CC BY
18
- © В.М. Забабурин, М.А. Задоенко, 2015
УДК 622.86
В.М. Забабурин, М.А. Задоенко
СИСТЕМА И МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ НА УГОЛЬНОЙ ШАХТЕ
Представлена система оперативного контроля и оценки уровня безопасности на угольной шахте. Разработана логико-математическая модель оценки текущего состояния безопасности шахтной системы.
Ключевые слова: безопасность труда, система управления, оценка и прогноз безопасности, техногенный риск, структура системы, вероятность безопасного состояния, математическая модель.
Процедура оперативного контроля и оценки уровня производственной опасности на объектах шахты отличается высоким уровнем субъективности и, как следствие, низкой эффективностью принимаемых управляющих решений. Для решения этой проблемы предлагается система оценки текущего состояния безопасности шахтной системы. Она позволит упорядочить информацию о фактическом состоянии контролируемых объектов, создать возможности для анализа полученных данных без существенных затрат времени с целью идентификации наиболее опасных факторов, а также определить динамику состояния шахтной системы и прогноз рабочих параметров на ближайшие сутки.
Предлагаемая система включает в себя упорядоченную организацию оценок, сбора и передачи информации о фактическом состоянии контролируемых объектов на участках шахты, электронную систему обработки данных, систематизированное распределение результатов анализа между должностными лицами для принятия решений и контроль их исполнения. Организационная структура и целевая функция такой системы, а также алгоритм управления состоянием безопасности труда на шахте представлены в [1].
В соответствии с ранее разработанной методикой оценки и прогнозирования техногенного риска [2], исследуемая система определена как совокупность средств и способов обеспечения приемлемого уровня безопасности на технологических участках шахты. Система отграничена от других компонентов шахты качественной характеристикой ее элементов, административно - кругом должностных лиц, участвующих в ее функционировании и топографически -границами технологического участка.
Оценка Текущего состояния безопасности на участках Рис. 1. Группы контролируемых объектов
В качестве существенных переменных приняты параметры контролируемых объектов, значения которых регламентированы соответствующими НТД. Все множество параметров сведено в 4 группы (рис. 1). В условиях конкретной шахты по каждой группе контроля составляется перечень объектов, состояние которых достаточно полно характеризует уровень опасности на участке.
Оценки фактического состояния исследуемых объектов выполняются лицами технического надзора при контрольном обходе участка и в табличной форме передаются в отдел АСУ для вычисления параметров, характери-
Рис. 2. Циклограмма работ по управлению безопасностью на контролируемом участке
зующих текущее состояние системы. Порядок выполнения работ по управлению состоянием безопасности на контролируемом участке представлена на рис. 2.
Для оценки уровня опасности на объектах контроля разработаны эмпирические шкалы перевода модальных оценок в числовые и их вероятностные эквиваленты [3].
Для проведения количественной оценки текущего состояния безопасности шахтной системы разработана соответствующая логико-математическая модель, которая решает проблему формализации процесса смены состояний системой с помощью плотности вероятности перехода. В соответствии с законом Пуассона [4] плотность вероятностей перехода системы из безопасного состояния в опасное определяется из выражения:
Х,= 1 - е~
(1)
где а. - вероятностный эквивалент оценки по 2-ой группе контроля.
Однако оценка параметра А. представляет определенную сложность, т.к. невозможно априори оценить эффективность того или иного управляющего воздействия. Для решения практических задач целесообразно определять плотность вероятностей восстановлений системы
Т
ц = 1 -- 6
Т (2)
см
где Тпб. - продолжительность восстановления системы по 2-ой группе контроля, час; Тсм - продолжительность рабочей смены, час.
Полученные значения А. и ц. дают возможность составить систему уравнений Колмогорова для возмущающих и восстанавливающих потоков на четырех анализируемых участках.
Система уравнений при dP/dt = 0) и общей вероятности появления опасных ситуаций представлена ниже.
