CC BY
282
------------------------------------ © В.В. Радченко, Н.В. Малеев,
A.А. Мартынов, В.С. Захаров,
B.А. Шевцов, 2005
УДК 622.8: 622.413.4:622.817
В.В. Радченко, Н.В. Малеев, А.А. Мартынов,
В. С. Захаров, В.А. Шевцов
ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СИСТЕМЫ ДИСПЕТЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ (УТАС)
Современное развитие угольной промышленности в Украине требует постоянного внедрения новых технически совершенных, эффективных технологий, средств и систем обеспечения безопасных и здоровых условий труда в горных выработках.
В последние два года Министерством топлива и энергетики Украины было уделено пристальное внимание повышению уровня промышленной безопасности, разрешению накопившихся десятилетиями проблем на угольных шахтах. Это крайне необходимо, так как разработка угольных пластов на шахтах производится в горногеологических условиях, являющихся одними из самих сложных в мировой практике добычи угля подземным способом.
Средняя глубина разработки пластов на шахтах превышает 720 м, 33 шахты работают на глубине 1000-1300 м. Около 90 % шахт являются опасными по газу, 60 % - опасными по взрывчатости угольной пыли, 45 % - опасными по внезапным выбросам угля и газа, 23 % - по самовозгоранию угля. Мощность разрабатываемых пластов, в основном, составляет 0,6-1,2 м, реже 1,3-1,8 м.
Сложным продолжает оставаться состояние с аварийностью и производственным травматизмом. В угольных шахтах в 2000 г. погибло 316 чел., 2001 г. - 294 чел., 2002 г. - 267 чел., 2003 г. - 217 чел. На государственном предприятии “Угольная компания “Крас-нолиманская” 19 июля 2004 года в результате взрыва метановоздушной смеси в выработках добычного участка 11-ой южной лавы центрального уклона пласта 13 погибло 36 чел.
Быстрыми темпами стареет шахтный фонд. В целом промышленно-производственные фонды шахт выработаны на 65%. Более
половины шахт работают свыше 50 лет без реконструкции, имеют сложные протяженные вентиляционные сети и многоступенчатый подземный транспорт.
Только на шахтах Донецкой области из 400 подъемных машин, эксплуатируемых с истекшим сроком службы, продлена эксплуатация 311 (77,7 %), а из 305 ВГП, подлежащих продлению, прошли проверку 184 (60,3 %).
Свою принципиальную позицию в разрешении проблемных вопросов по обеспечению промышленной безопасности угольных шахт, в предоставлении государственной финансовой поддержки на эти цели всегда высказывал и отстаивал Государственный Комитет Украины по надзору за охраной труда и его территориальные управления в угледобывающих регионах страны.
В результате взаимодействия и проведенной совместной работы Минтопэнерго Украины целевым назначением на реализацию Программы повышения безопасности труда на угольных шахтах, включающей финансирование научных исследований, обеспечение шахт средствами индивидуальной и коллективной защиты, в 2002 году было выделено 57,4 млн.грн., 2003 году - 80 млн. грн., в 2004 году запланировано выделить 105 млн. грн. С 2004 года запланировано поэтапное выделение и уже выделены определенные финансовые средства угольным предприятиям для решения целого ряда специальных технических вопросов: внедрения анкерных систем крепления горных выработок, нормализации температурных условий, внедрения на ряде шахт автоматизированных приборных комплексов и систем контроля, прямо или косвенно влияющих на повышение уровня промышленной безопасности угледобывающих предприятий.
Проблемы промышленной безопасности в угольной промышленности в эти годы отнесены Президентом Украины к категории особой государственной и общественной значимости, решение которых является одним из приоритетных заданий национальной безопасности. Подтверждением являются Программный Указ Президента Украины от 16 января 2002 г. №26 “О неотложных мерах по улучшению условий труда и совершенствованию государственного надзора за ее охраной на предприятиях угольной промышленности” и Постановление Кабинета Министров Украины от 6 июля 2002 г. №939 “Об утверждении Программы повышения безопасности труда на угольных шахтах” и Комплексной программы дегаза-
ции угольных пластов. Их реализация на практике проявилась в планомерном изыскании и внедрении на угольных шахтах систем безопасной аппаратуры контроля, защиты и управления, обеспечивающей надежную и безопасную эксплуатацию различного типа горно-шахтного оборудования.
