CC BY
58
----------------------------- © А.В. Фролов, В.М. Забабурин,
2007
УДК 622.8
А.В. Фролов, В.М. Забабурин
ОЦЕНКА И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ РИСКОВ ПРИ ВЕДЕНИИ ОСНОВНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ШАХТАХ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА
Уровень производственного травматизма на горнодобывающих предприятиях Восточного Донбасса остается достаточно высоким и ведет к снижению производительности труда и росту эксплуатационных затрат. При этом, по статистике, наиболее часто случаи травмирования имеют место при ведении очистных (около 45 %) и подготовительных (около 36 %) работ. В этой связи повышение безопасности труда на шахтах региона является актуальной научнотехнической и практической задачей. Для ее решения, на наш взгляд, целесообразно производить количественную оценку и прогнозирование уровня профессионального риска, а также конструирование производства по фактору безопасности с помощью вероятностно-статистических методов анализа.
С целью решения поставленной задачи разработан метод количественной оценки уровня производственной опасности в очистных и подготовительных забоях угольных шахт [1]. В качестве критерия оценки использован фактор риска ^), численное значение которого определяется из выражения:
R = Р • Я • Y, балл (1)
Р - вероятность появления травмоопасной ситуации, балл; Я
- интенсивность перехода опасных производственных факторов в состояние реальной угрозы, балл; Y- возможный ущерб, балл.
Приняв за основу изложенный методический подход, можно оценить фактический или спрогнозировать возможный уровень опасности способа отработки шахтного поля, системы
разработки, технологической схемы добычи угля или проведения выработки в соответствии с разработанной шкалой риска [1].
В процессе исследования выполнен сравнительный анализ условий труда и сделан прогноз уровня риска при использовании сплошной и столбовой систем разработки, которые чаще всего применяются в условиях шахт Восточного Донбасса.
Как известно, основными достоинствами сплошной системы - являются быстрый ввод выемочного столба в экс-плуатацию и сокращение эксплуатационных затрат за счет уменьшения сроков поддержания участковых выработок. Прогнозом установлено, что в условиях совмещения технологических операций по добыче угля и проведению выработок резко возрастает уровень производственного травматизма (до 20 %), что приводит, в свою очередь, к росту затрат им обусловленных, потерям рабочего времени, снижению производительности труда шахтеров, ухудшению условий эксплуатации оборудования. Прогнозный уровень риска при этом составил 265 баллов, в соответствии со шкалой риска [1]. Причем величина риска зависит в большей степени не от частоты травмирования, а от её тяжести (наличие тяжелых и смертельных травм от обрушения горных пород).
Столбовые системы разработки, при любом варианте их применения, характеризуются уровнем риска в диапазоне от 145 до 180 баллов. Возможность доразведки разрабатываемого пласта, благоприятные условия охраны участковых выработок, малые значения коэффициента насыщенности рабочих зон машинами и механизмами - вот неполный перечень факторов, определяющих сравнительно невысокий уровень производственной опасности при использовании систем разработки длинными столбами. Как известно, безопасность любой технологической схемы добычи угля или проведения горной выработки во многом зависит от наличия опасных факторов и уровня риска производственных процессов их составляющих. Учитывая этот факт, произведена оценка и прогноз уровня производственной опасности в очистных и подго-
товительных забоях, как традиционно самых травмоопасных в шахте.
Оценка и прогнозирование уровня риска каждого из рассматриваемых видов опасности, свойственного той или иной технологической схеме очистной выемки, производилось в соответствии с разработанной нами методикой расчета уровня риска на основании обширного статистического материала по производственному травматизму [2]. Количественная оценка уровней риска от различных опасностей с разбивкой их по схемам добычи угля приведена в табл. 1.
Анализ видов опасности показал, что наибольшей величиной при любой схеме очистной выемки обладает такой ОПФ, как обрушающаяся горная порода. Особенно высок риск травмирования от обрушения в лавах с индивидуальной крепью (700-810 баллов), что в значительной степени объясняется низким значением коэффициента затяжки кровли и значительной площадью ее обнажения у груди забоя, в нишах и на концевых участках лавы.
Самый высокий уровень риска травмирования движущимися и вращающимися частями машин и механизмов имеет место в лавах с узкозахватными комбайнами и индивидуальной крепью (512 баллов), что обусловлено конструктивными недостатками их исполнительных органов и несовершенством ограждений вращающихся и движущихся частей (тяговой цепи, шнеков и пр.)
Результаты оценки и прогноза свидетельствуют о предпочтительности использования комплексно-
механизированных забоев по фактору безопасности. Причем применение современных комбайнов с бесцепной подачей позволяет снизить влияние таких опасностей как вращающиеся и движущиеся части машин и механизмов на 30-40 %.
