CC BY
27
- © Е.Ю. Куликова, 2014
УДК 69.035.4
Е.Ю. Куликова
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В УСЛОВИЯХ ОСВОЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА ГОРОДА
Снижение техногенной безопасности затрагивают все аспекты хозяйственной деятельности, в том числе и подземное строительство.
Ключевые слова: безопасность, подземное пространство, надежность, техногенная сфера.
Развитие техногенной сферы на планете привело к двум диаметрально противоположенным последствиям:
• с одной стороны, достигнуты выдающиеся результаты в электронной, атомной, космической, авиационной, энергетической и химической отраслях промышленности, а также в биологии, генной инженерии, предоставившие человечеству возможность продвинуться на принципиально новые уровни во всех сферах жизни и деятельности;
• с другой стороны, появились невиданные ранее потенциальные и реальные опасности и угрозы человеку, созданным им объектам, среде обитания не только в военное, но и в мирное время.
Эти угрозы были осознаны в последние десятилетия под влиянием крупнейших техногенных катастроф на объектах различного назначения [4]:
• ядерных (СССР - Чернобыль, материальный ущерб около 400 млрд долл. США - Тримайл Айленд, материальный ущерб около 100 млрд долл. и др.);
• химических (Индия, Италия и др.);
• космических и авиационных (США - «Челленджер», СНГ - аварии ракет на стартах и др.);
• трубопроводных и транспортных системах и т.д.
Перечень катастроф, аварий, пожаров и взрывов с выбросами отравляющих веществ может быть продолжен на многие страницы, а ущерб и
последствия вряд ли можно оценить в полной мере.
Для обеспечения техногенной безопасности следует учесть, что только в России насчитывается около 100 тыс. опасных производств и объектов. Из них около 2300 ядерных и 3000 химических обладают повышенной опасностью. При этом в ядерном комплексе сосредоточено около 1013, а в химическом комплексе - около 1012 смертельных токсодоз [3].
Анализ статистики аварий и катастроф в России, выполненный службами государственного надзора, показывает, что число смертных случаев увеличивается на 10-25%, а в некоторых отраслях, например на авиационном транспорте, на 50% ежегодно. Так, по данным Министерства по чрезвычайным ситуациям РФ, в 2005 г. произошло 1500 аварий и катастроф (за исключением аварий на автомобильном транспорте и производственного травматизма), в которых пострадало более 50 тыс. человек, 4000 человек погибло. Материальный ущерб вследствие аварий и катастроф постоянно растет, хотя и не столь быстрыми темпами. Таким образом, произошло смещение основной тяжести последствий аварий и катастроф в сторону увеличения числа смертных случаев при относительной стабилизации материальных потерь вследствие прямого ущерба от аварий и восстановительных работ. Все это
происходит на фоне падения основного производства и сокращения числа потенциально опасных объектов. Таким образом, удельные показатели аварийности работы опасных объектов за последние годы растут еще более быстрыми темпами [1].
Относительный коэффициент роста числа аварий и катастроф в техногенной сфере за период с 2001 по 2005 гг. достиг 6,0, что примерно в 3-3,5 раза превысило этот коэффициент за тот же период для природных катастроф.
Из 1500 аварий, произошедших в 2008 г., лишь около 500 связаны со стихийными бедствиями или природными явлениями, следовательно, можно говорить о тенденции возрастания доли техногенных аварий по сравнению с природными.
Спад промышленного производства, энергетики и транспорта, сокращение числа потенциально опасных объектов улучшили экологическую ситуацию в целом по стране, но вместе с тем появилась очень опасная тенденция к возрастанию доли и степени, а также абсолютного числа наиболее тяжелых аварий и катастроф, к обычному материальному ущербу которых добавляются социальный и психологический факторы, подчас имеющие большее значение, чем фактор материальный.
Ситуация усугубляется еще тем, что для многих потенциально опасных объектов и производств характерна выработка проектных ресурсов и сроков службы. Дальнейшая эксплуатация приводит к резкому возрастанию отказов.
Согласно данным концерна Росэнергоатом (организация, эксплуатирующая АЭС), проектный срок службы (хотя точнее было бы говорить о назначенном сроке службы) в 30 лет до 2005 г. исчерпался у восьми энергоблоков. Это 3-й и 4-й блоки Ново-
воронежской АЭС, 1-й и 2-й Кольской АЭС, 1-й и 2-й Билибинской АЭС. К 2010 г. срок службы закончлся у семи энергоблоков (1-й и 2-й Курской, 5-й Нововоронежской, 3-й Белоярской, 3-й и 4-й Билибинской АЭС). Суммарная мощность этих одиннадцати энергоблоков составляет более 4 тыс. МВт (около 20% установленной на 1996 г. мощности АЭС). Энергоблоки первого поколения продолжают эксплуатироваться в щадящем режиме по ежегодно выдаваемым разрешениям. Значительное снижение количества отказов на отечественных АЭС в последние годы следует, по-видимому, отнести на счет принимаемых в после-чернобыльские годы организационно-технических мероприятий [1].