(А + А2 + А3 + А4 ) Р1 + Р2 + ц2 Р3 + ц3 Р4 + ц4 Р5 =0 (^ + А2 + А3 + А4 ) Р2 + А1Р1 + ц2 Р6 + ц3 Р9 + ц4 Р11 = 0
(А1 + ^2 + А3 + А4 ) Р3 + Р6 + А2 Р1 + ^3Р7 + ^4 Р10 = 0
(А1 + А2 + Ц3 + А4 ) Р4 + Ц1Р9 + ц2 Р7 + А3 Р1 + ц4 Р8 =0 (А1 + А2 + А3 + ц4 ) Р5 + ц1 Р11 + ц2 Р10 + ц3 Р8 + А4 Р1 =0
(Ц1 + ^ + А3 + А4 ) Р6 + А1Р3 + А2Р2 + ^3Р12 + ^4Р13 = 0
(А1 + ц2 + ц3 + А4 ) Р7 + ц1 Р12 + А2 Р4 + А3 Р3 + ц4 Р15 = 0
(А1 + А2 + ^3 + ^4 ) Р8 + Ц1Р14 + ^2 Р15 + А3Р5 + А4 Р4 = 0
(ц1 + А2 + Ц3 + А4 ) Р9 + А1Р4 + ц2 Р12 + А3 Р2 + ц4 Р14 = 0
(А1 + ^ + А3 + ^4 ) Р10 + М1Р13 + А2 Р5 + ^3Р15 + А4 Р3 = 0 (Ц1 + А2 + А3 + ^4 ) Р11 + А1Р5 + ^2Р13 + ^3Р14 + А4Р2 = 0
(ц1 + ц2 + ц3 + А4 ) Р12 + А1Р7 + А2 Р9 + А3 Р6 + ц4 Р16 = 0
(^1 + ^ + А3 + ^4 ) Р13 + А1Р10 + А2 Р11 + ^3Р16 + А4Р6 = 0
(ц1 + А2 + Ц3 + Ц4 ) Р14 + А1Р8 + ц2 Р16 + А3 Р11 + А4 Р9 = 0
(А1 + ^ + ^3 + ^4 ) Р15 + Р16 + А2 Р8 + А3Р10 + А4 Р7 = 0
Ер, = 1(3) В расчетах используются только первые пять значений корней уравнений, т.к. остальные значения по абсолютной величине на 2-3 порядка меньше и использовать их не имеет смысла. В этом случае Р0 есть предельная вероятность безопасного функционирования системы, а Р1^Р4 - предельные вероятности появления опасных ситуаций, соответствующей группы контроля. Определенные таким образом параметры дискретных состояний безопасности на участке (У1) рассматриваются как координаты репрезентативной точки в пространстве на данном временном интервале. Значения У. = Р на временной оси могут быть представлены в виде эмпирических кривых. Задача определения функциональной зависимости у = сведена к нахождению непрерывной функции путем выравнивания статистических кривых методом наименьших квадратов с использованием ортогональных полиномов Чебышева. Для нашего случая справедливо выражение:
1 (*) = к0Ф0 (*) + кЛ (*) + к2 Ф2 (*) + к3Ф3 (*) + к4 Ф4 (*) (4)
где к0, к1, к2, к3, к4 - коэффициенты ряда Чебышева; ф0(^, ф^)..., ф4(t) - ортогональные полиномы Чебышева.
Продолжительность периода для анализа принимается равной 5 суткам, следовательно, аргумент t принимает значения от 1 до 5. Тогда прогнозируемые полиномы для 5 точек предыстории имеют вид:
У'+1 = 0,1 (-4У1 - У2 + 2У 3 + 5У4 + 8У5) (5)
У''+1 = 0,1 (6У1 - 6У2 - 8У3 - 0У4 + 18У5) (6)
Ó+! = 0,1 (-8Ó + 22ó2 - 8Ó3 - 28Ó4 + 32Ó5 ) = 1 (Ó1 - 5Ó2 + 10Ó3 - 10Ó4 + 5Ó5 )
(7)
(8)
На основании представленной логико-математической модели оценки текущего состояния шахтной системы разработаны алгоритмы и расчетные программы [5]. Программный комплекс позволяет сократить временной интервал между получением информации и внедрением управляющих решений, а также обеспечить возможность оперативного управления безопасностью труда на участках шахты.
1. Забабурин В.М. Прогнозирование безопасности труда на горнодобывающих предприятиях.- Ростов-на-Дону: Изд-во «Логос», 2008. - С. 132-135.
2. Фролов А.В., Забабурин В.М. Методология управления безопасностью труда на шахте / Материалы Международной научно-практической конференции «Белые ночи-2010». -СПб.-Донецк, 2010.- С. 105-107.
3. Забабурин В.М., Фролов А.В. Совершенствование методологии управления безопасностью труда на угольной шахте // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2009. - № 12. - С. 9-15.
4. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика. Учебное пособие. -М.: Юнити-Дана, 2004. - 573 с.
5. Забабурин В.М., Миронова А.А. Совершенствование мониторинга безопасности труда на шахте / Проблемы геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования: сборник тезисов и статей Всерос. конф. ЮРГТУ(НПИ). - Новочеркасск: ЛИК, 2011. -С. 293-296. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Забабурин Владимир Михайлович - кандидат технических наук, доцент, e-mail: [email protected],
Задоенко Марина Александровна - аспирант, e-mail: [email protected], Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова.
UDC 622.86
SYSTEMS AND MODELS ASSESS THE CURRENT STATE SAFETY IN COAL MINES
Zababurin V.M., Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: [email protected], Zadoenko M.A., Graduate Student, e-mail: [email protected],
M.I. Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), 346428, Novocherkassk, Russia.
The system of operational control and assess the level of security in the coal mine. Developed logical-mathematical model to assess the current state of security systems for mining
Key words: safety, management system, assessment and prediction of security, technological risk, the structure of the system, the probability of a safe condition, the mathematical model.
REFERENCES
1. Zababurin V.M. Prognozirovanie bezopasnosti truda na gornodobyvayushchikh predpriyatiyakh (Labor safety prediction in mines), Rostov-na-Donu, Izd-vo «Logos», 2008, pp. 132-135.
2. Frolov A.V., Zababurin V.M. Materialy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Belye nochi-2010» (White Nights-2010 conference proceedings), Saint-Petersburg-Donetsk, 2010, pp. 105-107.
3. Zababurin V.M., Frolov A.V. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten', 2009, no 12, pp. 9-15.
4. Kremer N.Sh. Teoriya veroyatnostei i matematicheskaya statistika. Uchebnoe posobie (The theory of probability and mathematical statistics. Educational aid), Moscow, Yuniti-Dana, 2004, 573 p.
5. Zababurin V.M., Mironova A.A. Problemy geologii, planetologii, geoekologii i ratsional'nogo prirodopol'zovaniya: sbornik tezisov i statei Vserosciiskoi konferentsii YuRGTU(NPI) (Problems of geology, planetology, geoecology and rational nature management: Proceedings of All-Russian conference held by the South Russia State Technical University), Novocherkassk, LIK, 2011, pp. 293-296.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
