Статья

Наименование	Оптимизация параметров древовидной пневматической сети горного предприятия по критериям стоимости и потерь давления методом PSI
Авторы	Рутковский А. Ю., к. т. н., доц.
Раздел	Недропользование
Год	2026	Выпуск	86	Страницы	34 - 43
УДК	622.625.23:519.876.5			EDN	FTKQVO
Аннотация	В работе рассматривается задача двухкритериальной оптимизации диаметров труб древовидной пневматической сети горного предприятия. Разработана математическая модель гидравлического расчета, учитывающая дискретность ряда стандартных диаметров труб по ГОСТ 8732-2025, сжимаемость воздуха и статический перепад давления в вертикальном стволе шахты. Для поиска множества Парето-оптимальных решений применен метод исследования пространства параметров (PSI) с LP-τ последовательностями Соболя.
Реферат	Цель. Разработка для древовидной пневматической сети шахты метода двухкритериальной оптимизации диаметров труб (минимизация CAPEX и OPEX), при котором для каждого участка сети требуется выбрать внутренний диаметр трубы из конечного дискретного набора стандартных диаметров. Методика. Для двухкритериальной оптимизации диаметров труб древовидной пневматической сети горного предприятия использован метод поиска Парето-оптимальных решений на основе зондирования пространства параметров LP-τ последовательностями Соболя. В нормированном пространстве равномерно генерируется множество пробных точек, преобразуемых в векторы дискретных диаметров по ГОСТ 8732-2025. Каждый вариант проходит полный итерационный гидравлический расчет с проверкой ограничений по давлению у потребителей и скорости воздуха. Из множества допустимых вариантов методом исключения заведомо худших из них отбираются Парето-оптимальные решения, которые представляется в виде таблицы для обоснованного выбора проектного решения. Результаты. В результате применения предложенной методики полученные Парето-оптимальные решения позволяют проектировщикам обоснованно выбрать необходимый вариант параметров сети на основе приоритета между минимизацией капитальных затрат на прокладку трубопроводов и минимизацией текущих расходов на электроэнергию для работы компрессорной станции. При этом выбор из расчетных значений Парето-фронта варианта, предусматривающего дополнительные капитальные вложения в трубопроводы большего диаметра, может оказаться экономически более выгодным по сравнению с вариантами, предусматривающими минимальные капитальные вложения. Научная новизна. Научная новизна работы заключается в первом применении метода исследования пространства параметров (PSI) с LP-τ последовательностями Соболя для решения задачи двухкритериальной оптимизации диаметров труб древовидной пневматической сети горного предприятия по критериям минимума капитальных затрат и потерь давления. В открытой литературе отсутствуют аналогичные методики определения рациональных параметров трубопроводов пневматических сетей горных предприятий в многокритериальной постановке. Практическая значимость. Предложенная методика позволяет проектным организациям формировать перечень компромиссных вариантов трубопроводной сети на стадии технического проекта. Полученный набор Парето-оптимальных вариантов предоставляет проектировщикам возможность обоснованно выбирать параметры труб в зависимости от возможности финансирования проекта прокладки пневматической сети и тарифа на электроэнергию. Ожидаемый эффект от применения методики — снижение суммарных эксплуатационных затрат на 10-25 % для пневматических сетей, спроектированных по предлагаемой методике, по сравнению с сетями, спроектированными с применением традиционного метода экономически выгодной скорости.
Ключевые слова	древовидная пневматическая сеть, многокритериальная оптимизация, PSI-метод, LP-τ последовательности, Парето-фронт, диаметры труб.
Финансирование
Благодарности
Список источников	1. Кудрявцев А. И., Кудрявцев А. А. Пневматические системы, энергосбережение и оптимизация. Ярославль: Научно-производственное предприятие ООО «ЭНСИ», 2018. 157 с. 2. Kosturkov R., Nachev V., Titova T. System analysis and opportunities for optimization of pneumatic systems in manufacturing plants // TEM Journal. 2019. Vol. 8. No. 3. P. 749–763. DOI: 10.18421/TEM83-08 3. Кобелев Н. С. Оптимизация параметров подземных пневматических сетей: дис. … канд. техн. наук. Тула, 2018. 148 с. 4. Угольников А. В. Оптимизация режимов работы рудничных пневматических сетей при транспортировании сжатого воздуха: дис. … канд. техн. наук. Кемерово, 2014. 20 с. 5. Копачев В. Ф., Копачева Е. А. Исследование влияния переходных процессов на технические показатели рудничных систем производства и транспортирования сжатого воздуха // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2025. № 1-1. С. 106–119. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_11_0_106 EDN CFZGQJ 6. Henry M. Influence of pipe diameter changes on compressed air flow and pressure // Mining Engineering Journal. 2018. Vol. 70. No. 4. P. 38–44. 7. Perz K., Rewolińska A. Impact of network expansions on energy losses in compressed air systems // IOP Conference series: materials science and engineering. 2020. Vol. 743. No. 1. Art. 012045. DOI: 10.1088/1757-899x/743/1/012045 EDN BUPUKL 8. Соболь И. М., Статников Р. Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М.: Наука, 1981. 110 с. 9. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / под ред. М. О. Штейнберга. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. 672 с. 10. ГОСТ 8732-2025. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент. М.: ФГБУ «Институт стандартизации», 2026. 8 с.
Полный текст