Повышение надежности эксплуатации угольных шахт Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Е.П. Далбаева

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Проанализирована статистика происходивших взрывов в угольных шахтах России. Разработана методика оценки риска взрыва метана в угольной шахте при совпадении нескольких событий. Приведен пример оценки риска на условной шахте и даны рекомендации по снижению числа взрывов метана. Ключевые слова: метан, взрыв, риск.

Одной из задач обеспечения безопасности производства является снижение риска возникновения аварий и катастроф на угольных шахтах от взрыва метановоздушной смеси. Известно, что от взрыва метана в шахтах погибает большое количество людей и наносится значительный моральный и материальный ущерб не только горным предприятиям, но и обществу в целом.

Современные угольные шахты - особо опасные производственные объекты, одним из основных источников опасности в которых является метан, выделяющийся в горные выработки в процессе выемки угля. Борьба со взрывами метана является актуальнейшей проблемой обеспечения безопасных условий труда шахтеров.

Применение высокоточной техники для определения концентрации метана в горных выработках, значительно снижает вероятность взрыва метана, но не может гарантировать «нулевой» риск, о чем свидетельствует, например, трагедия на шахте «Распадская». Вот почему следует внедрять прогнозирование и выявление риска взрыва метана в шахтах, ведь, лучше предупредить аварию, чем устранять ее последствия.

В работе [1] отмечается, что наступило время, когда списывать взрывы метана на стихию природных сил или пресловутый человеческий фактор уже недостаточно убедительно. Участившиеся случаи массовой гибели шахтеров говорят о системном сбое в работе угольной промышленности России. За четыре года, в период с 2007 по 2010 гг. от взрывов метана погибли 255 человек. Т.е. столько же, сколько погибло за девять лет в период с 1997 по 2006 гг.

Опасность нарастания риска взрывов метана на угольных шахтах очевидна. Но причины этого нарастания специалисты

объясняют по-разному. Рассмотрим подробный список наиболее частых причин взрыва метана. Это: возникновение искры от встречи рабочего органа комбайна с серным колчеданом; нарушение ПБ рабочими (курение в выработках); подземные пожары; буровзрывные работы; принудительное отключение автоматики (шахтёры с целью увеличения добычи выводят датчики из строя); обрушение горных выработок; скопление метана выше допустимого содержания; выход из строя оборудования; нарушение требований по проветриванию горных выработок. Большинство взрывов, так или иначе, произошли в области контролируемых факторов, которые связаны с нарушением требований нормативных документов, проектных решений и технологий (слабоконтролируемые же, наоборот, связаны с природными явлениями, не зависящими от человеческого вмешательства, например, молния, самонагревание угля, загазирование и т.д.)[2]. Существуют и другие причины, и каждая из них может привести к необратимым катастрофическим последствиям. Чтобы выявить наиболее важные факторы используем диаграмму Парето, которая позволяет разделить факторы на важные и несущественные для распределения усилий по решению проблемы.

Как видно из диаграммы из девяти представленных факторов значительно выделяются три.

Диаграмма 1. Изменение количества взрывов в шахтах в зависимости от различных факторов

Это: возникновение искры от встречи рабочего органа комбайна с колчеданом (1), принудительное отключение автоматики (5), и скопление метана выше ПДК (7).

Общая методика определения вероятности взрыва метана в шахте приведена в работе [3]. Суть ее заключается в следующем. После построения диаграммы Парето и выбора важнейших факторов, определяется вероятность каждого события (фактора) по отдельности и фактический риск, который имел место за время существования шахты при 2-х сменном и 3-х сменном режиме работы. В математическом плане это означает по заданному критерию качества (1-й фактор) и его количественной оценки при верхнем условном ограничении N1, когда он может не учитываться, определить его вероятность.

