CC BY
11
II. ПОЖАРНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ II. FIRE AND INDUSTRIAL SAFETY
■ К. А. Кольвах// K. A. Kolvakh kupijersey@yandex.ru
аспирант кафедры Безопасности производств, ФГБОУ ВО "Санкт-Петербургский горный университет", 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия, д. 2. post-graduate student of Department of Industrial safety,
Saint-Petersburg Mining University (199106, Saint-Petersburg, Vasilievsky island, 21 line, h. 2
УДК 331.438
ОБОСНОВАНИЕ КЛЮЧЕВОГО СТАТИСТИЧЕСКОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ОЦЕНКЕ ИНДИВИДУАЛЬНОГО РИСКА РАБОТНИКОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ВСЛЕДСТВИЕ ОБРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
SUBSTANTIATION OF A KEY STATISTICAL INDICATOR FOR ASSESSING THE INDIVIDUAL RISK OF COAL MINE WORKERS DUE TO ROCK COLLAPSE
Обрушения горных пород являются второй по распространенности причиной случаев смертельного травмирования работников угольных шахт. Несмотря на то что в данный момент наметилась тенденция к снижению числа случаев смертельного травмирования, обусловленных данным фактором, их количество все еще остается недопустимо высоким. Регламентируется оснащение горных выработок системами, которые обеспечивают безопасное ведение горных работ. Данные системы объединяются в рамках многофункциональных систем безопасности (МФСБ). На предотвращение риска смертельного травмирования в результате обрушения горных работ направлена система геофизических наблюдений, являющаяся одной из составляющих МФСБ. В данной статьепроведен анализслучаев смертельного травмирования, обусловленных обрушениями горных пород, приведены статистические данные за двенадцать лет. Рассматривается возможность применения системы геофизических наблюдений «Микон-ГЕО» в целях оценки вероятности обрушения горных пород и, как следствие, для оценки величины индивидуального риска смертельного травмирования работников угольных шахт. В качестве ключевого статистического показателя предлагается использовать интегрированный критерий, определяемый при помощи системы данного типа. На его основе разработана математическая модель, позволяющая определить вероятность обрушений. Далее полученный результат используется для определения величины индивидуального риска.
Rock collapses are the second most common cause of fatal injuries to coal mine workers. Despite the fact that there is currently a downward trend in the number of fatal injuries caused by this factor, their number is still unacceptably high. It regulates the equipment of mine workings with systems that ensure safe mining operations. These systems are combined in the framework of multifunctional security systems (IFSS). The system of geophysical observations, which is one of the components of the IFSB, is aimed at preventing the risk of fatal injury as a result of mining collapses.
This article analyzes cases of fatal injuries caused by rock collapses and provides statistics for twelve years. The article considers the possibility of using the system of geophysical observations "Mikon-GEO" in order to assess the probability of rock collapse and, as a result, to assess the magnitude of the individual risk of fatal injury to coal mine workers. As a key statistical indicator, it is proposed to use an integrated criterion determined using this type of system. Based on it, a mathematical model has been developed to determine the probability of collapses. Further, the result obtained is used to determine the amount of individual risk.
Ключевые слова: ОБРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, ИНДИВИДУАЛЬНЫМ РИСК, УГОЛЬНЫЕ ШАХТЫ, СИСТЕМА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ, ОЦЕНКА РИСКА, КЛЮЧЕВОЙ СТАТИСТИЧЕСКИЙ ПОКАЗАТЕЛЬ.
Keywords: ROCK COLLAPSES, INDIVIDUAL RISK, COAL MINES, A SYSTEM OF GEOPHYSICAL OBSERVATIONS, RISK ASSESSMENT, A KEY STATISTICAL INDICATOR.
Обрушения горных пород являются причиной более 17% случаев смертельного травмирования работников угольных шахт от всех травмирующих факторов, являясь второй по распространенности причиной смертельных несчастных случаев. За период с 2006 по 2018 гг. на угольных шахтах было выявлено 106 смертельных несчастных случаев, обусловленных данным фактором [1].