Вывод из эксплуатации потенциально опасных объектов, выработавших ресурс или срок службы, представляет новую и сложную со всех точек зрения научно-техническую, экономическую и социальную проблему, от решения которой человечеству не уйти.
Расчеты специалистов в области ядерной энергетики показывают, что затраты на модернизацию энергоблоков первого и второго поколения на 25% меньше затрат на снятие энергоблоков с эксплуатации.
Не менее остро проблема оценки остаточного ресурса и срока службы стоит и в других отраслях промышленности, на транспорте, в строительстве и др. Наработка машин и оборудования в базовых отраслях промышленности составляет: менее 10 лет - 50%, от 10 до 20 лет - 30%, более 20 лет - 20%.
Так, на предприятиях химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности действует большое количество импортного и отечественного оборудования, выработавшего проектный срок эксплуатации или не имеющего расчетного срока эксплуатации, наметилась отчетливая тенденция роста отказов
(в том числе аварийных) по причинам, обусловленным старением материалов и повреждаемостью конструкций.
На территории России эксплуатируются системы магистральных трубопроводов (МТ) протяженностью более 200 тыс. км, имеющие около 6000 технически сложных надземных объектов повышенной опасности: компрессорные, насосные и газораспределительные станции, резервуар-ные парки. Аварийность на объектах МТ находится на довольно высоком уровне и имеет тенденцию к возрастанию: количество аварий за 2006 г. увеличилось по сравнению с 2005 г. почти на 40%. Процессы «старения» трубопроводных систем (отдельные трубопроводы эксплуатируются более 40 лет) характеризуются снижением прочности из-за коррозионных и усталостных повреждений металла, дефектов технологического и эксплуатационного характера (типа гофр,
вмятин, рисок, подрезов и др.). Сорок тысяч километров газопроводов и 25% нефтепроводов выработали свой расчетный срок службы.
Несмотря на очевидный эффект от освоения подземного пространства мегаполисов, подземное строительство также способно оказывать негативное влияние на окружающую среду. Большую экологическую опасность представляют ветхие канализационные сети, так как аварийная утечка сточных вод вызывает загрязнение подземных горизонтов. Дефицит мощностей канализационных сооружений в настоящее время в РФ достигает около 9 млн. м3/сут. Серьезное положение сложилось с техническим состоянием действующих систем водоснабжения и канализации, их износ с каждым годом нарастает, более 1/3 всех систем требует полной замены.
Статистика аварий для этих сооружений представлена на рис. 1 [1].
«Керамика / —"4-5и
Рис. 1. Статистика аварий на канализационных сетях
Количество разрушений канализационной сети по диаметрам за I полугодие 2008 г.
Несмотря на совершенствование технологий строительства первоначальные капиталовложения и расходы на эксплуатацию подземных сооружений достаточно велики. Часто они составляют до 75% стоимости основных фондов. Значительная часть финансовых средств уходит на борьбу с отказами несущих конструкции, среди которых основное место занимают нарушение гидроизоляционных свойств обделок. Ремонты коммунальных тоннелей, обусловленных необходимостью ликвидации нарушений плотности и размыва обделок, обходятся в 2-30% от стоимости строительства каждого кубометра сооружения (в пересчете на 1 год эксплуатации) [2].
По данным практики, обычно в первые 5-10 лет эксплуатации подземных сооружений тоннельного типа разрушения не происходит. Через 15-25 лет наблюдаются некоторые дефекты, вы-
званные резкими колебаниями температуры воздуха, агрессивными водами, обледенением, осадками основания и т.п. По прошествии 50-70 лет появляются повреждения, являющиеся следствием неудачного проектирования и строительства, усугубляются явления старения материалов конструкции и вмещающего подземное сооружение грунта. Опыт эксплуатации и натурные наблюдения действующее тоннелей приводят к выводу, что недостаточная надежность несущих конструкций коммунальных тоннелей закладывается еще на стадии проектирования и обусловлена нерешенностью многих вопросов взаимодействия подземных сооружений и вмещающих пород, отсутствием четких представлений о характере такого взаимодействия.
Все эти факты ставят на повестку дня не только вопрос об обеспечении надежности и безопасности промышленных объектов, но и о привитии культуры безопасности руководящим лицам и исполнителям.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Куликова Е.Ю. Методология выбора экологически безопасных технологий подземного строительства. - М.: Изд-во МГГУ, 2005. - 342 с.
2. Куликова Е.Ю. Экологические проблемы подземной урбанистики на современном этапе / Материалы Общероссийской инженерно-технологической конференции «Ре-
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ
зервы ускорения экономического роста и удвоения ВВП России», спец. выпуск Деловая слава России. - М.: Славица, 2006. - C. 156.