В настоящее время на угольных шахтах в той или иной совокупности для контроля параметров производственной среды, технологических процессов, работы подземных объектов, дистанционного управления машинами и механизмами используются [1]:
• аппаратура АТЗ-1, АТ1-1, стойки приема информации СПИ-1 (газовая защита, контроль концентрации газа-метана);
• аппаратура АПТВ (управление вентиляторами местного проветривания);
• аппаратура ИСНВ (измерение скорости и контроль направления вентиляционной струи шахтного воздуха);
• аппаратура “Ветер” (управление ВМП, высоковольтными распредустройствами);
• аппаратура АУК-1М (управление конвейерными линиями);
• аппаратура ТСД (передача информации о работе подземных объектов на пульт горного диспетчера) и др.
Однако указанные выше аппаратные комплексы систем контроля и безопасности не обеспечивают комплексно передачу требующейся информации об изменении параметров производственной среды и технологических процессов (температуры, концентрации газов метана и окиси углерода, вибрации и пр.), состоянии работы горно-шахтного оборудования (ГШО), не сопрягаются с современными персональными компьютерами, позволяющими оперативно анализировать и хранить информацию о состоянии объекта в процессе его эксплуатации в различных режимах (обычный, предаварийный и аварийный). К тому же, эти аппаратные комплексы морально и технически устарели, не отвечают современным требованиям безопасности.
В соответствии с Национальной программой улучшения состояния безопасности труда МакНИИ разработан аппаратно-программный комплекс представления и обработки информации об аэрогазовой обстановке в горных выработках (КАГИ) [2].
Комплекс предназначен для использования на угольных шахтах Ш-ей категории по газу и выше для приема, преобразования,
представления оператору АГК, обработки, выдачи и хранения поступающей на поверхность шахты информации от аппаратуры автоматического контроля содержания метана, телеконтроля расхода воздуха в горных выработках, а также от другой аппаратуры и датчиков, имеющих унифицированный выходной сигнал. Комплекс КАГИ ориентирован на уже применяющуюся контролирующую аппаратуру и оборудование и не требует замены ее подземной части.
Образцы комплекса информационной системы КАГИ внедрены на АП «Шахта им. Засядько», «Краснолиманская», им. Баракова и ряде других шахт. В перспективе комплексами КАГИ предусматривается оборудовать шахты Ш-ей категории по газу и выше.
Нужно отметить, что комплекс КАГИ является чисто информационным (представляет информацию горному диспетчеру) и не участвует в отключении объектов, контролируемые параметры которых достигают предельной величины, или в выдаче рекомендаций по исправлению возникающих сложных аварийных ситуаций.
Реализуемая в Украине концепция по повышению эффективности угольной промышленности за счет концентрации добычи на перспективных шахтах требует повышения нагрузок на все звенья угледобычи, предъявляет более высокие требования к горношахтному оборудованию, особенно в части надежности и безопасности эксплуатации.
В связи с этим и для снижения уровня аварийности и травматизма на угольных предприятиях требуется иметь высоконадежную, безопасную и эффективную аппаратуру контроля, защиты и управления работой горно-шахтного оборудования.
Всем памятны трагические события, происшедшие в 2002 году на шахте «Украина» ГП «Селидовуголь», когда из-за отсутствия своевременной информации о возникновении аварийной ситуации (пожаре) в конвейерном уклоне и неправильных действий горного диспетчера, погибло 35 горняков.
В настоящее время во всех развитых угледобывающих странах мира для мониторинга состояния технологического оборудования и параметров аэрогазовой обстановки в горных выработках используются многофункциональные компьютерные системы. В Испании это система RELIF 2000, Г ермании - SIWA 2000, Польше - система фирмы EMAG, Англии - система фирмы TRANSMITON, Китае -
японско-китайская система мониторинга и т. д. В России начала внедряться аналогичная по назначению система МИКОН.
