CC BY
11
Вестник науки и образования Северо-Запада России
http://vestnik-nauki.ru/ -------
~~^ --2015, Т. 1, №4
УДК 622.367
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕЗИСА ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ОПАСНОСТИ И ЕЕ ОЦЕНКА В УСЛОВИЯХ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ
В.М. Забабурин, Ю.А. Полякова, М.А. Задоенко
STUDY OF GENESIS INDUSTRIAL RISK ASSESSMENT AND CONDITIONS MINING
ENTERPRISES
V.M. Zababurin, Y.A. Polyakova, M.A. Zadoenko
Аннотация. Сформулированы условия нарушения функциональности шахтной системы. Разработаны теоретические основы генезиса опасных ситуаций. Предложена дифференциация опасности по степени управляемости. Определены факторы, определяющие условия появления фоновой опасности. Разработана графоаналитическая модель формирования и развития конкретной опасной ситуации в лаве при добыче угля. Установлена логическая зависимость между несчастным случаем и нарушением условий закона необходимого разнообразия. Предложен методический подход оценки риска возможных последствий в шахте. Рассмотрены способы управления риском на горных объектах. Предложено осуществлять текущий мониторинг состояния безопасности контролируемых объектов.
Ключевые слова: система; потенциальная опасность; безопасность; опасная ситуация; модель; риск; несчастный случай.
Abstract. The conditions functionality violations shaft system. The theoretical bases of the genesis of dangerous situations. A differentiation in the degree of hazard control. The factors that determine the conditions for the appearance of the background risk. Grafoanalitichesky developed model of formation and development of a particular hazard in longwall coal mining. It sets the logical relationship between the accident and the violation of the terms of the law of requisite variety. The methodical approach to risk assessment of the possible consequences of the mine. The methods of risk management in the mining facilities. It is proposed to carry out ongoing monitoring of the security status of monitored objects.
Key words: system; potential danger; safety; dangerous situation; the model; risk; accident.
Введение
Функциональное состояние любой эрготической системы есть закономерный результат взаимодействия ее с внешней средой [1]. Такая среда постоянно меняет свои рабочие параметры. Например, в условиях угольной шахты, за счет перераспределения напряжений в подработанных породах, вызванных выемкой пласта, изменяется величина давления на крепь выработок; в процессе работы возможны случайные изменения динамики воздушных потоков, химического состава и физических характеристик шахтной атмосферы; работа и перемещение горного оборудования, постоянно изменяет обстановку на рабочих местах. При этом, часть параметров изменяется по заранее разработанной программе (перемещение добычного комбайна, длина выемочного столба и др.), а изменение другой части параметров носит стохастический характер. Но в любом случае эти изменения формируют поток внешних возмущений, которые могут вывести эрготическую систему из зоны ее безопасных состояний. В ряде случаев, в силу технического несовершенства оборудования, недостатка объективных знаний о природных закономерностях, а также в результате ошибок и нарушений человека, исследуемая система переходит в опасное состояние. В этой связи, основной задачей является исследование условий формирования
http://vestnik-nauki.ru/
2015, Т 1, №4
опасных ситуаций с целью повышения эффективности управления состоянием и обеспечения приемлемого уровня риска возможных последствий при выполнении основных производственных процессов по добыче угля в шахте.
1. Теоретические основы генезиса опасности
Процесс формирования любой травмо- или аварийноопасной ситуации на горнодобывающем предприятии всегда состоит из двух этапов:
1. Формирование потенциальной опасности;
2. Переход опасного производственного фактора (ОПФ) в состояние реальной угрозы.
Потенциальная опасность появляется одновременно с производственным процессом,
зависит от уровня развития техники, технологии подземной угледобычи и может быть устранена со временем только путем постановки и решения сложных научно-технических проблем в угольной отрасли. Формы проявления потенциальной опасности носят обобщенный характер и имеют отношение ко всем аналогичным предприятиям отрасли.