Особое внимание следует обратить на целесообразность применения при отработке пологих весьма тонких пластов угля схем безлюдной выемки угля. Скреперо-струговая технология добычи, даже при объективно вынужденном присутствии человека в очистном забое (ремонт оборудования, зачистка лавы, разборка завалов...) обладает наименьшим средним уровнем риска ^с = 114 баллов). Если же будут
решены проблемы связанные с повышением конструктивной надежности используемого оборудования и улучшением качества крепления лавы (например, внедрение клиновой крепи), то может быть достигнут низкий уровень риска (50-100 баллов), в соответствии со шкалой риска [1].
Достаточно перспективно при отработке тонких пластов и применение (редко к сожалению используемой сегодня) бурошнековой технологии добычи угля. Вследствие вывода работающих за пределы опасных зон и полного устранения таких ОПФ, как, например, обрушение горных пород, средний уровень риска может быть снижен по сравнению с выше рассмотренными технологиями в несколько раз и доведен до приемлемого уровня (20-25 баллов).
Результаты оценки и прогноза уровня риска производственных процессов в очистных забоях с традиционными технологиями добычи угля представлены в табл. 2.
Анализом установлено, что наиболее травмоопасным процессом (при любой схеме очистной выемки) является крепление лавы и управление кровлей (до 512 баллов). Основными причинами этого, на наш взгляд, являются наличие труднообрушаемой кровли, производственная необходимость нахождения крепильщиков в незакрепленной зоне, отсутствие средств механизации оборки висящих кусков породы и т.д.
Высокому риску травмирования подвергаются шахтеры при выполнении концевых операций, выемке и креплении ниш особенно в комбайновых лавах (до 384 баллов), что связано со значительными объемами ручного труда и высокой трудоемкостью этих процессов.
Неоднозначность уровня риска одних и тех же производственных процессов в очистных забоях с различной добычной техникой (табл. 2) объясняется, в основном, разнородностью технологических операций, порядком и временем их выполнения, затратами ручного труда, трудоемкостью работ и т.д. В соответствии с выполненным прогнозом, наиболее безопасными следует считать струговые комплексно-механизированные забои ^с = 96,2 балла). На наш взгляд, применение современных струговых механизированных комплексов («Дон-Фалия» и КМС) и оптимизация организационно-технических параметров таких
лав по фактору безопасности позволит снизить уровень риска в 1,4 раза [2].
Количественная оценка уровня риска от различных опасностей (ОПФ), применяемых в Восточном Донбассе технологий и механизации проведения выработок приведена в табл. 3.
Самой травмоопасной по фактору «обрушение» является технологическая схема проведения выработок, в которой для бурения шпуров используются ручные перфораторы ^= 820 баллов). Объясняется это тем, что наиболее опасной операцией при этом является процесс бурения шпуров (26,2 %) случаев травматизма. Данная технология применяется при крепости пород 12-18 по шкале
проф. М.М. Протодъяконова, а в качестве погрузочных средств используются скреперы или погрузочные машины ковшевого типа, требующие присутствия рабочих в стесненном пространстве незакреплённого проходческого забоя.
Высокий уровень риска травмирования вращающимися и движущимися частями оборудования (280-445 баллов), на наш взгляд, обусловлен отсутствием или низкой конструктивной надежностью средств защиты при бурении и погрузке горной массы.
В исследуемых проходческих забоях различные виды опасности отличаются друг от друга не только по степени тяжести вызываемых ими последствий, но и по интенсивности их проявления и вероятности нахождения человека в зонах проявления.
Результаты прогноза свидетельствуют о том, что риск реализации различных видов опасности неоднозначен и колеблется от приемлемого до очень высокого уровня. Максимальную угрозу жизни проходчикам при любом способе проведения выработок представляет обрушение горных пород ^ = 745 баллов).
Наименьшим средним уровнем риска обладает технологическая схема проведения выработок с применением бурильных установок типа УБШ и погрузочных машин ^с = 123 балла). На наш взгляд, этот уровень производственной опасности может быть снижен на 25-30 % при использовании бо-
лее прогрессивной установки УБШ-354, породопогрузочной машины 2ПНБ-2 и предохранительной выдвижной крепи. Кроме того, оптимизируя площадь сечения проводимой выработки, скорость подвигания забоя и состав сменного звена можно добиться повышения безопасности труда в подготовительных забоях в 1,3 раза (при любом из рассматриваемых способов проведения горных выработок) [3].
Полученные результаты прогнозирования уровня риска могут служить научно-технической базой для конструирования технологии горнодобывающего предприятия по фактору безопасности.
Для этих целей проведен корреляционный анализ и установлены многофакторные зависимости уровня риска от различных природных, организационно-технологических и технических факторов. Отбор факторов, влияющих на уровень производственной опасности, производился по данным наблюдений в 520 проходческих и 204 очистных забоях 21 шахты Восточного Донбасса с использованием метода «максимального корреляционного пути».