Поэтому следует только приветствовать инициативу ряда предприятий и организаций в Украине (ГП «Петровский завод угольного машиностроения», МакНИИ, ГОАО «Шахтоуправление «Донбасс» (шахта «Щегловская-Глубокая») и «Шахтоуправление «Трудовское» (шахта «Трудовская») ГП «Донецкуголь») по созданию, изготовлению и внедрению на указанных шахтах новой унифицированной телекоммуникационной системы диспетчерского контроля и автоматизированного управления горными машинами и технологическими комплексами (УТАС).
УТАС - одна из прогрессивных систем, с помощью которой может контролироваться безопасность одновременного выполнения целого ряда технологических процессов, в том числе работы конкретных машин и механизмов, состояние производственной среды и многие другие параметры.
Система УТАС может работать на автономной основе и одновременно дополнять функции КАГИ и других применяющихся на шахте систем безопасности. Данная система многофункциональная и может осуществлять контроль за проветриванием горных выработок, газовой обстановкой, технологическими процессами, ведением взрывных работ, работой стационарного оборудования, безопасностью эксплуатации конвейерных линий, водоотливов, противопожарной защитой и пр.
Система позволяет в постоянном режиме своевременно выявить сбои в работе технологического оборудования, обнаружить предаварийные ситуации, связанные с превышением концентрации метана в горных выработках, нарушением их проветривания и в автоматизированном режиме при возникновении аварийных ситуаций отключить подачу электроэнергии на технологическое оборудование. Вся эта комплексная оперативная информация в постоянном режиме поступает на дисплей горного диспетчера.
Система УТАС изготовлена Петровским заводом угольного машиностроения по лицензии английской фирмы TROLEX. Она предназначена для применения на шахтах всех категорий, а так же опасных по газу и пыли, сверхкатегорийных и опасных по внезапным выбросам угля и газа. Система может работать автономно или совместно с другими аппаратными комплексами
и системами, обеспечивающими безопасность ведения горных работ в горных выработках.
Система обеспечивает выдачу на диспетчерский пункт следующей информации о рудничной атмосфере в горных выработках, включая:
• концентрацию угарного газа (СО) в выработках;
• концентрацию метана в выработках;
• скорость воздуха в вентиляционном трубопроводе тупиковой выработки;
• скорость воздуха в вентиляционном канале вентилятора главного проветривания (ВГП);
• дифференциальное давление воздуха, создаваемое вентилятором главного проветривания;
• фактическое положение вентиляционных дверей;
• температуру исходящей струи воздуха из тупиковой выработки;
• температуру воздуха в стволе;
• температуру воздуха в горных выработках;
• температуру пара в калориферной установке;
• К диспетчеру постоянно поступает информация в процессе работы системы УТАС о состоянии эксплуатации машин и механизмов, включая:
• температуру корпуса электродвигателя;
• температуру подшипников электродвигателя (ВГП, насосов водоотлива);
• температуру масла системы охлаждения подшипника ВГП;
• температуру подшипников редуктора;
• скорость движения ленты конвейера;
• угловую скорость вращения приводного барабана;
• вибрацию электродвигателя;
• давление воды в противопожарном ставе;
• ток электродвигателя конвейера, комбайна;
• заполнение бункера до верхнего уровня;
• уровень воды главного водоотлива.
Для внедрения системы УТАС на конкретной шахте должен разрабатываться соответствующий технический проект.
Исходными данными для разработки технического проекта являются схемы вентиляции и электроснабжения шахты, схема расстановки датчиков аэрогазового контроля шахты, утвержденная МакНИИ, задание на проектирование с указанием перечня контролируемых объектов, утвержденных главным инженером, временное руководство по оборудованию и эксплуатации систем аэрогазового контроля в угольных шахтах, правила безопасности в угольных шахтах.