Около 65% смертельных несчастных случаев вследствие обрушения горных пород на угольных шахтах приходятся на очистные забои, а порядка 35% случаев смертельного травмирования происходят в забоях вспомогательных горных выработок. 30% смертельных несчастных случаев, приходящихся на очистные забои, происходят на концевых участках. При этом на травматизм в значительной степени влияют горно-геологические условия 2,3].
Согласно методике, описанной в Приказе Ростехнадзора №339, вероятность наступления опасного события, обусловленного геодинамическими причинами, в том числе и обрушения горных пород, определяется по выходу буровой мелочи (л/м) [4]. Среди всех систем геофизических наблюдений, входящих в МФСБ, осуществлять перевод получаемых величин в нормативные, возможно только при помощи системы «Микон-ГЕО».
Данная система производит измерение градиента горного давления и величины сейсмической энергии. На основе существующей статистической взаимосвязи данные величины переводятся в интегрированный критерий, с установленной размерностью л/м [5].
Система, проводящая регистрацию сейсмических волн, включает произвольное размещение трехкомпонентных (3С) геофонов в забое и стенках горной выработки. Положение источника в таком случае подразумевает произвольное расположение. Система оперативной обработки результатов позволяет получить величину интегрированного критерия, включающего величину градиента горного давления и величину сейсмической энергии, выраженного в литрах выхода буровой мелочи 6].
Необходимо отметить, что данная система ни в чем не уступает зарубежным аналогам, а принцип интегрирования независимых сейсми-
ческих параметров выгодно отличается от них. Получаемое значение величины интегрированного критерия, выраженное в литрах выхода буровой мелочи, подлежит сравнению с пороговым значением, определяемым по номограммам [7,8].
Методика исследования. Математическая модель, включающая значения величин интегрированного критерия и позволюящая определить вероятность обрушения горных пород, построена на основе критерия максимального правдоподобия. Данный критерий достаточно прост в вычислениях и позволяет оценивать достоверность решений [9,10].
Математическая модель оценки риска обрушения горных пород на основе критерия максимального правдоподобия имеет вид (Ур. 1):
R
= 1
ЙД0П, если L(P) > 1 Днедош если L(P) < 1
(1)
где ЯдЬп - допустимый риск, Янедоп - недопустимый риск, L(P) - отношение правдоподобия значений интегрированного критерия выше и ниже порогового 11].
Коэффициент правдоподобия значений интегрированного критерия (!) вычисляется по следующей формуле (Ур. 2):
, _ Л/д0П/ЛГ0бщ
I --. _.
(2)
где Мдоп - число величин интегрированного критерия ниже порогового значения за интервал измерений, получаемых от МФСБ; N . - число
~ ' * ' недоп
величин интегрированного критерия выше порогового значения за интервал измерений, получаемых от МФСБ; N я - общее число значений за
' общ 1
интервал измерений, полученных от МФСБ.
Плотность распределения для Янедоп (Ур.
3):
гнедоп _ _Ч<_
(3)
где ц . - количество превышений пороговой величины интегрированного критерия за интервал измерений, полученных от МФСБ; - количество значений величин интегрированного критерия за интервал усреднения, полученных от МФСБ. Аналогично для Ядоп (Ур. 4):
гДОП _ I
h v,,
Zzt
(4)
где 2- количество значений интегрированного критерия, не превышающих пороговое за интер-
42
Я.
вал измерения, полученных от МФСБ; . - количество значений величин интегрированного критерия за интервал усреднения, полученных от МФСБ.
Вероятность принятия решения R=R . ,
~ г г недоп'
когда верно R=Ядоп, имеет вид (Ур. 5):
й'/тэ^^а^ (5)
Соответственно, вероятность обрушения горных пород будет вычисляться по следующей формуле (Ур. 6):
^недоп ' в (6)
Оценка величины индивидуального риска смертельного травмирования работников угольных шахт определяется с учетом вероятности обрушения горных пород. Данная оценка производится на основе теоремы Байеса:
недоп
(7)
где А - доля работников, получивших смертельную травму, в результате обрушения горных пород (от общего числа работников, находившихся на участке ведения работ); Янедоп - вероятность обрушения горных пород; В - доля случаев смертельного травмирования работников на угольных шахтах, обусловленная обрушениями горных пород; Линд - вероятность того, что работник получит смертельную травму в случае обрушения горных пород.
