Принципы создания системы управления безопасностью на шахтах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

-------------------------------------------- © С.Е. Решетов, Н.Н. Красюк,

2006

УДК 620.91:332.012(571.17)

С.Е. Решетов, Н.Н. Красюк

ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ НА ШАХТАХ

А нализ причин аварий в шахтах,

-¿л. сопровождающихся крупными экономическими потерями, а главное, потерями здоровья и жизни людей, показывает, что в ряде случаев этими причинами является человеческий (субъективный) фактор. С другой стороны, анализ потоков, характера и объема информации о состоянии объектов и процессов производственной деятельности шахты также подтверждает слабость субъективного фактора в обеспечении безопасности работы шахты.

На основе изложенного мы пришли к выводу, что решение проблемы безопасности производственной деятельности шахты может быть достигнуто при максимальном исключении человеческого фактора из процесса обеспечения безопасности. Актуальность этой проблемы подтверждается также результатами анализа динамики экономического ущерба от потерь добычи угля в результате аварий на шахтах, а также динамики травматизма.

Изучение характера и тяжести последствий от аварий в угольной промышленности позволяет сделать вывод о том, что оптимизация условий безопасного функционирования шахт может быть обеспечена только наличием надёжных автоматизированных систем контроля и предупреждения аварий, использующих преимущества компьютеризированного управления техникой безопасности (АСУ ТБ).

Была поставлена задача создания такой системы на каждой шахте с обеспечением постоянного слежения за характеризующими безопасность параметрами шахтной среды с выявлением неблагоприятных, приводящих к авариям тенденций и возможностью их нейтрализации путём управления процессами и установками жизнеобеспечения.

АСУ ТБ шахты в полном объёме предназначена для автоматизации процессов сбора, обработки и представления информации о состоянии рудничной атмосферы по газовому фактору, пожарной опасности в горных выработках, выбросоопасности угольного пласта, для автоматизации процессов поиска позиции плана ликвидации аварий и выдачи справочной информации руководителю работ по ликвидации аварии.

АСУ ТБ шахты должна состоять из функционально законченных подсистем, предназначенных для:

- автоматизированного централизованного контроля концентрации метана и расхода воздуха и представления диспетчеру информации о контролируемых параметрах, появлении устойчивой тенденции нарастания концентрации метана, краткосрочного прогнозирования предаварийных и аварийных ситуаций, а также выходных документов с расчётами газо-обильности и расхода воздуха;

Структура АСУ ТБ

- текущего прогнозирования и обнаружения ранних стадий подземных пожаров путём автоматизированного сбора и обработки информации о температуре воздуха и концентрации окиси углерода в рудничной атмосфере;

- прогнозирования выбросоопасных зон угольных пластов путём автоматизированного сбора и обработки информации о содержании метана в призабойной части пласта и его сейсмоа-кустической активности, обнаружения очагов внезапных выбросов, контроля разгазирования горных выработок;

- автоматического расчёта и формирования оперативной части план ликвидации аварий (ПЛА), конструирования новых позиций ПЛА при изменении условий работы шахты, поиска и отображения на дисплее позиции

ПЛА, учёта выполнения мероприятий в начальный период ликвидации аварии;

- автоматического контроля и централизованного управления техническими средствами обеспечения безопасности (вентиляторами главного и местного проветривания, насосами и задвижками противопожарного водоснабжения, вентиляционными сооружениями и т.п.).

Все подсистемы связаны между собой информационно и технически, обеспечивая комплексный контроль, прогнозирование, предупреждение и ликвидацию аварий.

Структура АСУ ТБ шахты является двухуровневой системой, на нижнем уровне производится сбор информации и передача её по каналам связи, на

верхнем уровне производится обработка информации, формирование массивов обработанных данных и выходной информации в виде рапортов, сводок, сообщений и графиков. Структура АСУ ТБ, приведенная на рисунке, включает следующие подсистемы:

Подсистема “метан-воздух”:

- сбор текущих значений концентрации метана и скорости воздуха;

- обработка, отображение и хранение информации;

- распознавание предаварийных и аварийных ситуаций;

- выявление неблагоприятных тенденций, приводящих к аварии;

- прогнозирование предаварийных и аварийных ситуаций;

- хранение текущих значений и результатов концентрации метана и скорости воздуха.

