowanych w sieci wyrobisk kopalni przez czujniki prędkości powietrza i stężenia metanu systemu gazometrii automatycznej oraz prawidłowe określenie metodyki obliczania strumieni masy powietrza i metanu z danych rejestrowanych przez czujniki w bocznicach, w których znajdują się wymienione czujniki.

EN

This study summarises the next stage of research efforts aimed at development of numerical optimisation methods to support the selection of parameters of the numerical model of a virtual mine. The data registered by the automatic network of gas detector sensors in a mine are recalled and utilised. In the previous stage (step I) the optimisation method was selected and adapted to incorporate the parameters of the mathematical model used in the programme VentZroby. The measure of distance between simulation data and the data from the automatic network of gas sensors was applied. The objective function was taken as the mean squared difference of measured and predicted values, with appropriate weights attached. The applied procedures and calculations performed during the stage I led us to the conclusions underlying the development of the current optimisation method. A longwall region, including both galleries and goaf has been selected. The stage II uses the results of manual measurements and the data collected from stationary anemometers and methane detector sensors in the area. Furthermore, the initial conditions of gas flows were obtained for the adopted numerical model of the wall region, including the volumetric flow rate of air streams in the branches and volumetric fraction of methane in the air streams. That was followed by a validation procedure applied to investigate the given area, the goal being the minimisation of the objective function using the modified method of numerical optimisation involving three steps: changing the flow resistance in network branches (minimisation of the volumetric airfl ow rates), altering the flow rate of methane entering the network from external sources (minimisation of the methane infl ow rates) and repeated change of the flow resistance in network branches (minimisation of the volumetric airfl ow rates). Calculations for the specified face region by the modified optimisation methods performed for the purpose of validation revealed that the changes implemented in the estimation algorithm produced positive results though some new problems arose associated with the specificity of the investigated object. The conclusion emphasises that the correctness and adequacy of data registered by the anemometers and gas detector sensors within the automatic network have to be rigorously checked prior to the validation procedure. Besides, the proper methodology of calculating the flow rates of air and methane based on the data from sensors located in network branches has to be precisely determined.

Słowa kluczowe

PL

prognozowanie procesu przewietrzania; walidacja programu komputerowego; zagrożenie metanowe; bezpieczeństwo

EN

forecastin of the ventilation conditions; validation of the computer program; methane hazard; work safety

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 15, no. 1-2
• Strony: 3--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Dziurzyński W.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

autor

Krach A.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

autor

Pałka T.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

autor

Wasilewski St.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Kraków

Bibliografia

• Dziurzyński W., Krach A., Pałka T., Wasilewski S., 2008. Walidacja programu VentZroby z wykorzystaniem wyników eksperymentu „in situ” i z zastosowaniem nowych algorytmów przygotowania danych wejściowych. Prace IMG PAN, t. 10, nr 1-4, s. 67-102.
• Dziurzyński W., Krach A., Pałka T., Wasilewski S., 2009. Walidacja procedur programu VentZroby z wykorzystaniem systemu monitoringu stanu atmosfery kopalni. Prace IMG PAN, t. 11, nr 1-4, s. 79-112.
• Dziurzyński W., Krach A., Pałka T., Wasilewski S., 2012. Walidacja programu komputerowego do prognozowania przewietrzania kopalni z zastosowaniem metod optymalizacji numerycznej. Prace IMG PAN, t. 14, nr 1-4, s. 121-137.
• Gościński A., Łazarski E., Nawarecki E., 1974. Problemy sterowania złożonymi procesami. AGH, Skrypty uczelniane, Nr 464, wyd. 2.
• Kolarczyk M., 2004. Wybrane właściwości pełnej macierzy wrażliwości wydatków powietrza na zmiany oporów bocznic w kopalnianej sieci wentylacyjnej. 3 Szkoła Aerologii Górniczej, Zakopane.
• Krach A., Krawczyk J., Kruczkowski J., Pałka T., 2007. Zmienność pola prędkości i strumienia objętości powietrza w wyrobiskach kopalń głębinowych. Archiwum Górnictwa, Seria Monografi a, nr 1, Kraków.
• Wasilewski S., 1996. Badania przepływu powietrza w kopalni. Arch. Min. Sci., Vol. 41, No 4, p. 411- 438.
• Wasilewski S., Bojarski K., Kurpas M., 2007. Badania eksperymentalne stanów nieustalonych parametrów powietrza w ścianie w czasie urabiania kombajnem. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, Nr 6(437), czerwiec 2007, Wyd. EMAG, Katowice.
• Wasilewski S., Cimr A., Wach M., 2010. Ocena zagrożenia pożarowego w zrobach przestrzeniach otamowanych za pomocą czujników gazometrii automatycznej, XXXVI Dni Techniki ROP 2010, XXVII Seminarium Pożary Podziemne – Teoria i Praktyka, s. 145-161.