Р = ПР , п < N (1)

1=1

Р/ > Р

/г = 1 > Рг

Ррг= 2 > РN (2)

Р/= 3 > Р

Далее, фактический риск сравнивается с допустимым значением в отрасли, принятым для данного (аналогичного) предприятия. Если значение превосходит допустимое, то необходимо оценить долевой вклад различных факторов риска и разработать мероприятия по их снижению до допустимого уровня. Расчет вероятности возникновения искры

Р( А) = ^ = (3)

' ' тСЗ;0 43* р * V

где тугля - масса угля, добываемого в смену при 2-х сменном режиме работы, (т/смену); тколч. - количество колчедана за одну смену при 2-х режиме работы, (т/смену); Уколч. - объем серного колчедана, добываемого в месяц, т; р - удельный вес угля, кг/м3; У2 - объем угля, добываемого в смену при 2-х сменном режиме работы, т; 43 - количество смен в месяц при 2-х сменном режиме работы.

Расчет вероятности принудительного отказа системы контроля

п N ■ Р

п/ вывод датчика из строя заф ИДК .-.ч

Р (В) =-=-, (4)

N N

смен в год смен в год

где Пвывод датчика из строя - количество раз вывОДа датчика из строя;

Nсмен в год - количество смен в году при 2-х сменном режиме работы; N^4, - число зафиксированных случаев вывода датчика из строя; Рпдк - вероятность скопления метана выше допустимого содержания в момент отключения датчика.

Расчет вероятности превышения допустимого уровня концентрации метана

Р(С) = N = (Nзaф * РПДК + Nсз) (5)

Nсмене год Nсмене год

где N - общее число срабатывания системы за год, при скоплении метана выше ПДК; ^мен в год - количество смен в году при 2-х сменном режиме работы, N3^ - число зафиксированных случаев вывода датчика из строя; Рпдк - вероятность скопления метана выше допустимого содержания в момент отключения датчика;

- общее количество остановок из-за срабатывания системы защиты за рассматриваемый период.

Оценка риска взрыва метана и рекомендации по его предотвращению

1) Вероятность взрыва метана в шахте в течение рабочей смены, при двухсменном режиме работы в случае совпадения 3-х событий:

Р = Р( А) ■ Р( В) ■ Р(С) (6)

2) Фактический риск, который имел место за время существования шахты при двухсменном режиме работы:

N

7} взрывов /п\

л =- , (7)

N ■ N

лет смен

где Nвзрывов - зафиксированное количество локальных взрывов в шахте за все время ее существование; Nет - время существования шахты; Nмен - количество смен в году при 2-х сменном режиме работы.

Для снижения риска взрыва на шахте в первую очередь надо исключить вероятность принудительного отключения автоматики, поскольку вероятность искры от встречи рабочего органа комбайна с колчеданом и скопления метана выше ПДК уменьшить практически невозможно из-за природных условий залегания пласта угля. Анализ статистических данных частоты происходивших взрывов, приведенный в работе [5] показывает, что за период с 1991 по 2010 гг. не произошло снижение числа взрывов и вспышек метана, что, в свою очередь, говорит о том, что в угольную промышленность стоит внедрять прогнозирование и совершенствование способов борьбы со взрывами и выявлять риск возникновения аварий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пономарев В.П. Экономико-статистический анализ взрывов метана на шахтах России, повлекших гибель шахтеров. // Уголь.-сентябрь, 2010 год. -С. 10-12.

2. Костеренко В.Н., Тимченко А.Н. Факторы, оказывающие влияние на возникновение взрывов газа метана и угольной пыли в шахтах.// Безопасность труда в промышленности - 2011 г. - С.368-377.

3. Галкин А.Ф. Надежность технических систем и техногенный риск. Методические указания. - СПб.: Изд-во СПГГУ, - 2010, - 11 с.

4. Галкин А.Ф. Распределенные системы регулирования теплового режима шахт и рудников Севера, «Записки Горного Института», т. 172. СПб: СПГГИ (ТУ), 2009. - С. 21-24.

5. Гражданкин А.И. Промышленная безопасность отечественной и мировой угледобычи // Безопасность труда в промышленности. - №8. - С. 58-62.