CC BY
13
УДК 622.86
ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ТРУДА НА ШАХТЕ
© 2014 г. В.М. Забабурин
Забабурин Владимир Михайлович - канд. техн. наук, доцент, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. Тел. (8635)25-53-13. E-mail: bgd_frolov@mail.ru
Zababurin Vladimir Mihaylovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). Ph. (8635)25-53-13. E-mail: bgd_frolov@mail. ru
Определена организационная структура и целевая функция системы управления безопасностью труда. Разработан алгоритм функционирования ИА СУБТ, создана логико-математическая модель оценки текущего состояния безопасности шахтной системы.
Ключевые слова: безопасность труда; технический риск; система управления; оценка и прогноз безопасности; алгоритм управления; структура системы; вероятность безопасного состояния; математическая модель.
The organizational structure and criterion function of a control system by safety of work is defined. The algorithm offunctioning of SUBT news agency is developed. The logical-mathematical model of an assessment of current state of safety of mine system is developed.
Keywords: safety of work; technical risk; control system; assessment and safety forecast; algorithm of management; system structure; probability of a safe state; mathematical model.
Введение
С целью уменьшения действия субъективных факторов при принятии управляющих решений по обеспечению приемлемого уровня безопасности на горных предприятиях на кафедре «БЖДиООС» ЮР-ГПУ (НПИ) разработаны научно-методические основы информационно-аналитической системы управления безопасностью труда на шахте (ИА СУБТ). Ее основными функциями являются оперативный анализ и текущее прогнозирование состояния безопасности труда. Такая система позволит упорядочить информацию о фактическом состоянии объектов контроля, создать возможности для ее анализа без существенных затрат времени с целью идентификации наиболее опасных факторов, а также определить динамику состояния шахтной системы и прогноз рабочих параметров на ближайшие сутки.
Структура и целевая функция ИА СУБТ
Эффективность и надежность функционирования ИА СУБТ во многом зависит от корректной организации ее структуры и порядка взаимодействия отдельных элементов и подсистем. В общем виде структуризацию исследуемой системы целесообразно производить с позиции причинной обусловленности событий. Совокупности всех причин, влияющих на создание опасных ситуаций в производственном процессе, присваивается некоторое множество М0. Далее это мно-
случае - форм проявления потенциальной опасности). Необходимо, чтобы в разбиении участвовали все элементы множества и при этом каждый элемент системы вошел только в одно подмножество, т.е.:
и м) = М0; (г = 1, 2,..., п);
¿е ]а
М1ПМ)2 =0, при ¿1 е/2.
Таким образом, в исследуемой системе выделяется п групп относительно самостоятельных подсистем, каждая из которых характеризуется наличием только одной потенциальной причины аварии или несчастного случая.
Аналогичным образом произведем разбиение подмножеств М) на подмножества М2 г е J1 (J1 -множество индексов подмножества М2 в нашем случае - групп опасных производственных ситуаций). По аналогии с предыдущим
и М2 = М);
¿е /
(i = 1, 2,..., n);
жество разбивается на подмножества М| i е J0
(J0
- множество индексов подмножества Mi в нашем
М2 П М2 =0; при 1 ф i2.
В результате произведенного разбиения получим ряд подмножеств, обусловливающих появление опасных производственных ситуаций по конкретным причинам.
И, наконец, каждое из подмножеств М2 разобьем на подмножества М3 i е J2 (J2 - множество
3
индексов подмножества М1 в нашем случае - субстратов опасности). Как и выше,
и М3 = М,2; (И = 1, 2,..., п);
¡ч2
М¡1ПМ32 = 0; при ¡! Ф ¡2.
Если описанному процессу дать графическую интерпретацию, то получим граф (рис. 1), изображающий структуру исследуемой системы в виде иерархии, каждый уровень которой соответствует категориям, определяющим причинно-следственную связь появления опасности при выполнении производственного процесса.
Из анализа приведенного графа структуризации исследуемой системы следует, что для появления объективных предпосылок аварии или несчастного
случая в производственном процессе (М1 ) необходимо выполнение, по крайней мере, двух условий: во-первых, наличие потенциальной опасности (М*) и, во-вторых, развитие конкретной ситуации, которая переводит опасность из скрытого состояния в реальную угрозу (М1 ). Только при таком стечении обстоятельств следует считать, что данный производственный процесс несет в себе реальную угрозу аварии или травмирования человека.