Второй этап процесса формирования опасной ситуации принципиально отличается от предыдущего, поскольку представлен условиями локального характера, присущими только данному производственному объекту. Переход его из потенциально опасного состояния в состояние реальной угрозы происходит, как правило, вследствие разнообразных нарушений требований правил безопасности, технической эксплуатации оборудования, санитарных норм и другой нормативно-технической документации (НТД).
С позиции вышесказанного, все опасности можно условно подразделить на фоновые и связанные с фактическим состоянием исследуемого объекта. Появление фоновых опасностей зависит только от факторов, практически не поддающихся управлению. К числу таких факторов следует отнести конструктивные недостатки и брак технических устройств, малоизученные процессы сдвижения горных пород, неудовлетворительные проектные решения и, наконец, непредсказуемые действия человека, участвующего в производственном процессе.
Фоновая опасность характеризует степень развития научно-технического процесса (НТП), объективно отражает уровень производственной опасности и имеет тенденцию к снижению. Фоновую опасность можно только констатировать, но не влиять на нее оперативно, т.к. генезис таких опасностей неизвестен.
Таким образом, фоновая опасность - это ситуация, при которой в производственной системе появились такие ОПФ, которые могут привести к травме или аварии независимо от соблюдения работающими правил безопасности.
Уровень опасности, обусловленной фактическим состоянием контролируемого объекта может и должен быть доведен до приемлемого в соответствии с требованиями НТД. На процесс возникновения и развития травмоопасных ситуаций, обусловленных отклонением параметров состояния объекта от требуемых правилами безопасности и нормативными документами, можно влиять путем организации системы контроля и управления безопасностью труда. В частности, обеспечение безопасности труда на выемочном участке шахты сводится в общем виде к решению следующих организационно-технических задач:
1. Выполнение общих требований безопасности труда.
2. Обеспечение исправного состояния машин, механизмов, электрооборудования и средств автоматики, соответствующего требованиям правил и инструкций по технической эксплуатации.
3. Обеспечение эффективного проветривания, борьбы с пылью и противопожарной защиты.
4. Поддержанием технического состояния средств транспорта в соответствии с требованиями НТД.
Решение этих задач обеспечивает условия для безопасной организации и ведения работ по добыче угля. Если эти задачи решены положительно, то уровень производственной опасности будет близок к фону (величине, обусловленной действием малоизученных неуправляемых факторов).
http://vestnik-nauki.ru/
2015, Т. 1, №4
2. Графоаналитическая модель формирования опасной ситуации
Чаще всего, условия для формирования опасной ситуации появляются вследствие невыполнения требований закона необходимого разнообразия [2], т.е. степень свободы внешних возмущений превышает возможности защитных реакций исследуемой системы. Эти условия являются необходимым элементом таких событий как «несчастный случай» или «авария». Процесс исследования генезиса конкретной опасной ситуации состоит в построении и обосновании причинно-следственных связей между потенциальной опасностью производственного процесса и событием появления опасной зоны, т.е. графоаналитическом моделировании формирования, развития и реализации опасной ситуации. Проследим процесс перехода потенциальной опасности в реальную угрозу здоровью и жизни человека в условиях шахты на следующем примере.
При добыче угля в лаве произошла вспышка метана с тяжелыми последствиями. В процессе расследования установлено, что над разрабатываемым пластом угля залегает мощный слой труднообрушаемого песчаника. Для управления кровлей паспортом предусматривалось принудительное разупрочнение пород кровли способом передового торпедирования через каждые 30 метров подвигания лавы. Установлен факт нерегулярного торпедирования уменьшенными зарядами ВВ, что привело к зависанию кровли над выработанным пространством лавы. На момент аварии отход лавы от зоны последнего торпедирования составил 120 м, что повлекло за собой значительное опускание кровли и посадке секции крепи на жесткую базу. С целью освобождения зажатой секции произведено взрывание накладных зарядов по кровле пласта. Из-за ухудшения проветривания нижней части лавы и образования взрывоопасной концентрации метана произошел взрыв метановоздушной смеси. Модель несчастного случая приведена ниже на рисунке.
