CC BY
23
© С.С. Кубрин, 2013
С.С. Кубрин
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПЕРЕХОДА ОТ КОМПЛЕКСА СИСТЕМ МОНИТОРИНГА УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ К КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА
Проведен анализ современного уровня мониторинговых систем безопасности угольной шахты. Выявлены основные их недостатки. Сформулированы методологические принципы построения комплексной системы мониторинга. Ключевые слова: мониторинг, безопасность, шахта
Лобыча полезных твердых ископаемых подземным способом относится к одному из самых опасным видам производственной деятельности человечества. Наиболее потенциально опасной является угольная промышленность, где добыча полезного ископаемого осложнена свойствами и особенностью угля. Это, во-первых, содержанием в угле сорбированного взрывоопасного газа метана, который в ходе выемки полезного ископаемого выделяется в рудничную атмосферу и в совокупности с кислородом создает взрывоопасную смесь. Во-вторых, структурные и прочностные свойства полезного ископаемого — угля, которые при интенсивной разработке месторождения ведут к динамическим проявлениям различной физической природы, в том числе, в катастрофической форме (выбросы угля, породы и газа, горные удары, разломы почвы с выбросом газа и т.д.).
Состояние промышленной безопасности на предприятиях угольной промышленности вызывает озабоченность Российского правительства на протяжении нескольких последних лет. В отрасли никак не удается нейтрализовать неблагоприятную обстановку в вопросах предупреждения травматизма и аварийности на угольных шахтах, промышленных объектах. Крупные аварии на шахтах Юбилейная, Ульяновская, Распадская об этом свидетельствуют. Инициатором произошедших аварий
были вспышки метана. Большие разрушения принесли последующие взрывы смеси воздуха, угольной пыли и метаном. На всех трех шахтах, на которых произошли аварии, использовалась высокопроизводительная техника и современные технологии выемки угля. Шахты были оборудованы современными системами мониторинга рудничной атмосферы. Но этого оказалось недостаточно, чтобы не допустить трагедии. 11 августа 2010 года на совещании у Заместителя Председателя Правительства Российской Федерации И.И. Сечина была поставлена задача разработки многофункциональных систем безопасности в угольных шахтах. Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору 20 декабря 2010 г. был издан Приказ N 1158 г. Москва «О внесении изменений в Правила безопасности в угольных шахтах», утвержденные постановлением Госгортехнадзора России от 5 июня 2003 г. N 50. Пункт 41 (так называемый параграф 41) этого Приказа гласит, Шахта должна быть оборудована комплексом систем и средств, обеспечивающих решение задач организации и осуществления безопасного производства и информационной поддержки контроля и управления технологическими и производственными процессами в нормальных и аварийных условиях — многофункциональной системой безопасности.
Объектами контроля и управления многофункциональной системой безопасности, является оценка и прогноз рудничной атмосферы, аэрологических параметров и состояние массива угля и горных пород, угольного массива, горных выработок, технологического оборудования, персонала угольной шахты. В состав многофункциональной системы безопасности должны входит подсистемы, обеспечивающие:
а) аэрологическую защиту;
б) контроль состояния горного массива, контроль и прогноз внезапных выбросов и горных ударов;
в) противопожарную защиту;
г) пылевзрывозащиту;
д) связь, оповещение, определение местоположения персонала и поиск людей под завалами.
Современные системы мониторинга состояния горного массива, угольного пласта, контроля и прогноза внезапных вы-
бросов, горных ударов аэрологической защиты угольной шахты на сегодняшний день отделены от технологических процессов угледобывающего производства. К примеру, система аэрологической защиты угольной шахты, по сути, является строго ограждающим средством, входящим в противоречие с основными процессами горного производства при разработке твердых полезных ископаемых подземным способом, целью которых является получение «на гора» больше полезного ископаемого и с меньшими временными, трудовыми, техническими и экономическими затратами. Аналогическая ситуация наблюдается и при использовании современных систем мониторинга состояния горного массива, угольного пласта, контроля и прогноза внезапных выбросов и горных ударов и других мониторинговых систем.
С другой стороны использования нескольких подсистем (в рамках многофункциональной системы безопасности угольной шахты) ведет к тому, что прогнозы и оценки этих подсистем значительно разнятся между собой, как в количественных показателях, так и в качественных, а иногда даже противоречат друг другу. Это является признаком, что все современные системы ни как не взаимодействуют между собой и рассматривают развитие только локальных наблюдаемых процессов в отрыве от причинно следственных связей, возникающих при техногенном изменении горного массива в ходе освоения месторождения полезного ископаемого. Получается, что глубинная природа процессов техногенного изменения толщи горного массива при разработке месторождения полезного ископаемого ни как не учитывается и не исследуется в комплексе. Каждый процесс, происходящий при техногенном изменении горного массива месторождения, конечно в отдельности исследуется, анализируется, прогнозируется, но без связи с другими процессами протекающими параллельно. Совместного анализа, определения причинно-следственных связей, выявления взаимного влияния, качественной и количественно оценки параметров различных процессов в современных подсистемах мониторинга угольной шахты и в самой многофункциональной системе безопасности нет.