Подробная структуризация позволяет достаточно корректно ставить задачи при анализе состояния безопасности труда, так как концентрирует внимание на узловых точках графа. Действительно наиболее общая задача анализа уровня безопасности данного производственного процесса будет приурочена к вершине графа - узлу М0, параметры которого определяются формами проявления потенциальной опасности этого процесса (М1).
Для узловых точек могут быть поставлены более узкие задачи: выявление наиболее значимых объективных опасностей подземной угледобычи и идентификация форм проявления опасности в данном производственном процессе.
Определение, алгоритм и порядок действия ИА СУБТ
ИА СУБТ 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.
В соответствии с методикой оценки и прогнозирования техногенного риска [1], 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. Алгоритм управления состоянием безопасности труда на контролируемых объектах шахты приведен на рис. 2.
В качестве существенных переменных приняты параметры контролируемых объектов, значения которых регламентированы соответствующими НТД. Всё множество параметров сведено в 4 группы (рис. 3). В условиях конкретной шахты по каждой группе контроля составляется перечень объектов, состояние которых достаточно полно характеризует уровень опасности на участке.
Рис. 1. Граф структуризации СУБТ на шахте
Оценки фактического состояния исследуемых объектов выполняются лицами технического надзора при контрольном обходе участка и в табличной форме передаются в отдел АСУ для вычисления параметров,
характеризующих текущее состояние системы [2].
Порядок выполнения работ по управлению состоянием безопасности на контролируемом участке представлен на рис. 4.
Рис. 2. Алгоритм управления безопасностью труда Структура исходной информации
Технология ведения горных работ
Энергоснабжение, машины и механизмы
Вентиляция, пыль и ППЗ
Транспорт
Выемочные участки
Рис. 3. Группы объектов, подлежащих контролю
Контролируемый участок
Начальник контролируемого участка
Планово-экономический отдел
Начальник контролируемого участка
Контролируемый участок
Оценка фактического состояния объекта контроля в баллах, заполнение карточек контроля
Проверка правильности заполнения карточки в соответствии с рекомендациями
Подготовка карточек к обработке на ЭВМ
Расчет параметров состояния безопасности по машинным программам, распечатка и передача результатов анализа
Составление таблиц затрат и эффективности профилактических мероприятий по охране труда
Принятие и реализация решения по улучшению состояния безопасности на участке, устранение нарушений НТД
Рис. 4. Циклограмма работ по управлению безопасностью на контролируемом участке
Для оценки уровня опасности на объектах контроля разработаны эмпирические шкалы перевода модальных оценок в числовые и их вероятностные эквиваленты [3].
Логико-математическая модель оценки текущего состояния безопасности шахтной системы
В соответствии с законом Пуассона [4] плотность вероятностей перехода системы из безопасного состояния в опасное определяется из выражения:
к, = 1 - е-а',
где а, - вероятностный эквивалент оценки по ¡-й группе контроля.
Оценка параметра 1, представляет определенную сложность, так как невозможно априори оценить эффективность того или иного управляющего воздействия. Для решения практических задач целесообразно определять плотность вероятностей восстановлений системы
Т ■ Ъ = 1 - ^,
где Тп
продолжительность восстановления систе-
мы по ¡-й группе контроля, ч; Тсм- продолжительность рабочей смены, ч.
Полученные значения к, и ъ дают возможность составить систему уравнений Колмогорова для возмущающих и восстанавливающих потоков на четырех анализируемых участках.