В соответствии с ней исходным моментом последовательности событий, которые привели к вспышке метана, является появление условий 1 и 2, соответственно: труднообрушаемость пород кровли и невыполнение требований проекта работ по их предварительному разупрочнению. Эти два условия закономерно привели к событию 3 - посадке секции крепи на жесткую базу. В распоряжении производственников более безопасных средств извлечения зажатых секций крепи в аналогичных условиях, чем БВР -нет (условие 4). Тем не менее, извлечь секцию было необходимо (условие «В1») и администрация принимает решение об обрушении части пород над секцией с помощью взрывных работ. Вследствие недооценки опасности горный мастер и мастер-взрывник допускают нарушение правил безопасного ведения взрывных работ (условие 5). В результате совместного выполнения условий 4, 5 и «В1» происходит событие 6 - взрывные работы с малой ЛНС и накладными зарядами. Параллельно, из-за неудовлетворительной организации работ, допущено отставание чураковой кладки, что вызвало ухудшение проветривания зоны взрывных работ (условие 7) и при нормальном газовыделении (условие 8) привело к появлению события 9 -повышенной концентрации метана. Совместная реализация событий 6 и 9 с объективной необходимостью привело к появлению опасного события 10 - взрыву метановоздушной смеси.
Опасная зона представлена очагом вспышки и выработками участка, заполненными ядовитыми продуктами горения. Нахождение людей в опасной зоне обусловлено нарушением лицами сменного надзора правил безопасного ведения взрывных работ (11). При этом не был обеспечен вывод людей из опасной зоны, где они находились по производственной необходимости («В2»).
Анализируя исходные предпосылки появления данной ситуации, следует отметить, что они группируются в области эргономических (условия 2 и 7), технических (условие 4) и горно-геологических (условия 1 и 8) причин появления потенциальной опасности процесса подземной угледобычи. Возможности появления этих условий объективно зависят от достигнутого сегодня уровня научно-технического прогресса и необходимо присутствуют при выполнении аналогичных работ и на других предприятиях угледобывающей отрасли.
http://vestnik-nauki.ru/
Рисунок - Модель формирования опасной ситуации «Несчастный случай при взрывных работах в лаве». Причины потенциальной опасности: Э -эргономические, О - организационные, Т - технические, ГГ - горногеологические; В1 - необходимость извлечения зажатой секции крепи; В2 -необходимость выполнения работ лицами, не связанными с ведением взрывных работ в лаве; 1 - труднообрушаемость кровли пласта; 2 - невыполнение работ по предварительному рыхлению кровли; 3 - увеличение давления на крепь и посадка секции на жёсткую базу; 4 - отсутствие средств безопасного извлечения зажатой секции крепи; 5 - нарушение горным мастером и мастером-взрывником правил безопасного ведения взрывных работ; 6 - взрывные работы с малой ЛНС и накладными зарядами; 7 - ухудшение проветривания лавы из-за отставания чураковой кладки; 8 - нормальное газовыделение; 9 - повышенная концентрация метана; 10! - опасная зона - взрыв метановоздушной смеси; 11 - невывод людей из выработки с исходящей струёй воздуха; 12 - нахождение людей в опасной зоне
С другой стороны, факт несчастного случая является достоверным свидетельством того, что в рассматриваемой ситуации имеет место невыполнение требований закона необходимого разнообразия (см. табл.).