3. Шевелев Я.В., Клименко A.B. Эффективная экономика ядерного топливно-энергетического комплекса. - М.: 1996.
4. Ваганов П.А. Ядерный риск. - СПб., 1997. - 112 с. (¡223
Куликова Елена Юрьевна - доктор технических наук, профессор, Московский государственный горный университет, e-mail: [email protected].
UDC 69.035.4
MODERN PROBLEMS OF TECHNOGENIC SAFETY IN THE CONDITIONS OF DEVELOPMENT OF UNDERGROUND SPACE OF THE CITY
Kulikova E.Yu., Doctor of Technical Sciences, Professor, Moscow State Mining University, e-mail: [email protected].
Reduction of technological safety concerns all aspects of economic activities, including underground building. Key words: safety, underground space, reliability, man-made sphere.
REFERENCES
1. Kulikova E.Ju. Metodologija vybora jekologicheski bezopasnyh tehnologij podzemnogo stroitel'stva (Selection procedure for ecologically safe underground construction technologies), Moscow, MGGU, 2005,
2. Kulikova E.Ju. Materialy Obshherossijskoj inzhenerno-tehnologicheskoj konferencii «Rezervy uskore-nija jekonomicheskogo rosta i udvoenija VVP Rossii», spec. vypusk Delovaja slava Rossii (Proceedings of the Russian Engineering and Technology Conference «Potentiality of Growth Acceleration and Double Gross Domestic Product in Russia», Inter-Industry Almanac «Business Reputation of Russia», Special Issue), Moscow, Slavica, 2006, p. 156.
3. Shevelev Ja.V., Klimenko A.V. Jeffektivnaja jekonomika jadernogo toplivno-jenergeticheskogo kom-pleksa (Effective economy of the nuclear fuel-and-energy industry), Moscow, 1996.
4. Vaganov P.A. Jadernyj risk (Nuclear risk), Saint-Petersburg, 1997, 112 p.
ПРОБЛЕМЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ УГЛЕВМЕШАЮШЕЙ ТОЛЩИ
Шурыгин Дмитрий Николаевич - кандидат технических наук, доцент, e-mail: [email protected]; Калинченко Владимир Михайлович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой; Чернов Артем Александрович - аспирант; Власенко Сергей Владимирович - студент; Шастик Денис Станиславович - студент; Поздеев Иван Павлович - студент; Кротенок Андрей Юрьевич - студент; Фарафонова Регина Витальевна - студент; Щегольков Юрий Сергеевич - студент; Костенко Мария Андреевна - студент; Лебедева Анна Павловна - студент, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова.
Предложен подход к выделению геологически однородных участков углевмешаюшей толщи с последуюшей интерполяцией мошности пластов в межскважинном пространстве. Структура и свойства парагенетических комплексов пород кровли и почвы угольного пласта характеризуют степень обрушаемости кровли и устойчивости почвы. Парагенетическая взаимосвязь пластов однородного участка толщи может быть представлена в виде математической модели, а уравнение границы смежных участков толщи в пространстве находится в виде линейной дискриминантной функции. Оценка мощности пласта толщи в меж-скважинном пространстве осуществляется методом кригинга с оптимальной теоретической вариограммой, определенной методами группового учета аргументов и неотрицательных наименьших квадратов.
Ключевые слова: углевмещающая толща, геологически однородный участок, кластерный анализ, регрессионный анализ, устойчивость, обрушаемость.
PROBLEMS OF MATHEMATICAL MODELLING UGLEVODORODY STRATA
Shurygin D.N., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor; Kalinchenko V.M., Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Chair; Chernov A.A., Graduate Student, Vlasenko S.V., Student; Chastic D.S., Student; Pozdeev I.P., Student; Krotenok A.Y., Student; Farafonova R.V., Student; Shchegol'kov Yu.S., Student; Kostenko M.A., Student; Lebedeva A.P., Student; Federal State Educational Institution of Higher Professional Education «South-Russian State Technical Uni-Versity Named M.I. Platov
The approach to the allocation of geologically of homogeneous coal-containing strata interpolating power of seams in the inter-borehole space. Structure and properties of paragenetic complexes roof rocks and soil coal seam characterize the degree of obrushaemoj roof and sustainability of the soil. Paragenetic relationship layers of homogeneous plot strata can be represented as a mathematical model, and the equation of the boundary of adjacent plots strata in space is in the form of if-nonlinear discriminant functions. Assessment of the capacity of a layer thickness in Masskva-Hinnom space is kriging method with optimal theoretical course semivariogram, certain methods of the group account of arguments and Neot negative of least squares.
Key words: coal surrounding rock mass, geologically homogeneous area, discriminatory analysis, cluster analysis, regression analysis, detailed survey, interpolation, stability, cavability.
342 p.
_ ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