Доля работников, получивших смертельную травму в результате обрушения вычисляют как отношение случаев смертельного травмирования к общему числу работников, занятых на участках ведения горных работ [12].
Доля случаев смертельного травмирования работников на угольных шахтах, обуслов-
ленная именно обрушениями, вычисляется как отношение числа случаев смертельного травмирования в результате обрушения горных пород к общему числу смертельных несчастных случаев на угольных шахтах [13].
Подробнее данная методика описана в
[14].
При определении уровня риска смертельного травмирования целесообразнее проводить сравнение получаемого по результатам вычислений значения с величиной 2,510-4. Данная величина представляет собой среднюю величину индивидуального риска в профессиональной сфере деятельности [15].
Заключение. Общая тенденция к снижению числа смертельных несчастных случаев в результате обрушения горных пород нарушается крупными инцидентами, в результате которых гибнут работники угольных шахт. Это свидетельствует о том, что существует необходимость более эффективного мониторинга состояния массива горных пород. Как указывалось выше, система типа «Микон-ГЕО» является наиболее актуальной применительно к оценке индивидуального риска вследствие соответствия получаемых значений нормативным единицам измерения.
Актуальность математической модели состоит в том, что в ней используются получаемые от МФСБ данные, а также используется статистическая информация за значительный временной отрезок. Необходимой задачей является проведение апробации данной модели в реальных производственных условиях, а также установление зависимости между ключевым статистическим показателем и величиной риска.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Доклад Ростехнадзора "Состояние промышленной безопасности на опасных производственных объектах угольной промышленности" [Электронный ресурс] // URL: https://www.nadzor-info.ru/media/blog/51260/ (дата обращения 07.03.2019).
Статистический сборник ТЭК России - 2016: Выпуск июнь 2017 [Электронный ресурс] / Аналитический центр при Правительстве Российской Федерации. - URL: http://ac.gov.rU/files/publication/a/13691.pdf Твердов, А.А. Тенденции повышения безопасности на угольных шахтах с особо опасными горно-геологическими условиями / А.А. Твердов, С.Б. Никишичев, А.Б. Яновский, А.И. Скрыль // Уголь. - 2017. - № 3. - 4-9. Приказ Ростехнадзора от 15.08.2016 №339 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Инструкция по прогнозу динамических явлений и мониторингу массива горных пород при отработке угольных месторождений» (Зарегистрировано в Минюсте России 07.11.2016 №44251». Рудаков М.Л., Кольвах К.А. О возможности использования критерия максимального правдоподобия в целях оЦенки профессионального риска, обусловленного обрушениями горных пород при подземной добыче угля // Безопасность жизнедеятельности. - 2019. - № 8. - С. 10-13.
Лапин, Э. С. «Микон-ГЕО» — система оперативного обнаружения и контроля состояния зон развития опасных геогазодинамических явлений при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом /Э. С. Лапин, В. Б. Писецкий, А. Г. Бабенко, Ю. В. Патрушев // Безопасность труда в промышленности. 2012 №4 -18-22. 5 с.
Бабенко, А.Г. Теоретическое обоснование и методология повышения уровня охраны труда в угольных шахтах но основе риск-ориентированного подхода и многофункциональных систем безопасности: Дис. ... докт. техн. наук: 05.26.01 / Бабенко Александр Григорьевич. - СПб., 2018. - 259 с.
Пугачев, Е. В. Особенности эксплуатации многофункциональных систем безопасности на угольных предприятиях Кузбасса / Е. В. Пугачев, В. В. Бих, А. А. Журавлев // Наукоемкие технологии и разработки использования минеральных ресурсов:- 201- 203 с.
Мясников, С.В. Метод комплексной оценки и прогноза профессионального риска травмирования персонала
угольных шахт при взрывах метана и пыли / С.В. Мясников, ПИ. Коршунов, Е.И. Кабанов // Безопасность труда в промышленности. - 2018. - № 5. - С. 60-65.
10. Попов, А.Н. Риск-ориентированный подход в промышленной безопасности / А.Н. Попов, Н.С. Ивашова, А.А. Деулин и др. // Промышленная и экологическая безопасность, охрана труда. - 2015. - № 2 (99). - С. 20-22.