В результате расчетов получены следующие многофакторные корреляционные модели уровня риска в очистных забоях (с учетом различных технологий добычи угля):
1. Для очистных забоев, оборудованных узкозахватными комбайнами с индивидуальной крепью:
Rw =-898,97 + 3205,6 • т - 2241,68 • т2 - 39,51 • 1б +
■ук.и 5 5 5 5 °бр (2)
+7,77 • 1о2бр + 2,91 • N -1,23 • N -15,24 • q + 0,88 • q2.
2. Для очистных забоев, оборудованных узкозахватными комбайнами с механизированной крепью:
Rук.м = 1198,66 - 998,22 • т + 645,12 • т2 + 3,45 • а- 3,4 • L +
21 33 (3)
+0,03 • 12 -15,81 • N + 0,61-N2 +
V
3. Для очистных забоев, оборудованных стругами с индивидуальной крепью:
Rс.и = 844,14 -163,11 • т -398,73 • т2 -1,44 •Ж + 101,Ь 1обр -
1 3 (4)
-13,49 • 12б -10,22 • L + 0,09 • ^ -12,1 • q + —
’ обр ’ ’ ’ Ч V
4. Для очистных забоев, оборудованных стругами с механизированной крепью:
R = 1388,28-1243,66• т + 640,33• т2 -4,8• L + 0,01 12 -
с.м ’ ’ ’ ’ ’
-11,98 • N + 0,11 N2 + 40,26 (5)
V
5. Для очистных забоев, оборудованных скрепероструговыми установками:
R =-715,65 + 6145,28т - 8216,37т2 + 5,12а- 0,53Ж -
2 2 2 (6) -101,23/обр + 31,041о2бр +1,39V - 0,02V2 -131,9^ +12,19N2.
6. Для очистных забоев, оборудованных широкозахватными комбайнами:
Кшж = 127,39 - 66,23 • /обр + 26,3 • /о2бр +1,12 • Т - 345 + 4,12 • С -1,87 • С2, (7)
где т - мощность пласта, м; а - угол падения пласта, град; №
- водообильность очистного забоя, м3/час; /обр - класс обру-шаемости пород кровли, м; L - длина очистного забоя, м; V-скорость подвигания очистного забоя, м/мес; N - состав сменного звена рабочих в лаве, чел; Т - текучесть рабочих кадров на
Оценка экономической эффективности предлагаемой технологии
Схема конструирования технологии добычи угля и проведения горных выработок по фактору безопасности
выемочном участке, %; С - сменяемость рабочих кадров на выемочном участке, %; q - производительность труда рабочего в лаве, т/выход.
Аналогичным образом разрабатывались многофакторные корреляционные модели уровня риска в проходческих забоях при четырех технологических схемах проведения выработок буровзрывным способом [4].
Установленные зависимости, выражающие в аналитической форме взаимосвязь уровня риска с основными показателями, отражают объективные закономерности процесса формирования опасностей при различных средствах механизации очистных и подготовительных работ, видах крепи и транспорта. Кроме того, они служат базой для оптимизации параметров выбранной технологии проведения выработки или добычи угля по фактору безопасности, что имеет важное практическое значение при конструирования объектов шахты по фактору безопасности.
Выполненный комплекс исследований позволит разработать методические основы выбора наиболее безопасных схем очистных и подготовительных работ. На его основе разработана следующая схема конструирования технологии добычи угля и проведения горных выработок по фактору безопасности (рисунок).
Таким образом, рассмотренный выше методический подход оценки и прогнозирования уровня риска позволяет конструировать технологические схемы добычи угля и проведения выработок на угольных шахтах по фактору безопасности с учетом сложных социально-экономических условий их эксплуатации. Окончательное решение при выборе оптимального варианта схемы вскрытия, способа подготовки и отработки шахтного поля следует принимать на основании их комплексной оценки с
учетом конкретных горно-геологических и горнотехнических условий и экономической эффективности работы шахты.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Фролов А.В., Забабурин В.М. Дифференцированный подход при анализе опасностей и его практическая реализация на шахтах Восточного Донбасса/ Проблемы геологии, полезных ископаемых и экологии Юга России и Кавказа : Материалы III Международной науч. конф.- Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2002.- С.43-49.
2. Забабурин В.М., Фролов А.В. Исследование уровня риска в очистных забоях угольных шахт Восточного Донбасса// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. техн. науки.- 2003. - С. 155-158.
3. Методические указания по оценке риска травмирования от обрушения пород при проведении выработок буровзрывным способом в условиях шахт Восточного Донбасса / Под ред. А.В.Фролова.- Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2003.- 32 с.
4. Чефранов И.В. Разработка методов оценки риска для обеспечения безопасности проведения выработок в условиях негазовых шахт Восточного Донбасса / Автореф. дисс. на соискание ученой степени канд. техн.наук. М., 2004. - 21 с.
і— Коротко об авторах---------------------------------------------
Фролов А.В. - профессор,
Забабурин В.М. - доцент,
ЮРГТУ (НПИ).