Подсистема обнаружения пожаров:

- измерение текущих значений микроконцентрации окиси углерода;

- контроль текущих и предельно допустимых значений концентрации окиси углерода;

- обнаружение ранних стадий эндогенных и экзогенных пожаров с формированием сообщения "Авария" и определением номера позиции ПЛА;

- формирование прогнозных сообщений в случае превышения допустимых значений температуры и концентрации окиси углерода в горных выработках.

Подсистема контроля выбросов:

- автоматизированный сбор, обработка и представление на дисплее показателей прогноза выбросоопаоности по газовыделению;

- выделение и анализ импульсов сейсмоакустической эмиссии и выдача сейсмопрогноза выбрсоопасности;

- определение границ и скорости распространения метана навстречу

свежей струе воздуха при внезапных выбросах;

- определение зоны загазирования сети горных выработок.

Техническое оснащение системы, необходимое для выполнения перечисленных выше функций, реализовано в двух вариантах: на отечественной или импортной технике. В обоих случаях технической основой системы являются микропроцессорная контроллерная сеть, которая обеспечивает решение задач:

- контроля и прогнозирования параметров безопасности в соответствии с назначением системы;

- сбора, обработки и передачи информации по цифровому каналу связи с использованием одной-двух пар телефонного кабеля.

К настоящему времени осуществлена реализация системы на базе отечественной техники, учитывая различную степень подготовленности к производству необходимых датчиков, реализующих приведенные выше функции контроля АСУ ТБ, осуществлялось поэтапное внедрение входящих в АСУ ТБ подсистем.

На 1-м этапе реализованы функции подсистемы "метан-воздух" и автоматизация процессов поиска позиций плана ликвидации аварий.

Для контроля концентрации метана предусмотрено применение комплекса АКМР, УХЛ -5, обеспечивающего непрерывный контроль метана довзрыв-ных концентраций в атмосфере горных выработок и опасных пределов его содержания в соответствии с Правилами безопасности.

Для непрерывного контроля скорости воздуха должен использоваться измеритель скорости воздуха с диапазоном измерения 0,25-8 м/с.В качестве

такого измерителя использован датчик ИСНВ.

Реализация функций остальных подсистем (обнаружения пожаров, контроля выбросов) является задачей 2-го этапа, по мере подготовки к производству средств сейсмоакустики и контроля концентрации СО.

По варианту 2 (применение импортной техники) создание и внедрение на шахтах АСУ ТВ может быть осуществлено сразу в полном объёме с реализацией функций всех перечисленных выше подсистем. В этом случае предусматривается импорт всех необходимых технических средств с заключением соответствующего контракта на их поставку с зарекомендовавшей себя фирмой "Сименс" (ФРГ).

Второй вариант, несмотря на некоторое удорожание, является более предпочтительным по причинам:

- выполнения работ по созданию системы с одновременным внедрением всех подсистем;

- значительно более высокого качества (по сравнению с отечественными) технических средств, поставляемой фирмой "Сименс".

В первом варианте система внедрена на ш. «Комсомолец» в Кузбассе. Она интегрирована в общую систему оперативно-диспетчерского контроля и управления производством на базе оборудования компании «Трансмит-тон».

Изложенные и апробированные принципы формирования системы управления безопасностью на шахтах адаптируются к условиях конкретного предприятия. Пример использования такой системы на ш. «Комсомолец» филиала ОАО «СУЭК» показал ее высокую эффективность.

Потери добычи угля в результате аварий в период 2003-2005 гг. уменьшились на 18-22 %, травматизм снизился на 14 %, шахта работала без серьезных аварий.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------

Решетов Сергей Ефимович - доктор технических наук, профессор, директор проектнотехнологического института «ВоркутаНИИПроект».

Красюк Николай Николаевич - доктор технических наук, профессор, заместитель заведующего кафедрой Московского государственного горного университета.