CC BY
50
УДК 622.411.33
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ МЕТАНОВОЙ ОПАСНОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ШАХТ КУЗБАССА
А.Н. Качурин
Сформулирован алгоритм управления уровнем метановой опасности в подготовительной выработке. Обоснованы системные принципы управления системой «вентилятор местного проветривания - вентиляционный трубопровод» и предложена структурная схема автоматизированного управления.
Ключевые слова: вентиляционная система, системный подход, метановая опасность подготовительная выработка, вентилятор местного проветривания, вентиляционный трубопровод
Основой обеспечения безопасного состояния рудничной атмосферы является эффективная система вентиляции подготовительных выработок [1]. Технологический процесс проветривания подготовительных выработок (ТППВ) сопровождается возникновением состояний, которые также принято называть авариями. Необходимым условием решения проблемы надежности функционирования вентиляционной системы (ВС), является создание метода прогнозной оценки надежности и эффективности функционирования ВС, позволяющего прогнозировать динамику состояния системы вентиляции [2].
Очевидно, что такой метод должен базироваться на универсальных принципах моделирования, позволяющего учесть динамику всех влияющих факторов и таким образом обеспечить высокую степень адекватности используемой модели поведению реальной системы. Главной целью при изучении опасностей, свойственных той или иной подсистеме, является определение причинных взаимосвязей между исходными аварийными событиями, приводящими к аварийным состояниям ТППВ. При таком подходе целесообразно рассматривать ТППВ как совместное и взаимозависимое функционирование двух подсистем. Для подготовительных выработок первая подсистема представляет собой вентилятор местного проветривания (ВМП). Вторая подсистема представляет собой вентиляционный трубопровод (ВТ).
При такой структуре ТППВ авария может развиваться только по двум схемам - отказ ВМП, а затем в подсистеме ВТ и наоборот. Следовательно, система «ВМП-ВТ» может находиться в двух возможных состояниях - работоспособном и неработоспособном. Под работоспособным состоянием будем понимать состояние, при котором значения параметров, характеризующих способность «ВМП-ВТ» выполнять заданные функции, находятся в пределах, установленных нормативно-технической или технологической документацией [3].
Разумеется, что изменение подачи ВМП и количества воздуха, поступающего в подготовительный забой, обусловлены колебаниями аэродинамических сопротивлений путей утечек. Следовательно, необходимо решить задачу естественного воздухораспределения для вентиляционного трубопровода с учетом взаимодействия с ВМП. Это позволит получить в явном виде следующую систему уравнений [4]:
2
ь = я о
1 тр я тро
^ь в ,0, л, 0)
ч2
ь = я о
- 1 тр я тр0
Ьв = а + Ь0в + с02 + ¿0
а+ьов + с02+¿ов - ятр02 = 0,
где Ь™, - депрессия сети и давление, развиваемое ВМП соответственно, даПа; Q - количество воздуха, м/с; Rтp - аэродинамическое сопротивление вентиляционного трубопровода; л - КПД ВМП; 0 - угол установки лопаток; N - мощность ВМП, кВт.
Таким образом, можно сделать вывод, что быстрое и точное определение всех изменяющихся параметров (депрессия, сопротивление, количество воздуха, мощность на валу электродвигателя) является важной задачей при оценке уровня метановой опасности в подготовительной выработкеи его определении.
При наложении графиков шахтной сети на характеристику вентилятора определяется рабочая точка вентилятора. Очевидно, что в данной точке депрессии вентиляционного трубопровода и вентилятора будут совпадать. Обработка данных по характеристикам вентиляторов на <^ТАТЭТ1СА» позволила получить функции аналитических зависимостей количества воздуха и депрессии от угла поворота лопаток. Полученные уравнения выражались полиномом третьей степени. В результате решения
2 3 2
уравнений типа а + bQ + cQ + ёр = Яр были получены значения количества воздуха Q при различных сопротивлениях R, где а, Ь, с, d - коэффициенты, полученные в результате численной обработки характеристик для каждого угла поворота лопаток ВМП. Аналогичным образом были получены численные значения мощности на валу электродвигателя вентилятора в зависимости от различных сопротивлений трубопровода, а затем функции, описывающие мощность вентиляторов.