Таблица - Нарушение условий закона необходимого разнообразия
№ п/п Внешнее возмущение Защитная реакция исследуемой системы
1 Наличие труднообрушаемой кровли Некачественное выполнение работ по разупрочнению пород способом передового торпедирования
2 Выделение метана в горных выработках выемочного участка Неэффективное проветривание выработанного пространства лавы
3 Посадка секции крепи на жесткую базу Отсутствие безопасного способа извлечения зажатой секции
Вестник науки и образования Северо-Запада России
http://vestnik-nauki.ru/ -------
~~^ --2015, Т. 1, №4
Как следует из таблицы, разнообразия управляющих воздействий исследуемой системы в данном случае оказалось недостаточно для удержания ее рабочих параметров в зоне безопасных пределов. Под воздействием внешних возмущений в системе происходят постепенные количественные изменения: увеличивается консоль нависающей кровли пласта, образуется зона повышенного горного давления, повышается концентрация метана, формируется убежденность в возможности выполнения работ с нарушением требований правил безопасности, что приводит, в конце концов, к качественному скачку: система мгновенно переходит в опасное состояние - происходит взрыв метановоздушной смеси, сопровождающийся травмированием участников трудового процесса.
3. Оценка и управление риском возможных последствий
Наряду с исследованием генезиса травмо- и аварийно опасных ситуаций в шахте, важным моментом, также является проведение текущей оценки уровня риска возможных последствий. Ранее в работах [3] и [4] была разработана методика количественной оценки уровня производственной опасности на горных объектах, базирующаяся на учете частоты реализации опасных событий и степени тяжести возможных последствий.
С нашей точки зрения, повышения корректности оценки риска можно добиться, если воздействовать на развитие травмоопасной ситуации на стадии перехода ОПФ в травмирующий. С одной стороны, практически исключаются затраты на ликвидацию нежелательных последствий (выплата по больничным листам, компенсация за потерю трудоспособности, стоимость восстановительных работ и др.), а, с другой, появляется возможность превентивного управления состоянием контролируемых объектов с целью обеспечения безопасности труда. Удержать систему безопасности в равновесии можно путем контроля, оценки и корректировки фактического состояния ее элементов.
Для мониторинга безопасности на шахте необходим параметр, содержащий информацию о фактическом состоянии контролируемого объекта. В этой связи предлагается оценку риска проводить с использованием фактора - интенсивность появления ОПФ на объектах контроля (X), который характеризует потенциальную опасность объекта и обуславливает затраты на профилактику травм и аварий.
Тогда риск появления возможных последствий, с учетом деления опасностей на фоновые и связанные с состоянием объекта, может быть определен по формуле:
ЯЕ = Рр Лр ■ ТР + РяЛ • Г5, (1)
где РР - вероятность появления фоновых опасных событий; ХР - интенсивность
проявления фоновых ОПФ на объектах контроля; УР - ущерб, обусловленный реализацией фоновых опасных событий; - вероятность появления опасных событий, связанных с состоянием объектов контроля; ^ - интенсивность проявления ОПФ, связанных с состоянием объектов контроля; - ущерб, обусловленный реализацией опасных событий, связанных с состоянием объектов контроля.
Риск, определенный по формуле (1) является комплексным показателем уровня производственной опасности на исследуемом объекте.
При работе объекта с полным соблюдением требований НТД соотношение может быть доведено до нуля. В этом случае риск появления возможных последствий будет зависеть только от фоновых показателей
ЯЕ = Яр = Рр Лр ■ Гр. (2)
Причем величина риска, рассчитанного по формуле (2), будет всегда больше нуля в силу действия объективных причин (степень развития общества, научно-технический прогресс, уровень профессионализма трудящихся и т.д.). Уровень такого риска объективно характеризует условия и обстановку на рабочих местах горного предприятия, в которых
http://vestnik-nauki.ru/
приходится сегодня трудиться шахтерам.
На наш взгляд, на современных горнодобывающих предприятиях необходимо проведение текущего мониторинга состояния безопасности контролируемых объектов с целью создания базы данных для расчета интенсивности появления ОПФ, а также оценки и управления риском [5].