11. Пражданкин, А.И. Анализ опасностей и оценка риска крупных аварий в нефтегазовой и угольной промышленности: Дис. ... докт. техн. наук: 05.26.03 / Пражданкин Александр Иванович. - М., 2016. - 340 с.
12. Кабанов Е.И. Разработка методики оценки рисков аварий на угольных шахтах с учетом конкретных горно-геологических условий / ПИ. Коршунов, О.И. Казанин, М.Л. Рудаков, А.О. Недосекин, Е.И. Кабанов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2017. - № 4. - С. 374-383.
13. Ежегодные отчеты о деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору [Электронный ресурс] / Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору. - URL: http://www.gosnadzor.ru/public/annual_reports/.
14. Кольвах К.А. Применение теоремы Байеса для оценки величины индивидуального риска, обусловленного обрушениями горных пород, на угольных шахтах. // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности, 2020, №1. - С. 77-80.
15. Кабанов, Е.И. Использование модели нечеткого вывода при организации менеджмента профессиональных рисков на угольных шахтах / Е.И. Кабанов // Вестник современных исследований. - 2018. - № 6-1(21). - С. 400-402.
REFERENCES
1. Doklad Rostekhnadzora "Sostoyaniye promyshlennoy bezopasnosti na opasnykh proizvodstvennykh ob"yektakh ugol'noy promyshlennosti" [Report of Rostekhnadzor "Industrial safety condition at hazardous production facilities of the coal industry"].Retrieved from: https://www.nadzor-info.ru/media/blog/51260/ [in Russian].
2. Statisticheskiy sbornik TEK Rossii - 2016: Vypusk iyun' 2017. Analiticheskiy tsentr pri Pravitel'stve Rossiyskoy Fed-eratsii. [Statistical Digest of the Fuel and Energy Complex of Russia - 2016: Issue June 2017. Analytical Center under the Government of the Russian Federation]. Retrieved from: http://ac.gov.ru/files/publication/a/13691.pdf [in Russian].
3. Tverdov, A.A., Nikishichev, S.B., Yanovsky, A.B. & Skrul, A.I. (2017). Tendentsii povysheniya bezopasnosti na ugol'nykh shakhtakh s osobo opasnymi gorno-geologicheskimi usloviyami [Safety trends in coal mines with particularly hazardous mining and geological conditions]. Ugol - Coal, 3, 4-9 [in Russian].
4. Prikaz Rostekhnadzora ot 15.08.2016 №339 «Ob utverzhdenii Federal'nykh norm i pravil v oblasti promyshlennoy bezopasnosti «Instruktsiya po prognozu dinamicheskikh yavleniy i monitoringu massiva gornykh porod pri otrabotke ugol'nykh mestorozhdeniy» (Zaregistrirovano v Minyuste Rossii 07.11.2016 №44251) [4. Order of Rostekhnadzor of August 15, 2016 No. 339 "On approval of Federal norms and rules in the field of industrial safety" Instruction for predicting dynamic phenomena and monitoring the rock massif during mining of coal deposits "(Registered in the Ministry of Justice of Russia on November 7, 2016 No. 44251). [in Russian].
5. Rudakov, M.L., & Kolvakh, K.A. (2019). O vozmozhnosti ispol'zovaniya kriteriya maksimal'nogo pravdopodobiya v tse-lyakh otsenki professional'nogo riska, obuslovlennogo obrusheniyami gornykh porod pri podzemnoy dobyche uglya [On the possibility of using the maximum likelihood criterion in order to assess occupational risk due to rock collapse during underground coal mining]. Bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti.- Life Safety, 8, 10-13 [in Russian].
6. Lapin, E.S., Pisetsky, V.B., Babenko, A.G., & Patrushev, Yu.V. (2012). «Mikon-GEO» — sistema operativnogo obna-ruzheniya i kontrolya sostoyaniya zon razvitiya opasnykh geogazodinamicheskikh yavleniy pri razrabotke mestoro-zhdeniy poleznykh iskopayemykh podzemnym sposobom ["Mikon-GEO" - a system for the operational detection and monitoring of dangerous geogasdynamic phenomena development zones at underground mineral deposits' development]. Bezopasnost truda v promyshlennosti - Industrial Labor Safety, 4, 18-22 [in Russian].