При ёрА = 0 и общей вероятности появления опасных ситуаций I Р, = 1 система уравнений принимает следующий вид:
(к1 +к2 +к3 +к 4) р1 +ц1р2 + ъ2 Р3 +ъ3 Р4+ъ4р5 = о Л
(Ъ +к2 +к3 +к 4) Р2 +к1Р1 +ц 2 Р6 +ц3 Р9 +ц4 Р11 = о (к1 +ц 2 +к3 +к4) Р3 +Ъ1Р6 +к 2 Р1 +ц3 Р7 +ц 4 Р10 = о (к1 +к 2 +ц3 +к 4 ) Р4 + ъ Р9 + ъ2 Р7 +к3 Р1 +Ъ4Р8 = о
(к1 +к2 +к3 +Ъ4 ) Р5 +Ъ1Р11 +Ъ2Р10 +Ъ3Р8 +к4Р1 = 0 (Ъ + Ъ2 +к3 +к4 ) Р6 +к1Р3 +к 2Р2 + ЪР12 +Ъ4Р13 = 0
(к1 +ц2 +ц3 +к4 ) Р7 + ъ Р12 +к 2 Р4 +к3 Р3 +ц4Р15 = 0 (к1 +к 2 +Ъ3 +Ъ4 ) Р8 +Ъ1Р14 + Ъ 2 Р15 +к3 Р5 +к 4 Р4 = 0 (Ъ +к 2 +ц3 +к 4) Р9 +к1Р4 +ц2 Р12 +к3 Р2 +ц4Р14 = 0 (к1 +ц2 +к3 +ц4) Р10 +Ъ1Р13 +к2 Р5 +ц3 Р15 +к4Р3 = 0 (Ъ +к2 +к3 +ц4) Р11 +к1Р5 +ц 2 Р13 +ц3 Р14 +к4Р2 = 0
(Ъ +Ъ2 +Ъ3 +к4 ) Р12 +к1 Р7 +к2Р9 +к3Р6 4Р16 = 0 (Ъ +Ъ2 +к3 +Ъ4 ) Р13 +к1Р10 +к2 Р11 + Ъ Р16 +к4Р6 = 0 (Ъ +к2 + Ъ +Ъ4 ) Р14 +к1Р8 +Ъ2Р16 +к3Р11 +к4Р9 = 0 (к1 +Ъ2 +Ъ3 +Ъ4 ) Р15 +Ъ1Р16 +к2Р8 +к3Р10 +к4Р7 = 0
IР, = V
В расчетах используются только первые пять значений корней уравнений, так как остальные значения по абсолютной величине на 2-3 порядка меньше и использовать их не имеет смысла. В этом случае Р0 есть предельная вероятность безопасного функциони-
У
рования системы, а Р1^Р4 - предельные вероятности появления опасных ситуаций соответствующей группы контроля. Определенные таким образом параметры дискретных состояний безопасности на участке (У,-) рассматриваются как координаты репрезентативной точки в пространстве на данном временном интервале. Значения У,- = Рг на временной оси могут быть представлены в виде эмпирических кривых. Задача определения функциональной зависимости у = / (t) сведена к нахождению непрерывной функции путем выравнивания статистических кривых методом наименьших квадратов с использованием ортогональных полиномов Чебышева. Для нашего случая справедливо выражение
/ (t) = ^оФо (t) + ^) + ^Ф2 (t) + ^Фз (t) + k4Ф4 (t) ,
где k1, k2, k3, k4 - коэффициенты ряда Чебышева; Ф0(0, ф^О, ф2(t), ф3(t), ф4(t) - ортогональные полиномы Чебышева.
Продолжительность периода для анализа принимается равной 5 сут, следовательно, аргумент t принимает значения от 1 до 5. Тогда прогнозируемые полиномы для 5 точек предыстории имеют вид:
У П+1 = 0,1 (-4У, - У 2 + 2Уз + 5У4 + 8У5);
УПп+1 = 0,1(6У] - 6У2 - 8У3 - 0У4 + 18У5);
УЛ+1 = 0,1(-8У1 + 22У2 - 8У3 - 28У4 + 32У5) ;
У П+1 = 0,1( У1 - 5У2 + ЮУ3 -10У4 + 5У5) .
На основании представленной логико-математической модели оценки текущего состояния шахтной системы разработаны алгоритмы и расчетные программы [5]. Программный комплекс позволяет сокра-
Поступила в редакцию
тить временной интервал между получением информации и внедрением управляющих решений, а также обеспечить возможность оперативного управления безопасностью труда на участках шахты.
Заключение
Предлагаемая ИА СУБТ обеспечивает получение достоверных сведений о состоянии безопасности труда на контролируемых объектах шахты, систематизированное распределение результатов анализа между должностными лицами, а также создание банка данных об опасных производственных факторах для повышения надежности и эффективности процедур анализа, оценки и прогнозирования уровня производственной опасности.
Литература
1. Забабурин В.М. Прогнозирование безопасности труда на горнодобывающих предприятиях. Ростов н/Д., 2008. С. 132 - 135.
2. Фролов А.В., Забабурин В.М. Методология управления безопасностью труда на шахте // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Белые ночи-2010», СПб.; Донецк, 2010. С. 105 - 107.
3. Забабурин В.М., Фролов А.В. Совершенствование методологии управления безопасностью труда на угольной шахте // ГИАБ. 2009. № 12. С. 9 - 15.
4. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие. М., 2004. 573 с.
5. Забабурин В.М., Миронова А.А. Совершенствование мониторинга безопасности труда на шахте // Проблемы геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования: сб. тез. и статей Всерос. конф. ЮРГТУ(НПИ). 2011. С. 293 - 296.
24 февраля 2014 г.