Заключение
Процесс подземной угледобычи на современном этапе НТП объективно опасен, и потому основной задачей при управлении безопасностью труда на шахте является снижение уровня риска до приемлемого уровня. При этом следует помнить, что наличие потенциальной опасности не зависит от лиц, непосредственно выполняющих или организующих данный производственный процесс, в то время как опасная производственная ситуация появляется в результате неадекватных действий конкретных людей.
Таким образом, определение условий перехода потенциальной опасности, заключенной в самом процессе подземной угледобычи, в реальную угрозу здоровью и жизни шахтеров необходимо для предотвращения повторения подобных ситуаций и минимизации затрат на профилактику травм и аварий в условиях горнодобывающих предприятий.
Проведение текущей оценки уровня риска возможных последствий в рамках функционирования информационно-аналитической системы управления безопасностью труда на шахте обеспечит целенаправленность и рациональный объем действий по снижению уровня производственной опасности на объекте [6].
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Забабурин В.М. Физический подход оценки безопасности человека в эрготических системах // Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Ростов-на-Дону - Новомихайловский, 2013 г. Вып. XV / Рост. гос. строит. ун-т. Ростов н/Д: РГСУ, 2013. Т. 1. С. 105-108.
2. У.Р. Эшби. Введение в кибернетику. М., «КомКнига», 2006. 423 с.
3. Фролов А.В.; Забабурин В.М. Оценка и прогнозирование профессиональных рисков при ведении основных производственных процессов в шахтах Восточного Донбасса // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2007. Вып. 14. Безопасность. С. 97-108.
4. Фролов А.В., Забабурин В.М., Чефранов И.В., Чефранов В.В. Количественная оценка опасностей при различных технологических схемах и производственных операциях // Безопасность труда в промышленности, 2005. № 9. С. 23-24.
5. Фролов А.В., Забабурин В.М. Мониторинг опасности как элемент управления безопасностью труда в шахте // Перспективные технологии добычи и использования углей Донбасса: Материалы Междунар. науч.-практ. семинара, г. Новочеркасск, 1-2 окт. 2009 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск : ЮРГТУ(НПИ), 2009. С. 242-246.
6. Забабурин В.М. Информационно-аналитическая система управления безопасностью труда на шахте // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион., техн. науки, 2014. № 3. С. 94-98.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Забабурин Владимир Михайлович ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова», г.Новочеркасск, Россия, кандидат технических наук, доцент кафедры «Горное дело», член-корр. Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности.
E-mail: zababurin64@mail.ru
http://vestnik-nauki.ru/
Zababurin Vladimir Mikhailovich FSEI HPE «South-Russian state Polytechnic University (NPI) named after M.I. Platov», Novocherkassk, Russia, candidate of technical Sciences, associate Professor of Mining engineering, member-correspondent The international Academy of ecology and life safety. E-mail: zababurin64@mail.ru
Полякова Юлия Александровна ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова», г. Новочеркасск, Россия, аспирант кафедры «Горное дело». E-mail: y-novikova@mail.ru
Polyakova Yuliya Aleksandrovna FSEI HPE «South-Russian state Polytechnic University (NPI) named after M.I. Platov», Novocherkassk, Russia, postgraduate student of the Department «Mining». E-mail: y-novikova@mail.ru
Задоенко Марина Александровна ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова», г. Новочеркасск, Россия, аспирант кафедры «Горное дело». E-mail: m.zadoenko@mail.ru
Zadoenko Marina Aleksandrovna FSEI HPE «South-Russian state Polytechnic University (NPI) named after M.I. Platov», Novocherkassk, Russia, postgraduate student of the Department «Mining». E-mail: m.zadoenko@mail.ru
Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с авторами статьи: 346400, Ростовская область, г. Новочеркасск, ул. Просвещения 132, Забабурин В.М.,
8(8635) 25-53-13