7. Babenko, A.G. (2018). Teoreticheskoye obosnovaniye i metodologiya povysheniya urovnya okhrany truda v ugol'nykh shakhtakh no osnove risk-oriyentirovannogo podkhoda i mnogofunktsional'nykh sistem bezopasnosti [Theoretical background and methodology for increasing labor protection in coal mines based on a risk-based approach and multifunctional safety systems]. Doctor's thesis. St Petersburg [in Russian].
8. Pugachev, Ye.V., Bikh, V.V., & Zhuravlev, A.A. ( ). Osobennosti ekspluatatsii mnogofunktsional'nykh sistem bezopasnosti na ugol'nykh predpriyatiyakh Kuzbassa [Multifunctional security systems' operation features at the coal enterprises of Kuzbass]. Naukoyemkiye tekhnologii i razrabotki ispol'zovaniya mineral'nykh resursov - High technology and mineral resources use development - 201-203 [in Russian].
9. Miasnikov, S.V., Korshunov, G.I., & Kabanov, Ye.I. (2018). Metod kompleksnoy otsenki i prognoza professional'nogo riska travmirovaniya personala ugol'nykh shakht pri vzryvakh metana i pyli [A method for the comprehensive assessment and forecast of injury occupational risk to coal mine personnel in methane and dust explosions]. Bezopasnost truda v promyshlennosti - Industrial Labor Safety, 5, 60-65 [in Russian].
10. Popov, A.N., Ivasheva, N.S., Deulin, A.A. et al. (2015). Risk-oriyentirovannyy podkhod v promyshlennoy bezopasnosti [Risk-oriented approach in industrial safety]. Promyshlennaya i ekologicheskaya bezopasnost', okhrana truda - Industrial and environmental safety, labor protection, 2(99), 20-22 [in Russian].
11. Grazhdankin, A.I. (2016). Analiz opasnostey i otsenka riska krupnykh avariy v neftegazovoy i ugol'noy promyshlennosti [Hazard analysis and risk assessment of major accidents in the oil and gas and coal industries]. Doctor's thesis. Moscow [in Russian].
12. Kabanov, Ye.I., Korshunov, G.I., Kazanin, O.I., Rudakov, M.L., & Nedosekin, A.O. (2017). Razrabotka metodiki otsenki riskov avariy na ugol'nykh shakhtakh s uchetom konkretnykh gorno-geologicheskikh usloviy [Development of a methodology for assessing the risks of accidents in coal mines, taking into account specific mining and geological conditions]. Gorny informatsionno-analiticheskii biulleten - Mining Informational Analytical Bulletin, 4, 374-383 [in Russian].
13. Yezhegodnyye otchety o deyatel'nosti Federal'noy sluzhby po ekologicheskomu, tekhnologicheskomu i atomnomu nadzoru [Elektronnyy resurs] / Federal'naya sluzhba po ekologicheskomu, tekhnologicheskomu i atomnomu nadzoru [Annual reports on the activities of the Federal Service for Ecological, Technological and Nuclear Supervision. Federal Service for Ecological, Technological and Nuclear Supervision. Retrieved from: http://www.gosnadzor.ru/public/an-nual_reports/ [in Russian].
14. Kolvakh, K.A. (2020). Primeneniye teoremy Bayyesa dlya otsenki velichiny individual'nogo riska, obuslovlennogo obrusheniyami gornykh porod, na ugol'nykh shakhtakh [Application of Bayes theorem for estimating the value of individual risk caused by rock collapse in coal mines]. Vestnik nauchnogo tsentra po bezopasnosti rabot v ugolnoi promyshlennosti - Herald of Safety in Mining Industry Scientific Center, 1, 77-80 [in Russian].
15. Kabanov, Ye.I. (2018). Ispol'zovaniye modeli nechetkogo vyvoda pri organizatsii menedzhmenta professional'nykh riskov na ugol'nykh shakhtakh [Using the fuzzy inference model for organizing occupational risk management in coal mines]. Vestnik Sovremennykh Issledovanii - Herald of Modern Researches, 6-1(21), 400-402 [in Russian].