Управление системой «ВМП - ВТ» может базироваться на следующих принципах: управление осуществляется по возмущению входной контролируемой величины Х^), управление осуществляется по отклонению управляемой выходной величины у$), управление осуществляется по комбинированному варианту.
Для реализации принципов безопасного управления системой «ВМП - ВТ» и для поддержания этой системы в работоспособном состоянии разработана структурная схема АСУ, реализующая любой из рассмотренных принципов управления (рис. 1 - 2).
>
а
Внешняя среда
Хп(1)
У1^)
Внешняя среда
Уш'а)
б
Х(1)
ОУ
ОУ
7\
u(t)
УУ
u(t)
д
1 ц(^0 е 1 ц^) у© х(1)—-
ОУ
'иф
И I
М
ОУ ут
\ иО)
И
М
y(t)
y(t)
у
=>ГоП<=^=ГТГк= —■ ' л 1
±Лu(t)
У
г
x(t)
мО)
ОУ
y(t)
u(t)
"II/®
ж
Ьа)
хШ ОУ y(t)
и(Г)
И
М
УУ
x(t)
ВА ■7^
/ $
\
в
з
Рис. 1.Основные принципы управления системой «ВМП-ВТ»: а - общая модель объекта управления (ОУ); укрупненные (б-г) и детальные (д-з) структуры систем управления с принципами по возмущению (б,д), по отклонению (в,е), комбинированный (ж), адаптивный (з); Dx, Бу,- датчики контроля; ИМ - исполнительный механизм; УУ - устройство управления; ВА - блок адаптации; 8 - субъект (оператор, диспетчер...)
а
Х2( , Хз№
Б
ЕС,
ОУ
БК
АЦ ДЦ
ИМ,
Кр^-доп
ИМ
ЦА
ИМ
Б
V,
ЦД
5!
Б
Подсистема адаптации, идентификации и прогнозирования
Подсистема логического управления
Средства обеспечения надежности и реконфигурации структуры ШВС
УУ
АЦ ДЦ
з>з
3>ЭЛ(
Н>Нд
X*
Л П Р
б
Уо(*)
АХ
? = [Уо(0 - У1(0]^ тт
I
РУ
ОУ
ш
Рис. 2. Структурная схема АСУу системы «ВМП - ВТ» а - обобщенная структура; б - структура системы по отклонению; х() вектор входных контролируемых воздействий; у- вектор выходных управляемых величин; хн-вектор факторов метановой опасности; г1р,г1доп- реальный и допустимый уровни риска по каждому из их видов факторов метановой опасности; э,н, - показатели эффективности и надежности; х* - цель управления; РУ - регулирующее устройство; ЛПР - лицо, принимающее решение; ЦАП - цифроаналоговые преобразователи; АЦП - аналогово-цифровые
преобразователи
Доказано, что для системы «ВМП - ВТ» в Кузбассе могут быть использованы централизованная и смешанная структуры автоматизированной системы управления. Таким образом, подготовительные участки по
фактору метановой опасности как сложные технические системы имеют следующие особенности:
1)наличие большого количества взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов;
2)сложность выполняемой задачи, направленной на достижение заданной цели;
3)возможность разделения системы на подсистемы, функционирование которых подчинено общей цели функционирования всей системы;
4)управление разветвлённой информационной сетью и интенсивными потоками информации.
Уточненные закономерности метановыделения из угольного пласта и конвективно-турбулентной диффузии метана в подготовительных выработках, а также новые технические средства оценки метановой опасности в горных выработках позволили разработать алгоритм функционирования автоматизированной системы контроля метановой опасности при проведении подготовительных выработок (рис. 3).
Рис. 3. Алгоритм функционирования автоматизированной системы контроля метановой опасности подготовительных выработок
Высокая цена отказов, особенно катастрофических, в системе оценки управления уровнем метановой опасности подготовительных участков выдвигает на первый план задачу их предупреждения, что возможно благодаря разработке эффективных профилактических мероприятий и своевременному вводу их в действие. Точность прогнозирования и развития аварийной ситуации, всегда многофакторная и многомерная. Множество переменных определяет ее динамическое состояние. Любая цель управления безопасностью труда, как и альтернатива действий, должна выверяться и корректироваться. Следует отметить, что разработанные принципы управления системой «ВМП-ВТ» и структурная схема АСУ системы «ВМП-ВТ» могут снизить уровень метановой опасности подготовительных выработок.