В зависимости от особенностей шахты, имеющихся проблемных вопросов по обеспечению безопасности работ, оснащенности оборудованием и механизмами делается типизация системы УТАС применительно к конкретным условиям.
Монтаж системы осуществляется в соответствии с проектом заводом - изготовителем, электромеханической службой шахты и специализированной монтажной организацией.
Прием-сдача системы УТАС в эксплуатацию производится после предварительной промышленной проверки ее в течение одного месяца работы комиссией, назначаемой приказом по ГП, в которую должны входить главный инженер, главный энергетик, начальник и механик участка ВТБ, государственный горнотехнический инспектор, представители МакНИИ, представители ГП „Петровского завода угольного машиностроения”.
Технические средства системы УТАС по пространственному положению разделены на подземные и поверхностные.
Ниже приведена структурная схема системы УТАС (рис. 1) применительно к условиям шахты “Трудовская” ГП “Донецкуголь”.
Комплекс системы включает три модуля:
• модуль сбора и первичной обработки информации, представляющий собой совокупность датчиков и устройств, обеспечивающих сбор контролируемых данных;
• модуль передачи данных, состоящий из передающих устройств (контроллеры, репиторы) и линий связи;
• модуль анализа собранной информации и управления машинами и комплексами, представляющий собой поверхностный вычислительный комплекс с программным обеспечением.
Контроллеры передают информацию по линиям связи на расстояние до 2 км. Для передачи данных на расстояние более 2 км используются репиторы, которые восстанавливают форму сигнала и корректируют ошибки.
Устройство световой и звуковой сигнализации обеспечивает световую и звуковую сигнализацию об аварийных режимах
Искробезопасную связь поверхностного вычислительного комплекса с оборудованием, расположенным под землей, обеспечивает барьер безопасности. .Система работает от искробезопасного постоянного напряжения 12 В, 0,5 А.
В системе используются различные датчики - метана, СО, кислорода, температуры и многие другие..
Газовые датчики предназначены для контроля содержания газов, опасных по взрывам и пожарам, в атмосфере шахт и в местах установки горных машин. При повышении содержания газа до предаварийного уровня в системе предусмотрена подача звукового и светового сигналов. Если содержание газов в атмосфере не уменьшается, а продолжает расти, автоматически производится отключение электроэнергии на аварийном участке.
Датчики температуры предназначены для измерения температуры окружающей среды, а так же температуры подшипников барабанов и редукторов, корпусов двигателей, поверхностей колодок тормозов. Контроль температуры производится с упреждающим режимом для предотвращения пожаров и других аварийных ситуаций. В дальнейшем сигнал подается на отключение оборудования.
Многофункциональный датчик с гибким щупом предназначен для контроля - схода ленты конвейеров, уровня материала в местах загрузки и разгрузки, прохождения людей и грузов через места пропуска, повреждения (целостности) резинотканевых и резинотросовых лент, аварийного прекращения работы ленточных конвейеров.
Датчик приближения используется для контроля положения вентиляционных дверей и ляд системы главного проветривания шахт, подсчета движущихся вагонов и пр.
Датчик вибрации используется для контроля вибрации горных машин, ГШО и их составляющих частей (насосы главного водоотлива, вентиляторы главного проветривания, подшипниковые узлы, добычные и проходческие комбайны и другое оборудование). При увеличении вибрации выше первого уровня сигнал подается в устройство сигнализации, а выше второго уровня - на отключение работающего оборудования.
Датчики давления предназначены для контроля абсолютного, манометрического и дифференциального давления в атмосфере шахт-
ных выработок, трубах, каналах и т.д. Контроль производится с целью поддержания нормальных условий работы.
Датчик скорости потока контролирует величину и скорость потока воздуха и газов в атмосфере шахтных выработок, вентиляционных трубах и т.д. Контроль производится с целью поддержания нормальных условий работы.
Датчик отклонения контролирует уровень грузов в местах пересыпа, в бункерах и подает соответствующий сигнал в цепи контроля и управления.