Таким образом, современные подсистемы мониторинга шахтной атмосферы горного массива, дегазационной системы
и т.д., во-первых, работают по принципу возникновения события. То есть, появилась явная угроза возникновения аварийного события (превышен порог концентрации метана, угроза горного удара, выброса), подсистема включается в активную работу — останавливает основной производственный процесс добычи полезного ископаемого. Соответственно, технологические аспекты, управление какими-либо процессами, с выработкой конкретных технологических решений современный мониторинг угольной шахты не затрагивает. Он реализован только в одном режиме: работа разрешена/запрещена. Таким образом, сегодня на горных предприятиях реализован по сути дела мониторинг отдельных параметров, характеризующих состояние под землей с автоматическими выключателями (электроснабжения, оборудования, разрешения/запрещения ведения работ). Ни какое заблаговременное определение и выявление каких-либо негативных проявления на основе комплексного анализа динамики изменения всех измеряемых и контролируемых параметров горного массива, шахтной (рудничной) атмосферы, подземных вод не производится.
Во-вторых, подсистемы мониторинга работают в ждущем режиме, не анализируя поступающие данные во времени, не строят ни каких краткосрочных, среднесрочных и долгосрочных прогнозов (прогноз неблагоприятного ГДЯ по сути является некоторым превышением уровня безопасности). В-третьих, многофункциональная система безопасности угольной шахты, в рамках которой должны функционировать подсистемы мониторинга состояний рудничной атмосферы, горного массива, техногенного пространства, техники, персонала никак обобщающих выводов и заключений не производит. Не определяется динамика горного динамического проявления, не производится моделирование и прогнозирование его развития в реальном времени. И уж совсем не производится выработка технологических решений для управления безопасным развитием и релаксацией выявленного динамического проявления с выделением минимальной энергии, газа и т.д. Другими словами сегодня на всех горнодобывающих предприятиях внедрен только один мониторинг — мониторинг безопасности. В-четвертых, ни самостоятельно, ни в рамках многофункцио-
нальной системы безопасности угольной шахты, подсистемы мониторинга состояний рудничной атмосферы, горного массива, техногенного пространства, техники, персонала не производят увязку наблюдаемых процессов, происходящих в рудничной атмосфере, в горном массиве, с производственными процессами и режимами работами горного оборудования, производственными планами. То есть, изначально смерились с тем, что на горном предприятии используются такие технологии работ, которые обязательно должны привести к аварии или аварийному происшествию, такой подход в корне не верен. Поэтому, необходимо от управления безопасностью при применении не безопасных технологий работ переходить к применению безопасным технологиям работ и через корректные и взвешенные технологические решения добиваться высокопроизводительных безопасных технологических процессов на горном производстве.
Для стабильного и устойчивого развития угольных горных предприятий необходимо форсировать работы по внедрению современных систем управления промышленной безопасностью, позволяющих создавать благоприятные условия для снижения риска возникновения аварий на опасных производственных объектах до уровня, приемлемого на современном этапе развития общества. В данных условиях обеспечение безопасности при освоении подземного пространства в значительной степени зависит от своевременной идентификации и прогнозе опасных природно-техногенных процессов в локальной геомеханической системе. Совершенно очевидно, что прогнозирование таких катастрофических процессов невозможно без создания методов и технических средств комплексных систем мониторинга геомеханического состояния массива горных пород, подземных сооружений — горных выработок и пылегазо-вого состояния рудничной атмосферы и режимов работы горного оборудования.
Для решения описанной проблемы необходимо перейти от комплекса подсистем (в рамках многофункциональной системы безопасности угольной шахты) к подсистеме комплексного мониторинга массива, шахтной (рудничной) атмосферы, подземных вод по многочисленным измеряемым в реальном времени
параметрам, позволяющим выявлять ранние признаки возникновения неблагоприятного горного динамического проявления, определять его область, идентифицировать, отслеживать динамику его развития и своевременно вырабатывать технологические решения, не препятствующие основному горному производству, но позволяющие релаксировать неблагоприятное горное динамическое проявление в приемлемых условиях, с выделением безопасного количества энергии, газа, породы и т.д. При этом комплексный мониторинг должен базироваться на следующих методологических принципах:
— комплексность обработки разнородной информации;
— непрерывность анализа измеряемых параметров и выполнения прогноза их значений;
— построение и постоянная корректировка модели описывающий взаимосвязь различных контролируемых параметров, позволяющая выявлять зависимости, причинно — следственные связи между процессами различной природы;
— на основе построенной и постоянно корректируемой модели определение обобщающих оценок безопасности горных работ и прогнозирование ситуации;
— определение оптимальных технологических режимов работы горного оборудования, обеспечивающих наиболее эффективную добычу полезных ископаемых в текущий момент времени и за отчетный период;
— расчет рисков возникновения динамических проявлений, аварий и аварийных ситуаций;
— построение обратных связей для последующего совершенствования комплексной подсистемы безопасности, на основе сопоставления наблюдаемой и спрогнозируем ранее ситуации в угольной шахте, ггш
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Кубрин С.С. — доктор технических наук, и.о. заведующего лабораторией Института проблем комплексного освоения недр РАН, S_kubrin@mail.ru