Список литературы
1. Качурин Н.М.,Каледина Н.О., Качурин А.Н. Выделение метана с поверхности обнажения угольного пласта при высокой скорости подвига-ния подготовительного забоя строительстве// Известия Вузов. Горный журнал. 2013. Вып. 3. С. 25 - 31.
2. Качурин Н.М., Каледина Н.О., Качурин А.Н. Выделение метана с поверхности обнажения угольного пласта при высокой скорости подвига-ния подготовительного забоя строительстве// Безопасность жизнедеятельности. 2012. Вып. 12. С. 8 -10.
3. Качурин Н.М., Качурин А.Н.,Коновалов О.В. Аэрологическое обоснование и математические модели вентиляции тоннелей при их строительстве// Безопасность жизнедеятельности. 2010. Вып. 5. С. 6-12.
4. Качурин Н.М., Ковалев Р.А., Копытцев С.П. Внешние утечки воздуха и оценка надежности проветривания шахт Подмосковного бассейна // Изв.ТулГУ. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. Вып. 5. 1999. С.339 - 341.
5. Качурин Н.М., Ковалев Р.А., Копытцев С.П. Совершенствование методики расчета вентиляционного трубопровода для проветривания подготовительных выработок углекислотообильных шахт// Изв. ТулГУ. Сер.Экологияибезопасностьжизнедеятельности. Вып. 5. 1999. С.348 - 350.
Качурин Александр Николаевич, аспирант, ecology@tsu. tula. ru, Россия, Москва, Московский государственный горный университет
SYSTEMATIC APPROACH TO EVALUATINGMETHANEDANGER ESTIMATION OF KUZBASS MINES DEVELOPMENT WORKINGS
A. N. Kachurin
The algorithm of operating methane danger level in a development working was formulated. Systematic principals of operating «local ventilation ventilator - ventilation pipe-
line» were substantiated and structural scheme of the automated management system was proposed.
Key words: ventilation system, systematic approach, methane danger, development working, local ventilation ventilator, ventilation pipeline.
Kachurin Alexander Nikolaevich, postgraduate, ecology@tsu.tula.ru Russia, Moscow, the Moscow State Mining University
УДК 331.45
МЕТОДИКА АНАЛИЗА И ПРОГНОЗА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ТРАВМАТИЗМА ГОРНОРАБОЧИХ, ОСНОВАННАЯ НА КОМПЛЕКСНОМ УЧЕТЕ ФАКТОРОВ ТРАВМАТИЗМА, НА ПРИМЕРЕ УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА ОАО «ЧЕРНИГОВЕЦ»
А.В. Пасынков
В основу методики анализа производственного травматизма горнорабочих положен разработанный автором оригинальный алгоритм, основанный на ретроспективном и прогнозном анализах, позволяющий оценивать суммарный (полный) риск травматизма и разрабатывать программу профилактических мероприятий, направленных на повышение безопасности труда горнорабочих угольного разреза, и определять периодичность профилактических мероприятий.
Ключевые слова: анализ травматизма, риск травматизма, профилактические мероприятия, безопасность труда, угольный разрез.
Динамика снижения травматизма горнорабочих угольного разреза ОАО «Черниговец» подтверждает (рис. 1), что задача снижения травматизма решалась постоянно на протяжении исследуемого десятилетнего периода. Причем количество горнорабочих на предприятии за десять лет практически не изменилось. Изменились техника и технология отдельных процессов открытых горных работ, изменился подход к безопасности труда, все это положительно сказалось на динамике снижения травматизма.
Если исключить аномальные периоды высокого травматизма 2007 -2008 гг. (рис. 1), вероятно связанные с мировым финансовым кризисом и сменой руководства угольного разреза, тогда можно отметить, что в последние годы работы предприятия травматизм горнорабочих остается приблизительно на одном уровне: от 1 до 6 травм в год. Этот факт свидетельствует о том, что предприятию необходимы дальнейшие научные разработки, которые позволят снизить травматизм практически до нуля, как в зарубежных странах (Австралия, Германия, США).