Датчики контроля окружающей среды устанавливаются в соответствии со схемой аэрогазового контроля, утвержденной Мак-НИИ.
Датчики контроля и управления оборудованием устанавливаются в соответствии со схемами, разработанными заводом изготовителем и утвержденными МакНИИ.
В зависимости от места установки датчиков и контролируемого оборудования аппаратура настраивается на отключение электроэнергии при соответствующих показаниях датчиков.
Сигналы о состоянии эксплуатации горных машин, механизмов, оборудования и окружающей среды от датчиков, установленных в соответствующих выработках шахты, поступают на программируемые контроллеры 1-28 (рис. 1), которые их регистрируют, анализируют, выдают сигналы на отключение машин, механизмов при превышении предельных значений измеряемых параметров. По каналам связи сигналы с контроллеров через усилители 1-4 поступают в диспетчерскую шахты, где в соответствии с заложенной программой анализируются, усиливаются главным усилителем 5, регистрируются и отображаются на дисплее.
Структурная схема системы «УТАС»
В зависимости от ситуации управляющие команды передаются для отключения подземного оборудования или поступают диспетчеру в виде рекомендаций для принятия решений. На рис. 2 представлена схема конвейерного транспорта на шахте “Трудовская” ГП “Донецкуголь”, которая контролируется системой УТАС. Она позволяет осуществлять контроль и управление магистральными и участковыми конвейерами, защиту от пожаров на ранней стадии возгорания. Информация о работе конвейеров выдается на пульт главного диспетчера.
Внедрение достаточно подробно изложенной выше сущности системы диспетчерского контроля УТАС на угольных шахтах при грамотном высококвалифицированном обслуживании позволит своевременно предупредить и исключить развитие возникших аварийных ситуаций в трагические события с тяжелыми последствиями.
Из государственного бюджета в 2004 году запланировано выделить на внедрение этой системы безопасности на сложных по горно-геологическим условиям и одновременно производительных шахтах 75 млн грн.
Шахты “Трудовская” и “Щегловская-Глубокая” уже приступили к реализации данного крупномасштабного проекта.
Государственный Комитет Украины по надзору за охраной труда видит в этой системе безопасности УТАС помощника инспекторскому составу, так как реализация системы на практике позволяет своевременно установить потенциально опасные горные объекты, работающие в нештатном режиме, и аварийно опасное для дальнейшей эксплуатации горношахтное оборудование, объективно разобраться в возникновении аварийных ситуаций.
Наличие такой системы на шахте дисциплинирует и повышает ответственность руководителей предприятия, их служб и участков, лиц ведомственного контроля в целом за обеспечением на угольных предприятиях безопасных и здоровых условий труда.
Со стороны Госнадзорохрантруда Украины, его территориальных управлений и государственных горнотехнических инспекций внедрению представленной телекоммуникационной системы диспетчерского контроля и автоматизированного управления горными машинами и технологическими
Рис. 2. Схема конвейерного транспорта, контролируемая системой «УТАС»
комплексами (УТАС) всегда будет оказываться внимание и всесторонняя поддержка. Использование системы УТАС является важным шагом в повышении уровня промышленной безопасности на угледобывающих предприятиях.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ткачук С.П., Бобров А.И., Жуйков С.Ю., Иванов Ю.А. Перспективы автоматизации контроля аэрогазовой обстановки в угольных шахтах. Киев, Охрана труда. - 1998, № 8. - С. 29-32.
2. Бусыгин К.К., Иванов Ю.А., Кошман А.В. Применение комплекса КАГИ при автоматизации контроля и управления проветриванием в тупиковых выработках. Макеевка: Сб. научн. трудов МакНИИ “Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах”, 2001. - С. 174-179.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------
Радченко В.В., Малеев Н.В., Мартынов А.А. - кандидаты технических наук, Госнадзорохрантруда Украины, Киев, Донецк,
Захаров В. С. - кандидат технических наук,
Шевцов В.А. - инженер,
Донецкая угольная энергетическая компания, Донецк, Украина.
