Проблема аэрологического риска в горнодобывающей промышленности Текст научной статьи по специальности «Науки о здоровье»

© В.К. Ушаков, А.А. Борисова, 2005

УДК 622. 807. 5

В.К. Ушаков, А.А. Борисова

ПРОБЛЕМА АЭРОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА В ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Современные условия развития промышленности характеризуются обострением противоречий между технологической и социально-гуманитарной компонентами производственного процесса. Эффект от выдающихся достижений в развитии техники и технологии в значительной степени нивелируется ростом аварийности и травматизма на производстве и, как следствие, существенным снижением его безопасности и комфортности. Проблема безопасности особенно актуальна для горнодобывающей отрасли промышленности, в которой частота несчастных случаев со смертельным исходом более чем на порядок превышает ее значения в других отраслях. Это связано с тем, что дальнейшее ухудшение горно-геологических условий добычи приводит к необходимости усложнения применяемой технологии и модернизации устаревшего горношахтного оборудования. В создавшейся ситуации существенно возрастает аварийность горного производства, что приводит к значительному увеличению затрат предприятий, поэтому обеспечение безопасности становится важным условием стабильного развития горнодобывающей отрасли.

Данная проблема представляет предмет исследования теории промышленной безопасности, которая, основываясь на понятии риска производства, изучает наиболее значимые его источники, а также методы анализа и оптимизации уровня риска.

В соответствии с Федеральным законом «О техническом регулировании», под риском понимается «вероятность причинения вреда жизни или здоровью граждан, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни или здоровью животных или рас-

тений с учетом тяжести этого вреда» [1]. Следовательно, количественной оценкой уровня риска является величина

R = РУ, (1)

где Р - вероятность неблагоприятного события; У - ущерб, ожидаемый в результате реализации этого события.

Таким образом, риск - это математическое ожидание случайной величины ущерба [2]. Одна и та же величина риска может быть вызвана как высокой вероятностью отказа с незначительными последствиями, так и малой вероятностью отказа с высоким ущербом.

Поскольку все процессы в техносфере носят случайный характер, всегда существует вероятность аварии. В связи с этим в основу современной политики обеспечения безопасности положен принцип «предвидеть и предупредить». Следовательно, на первом этапе обеспечения безопасности необходимо выполнить анализ риска, т.е.

1) идентифицировать все опасности,

2) оценить вероятность (или частоту) их возникновения,

3) оценить ущерб от их реализации для отдельных лиц или групп людей, имущества и окружающей среды.

При идентификации опасностей выявляют их источники и условия возникновения, т.е. определяют факторы риска и причины возникновения опасных ситуаций и их негативной динамики.

Фактор риска - это элемент, свойство или параметр системы человек-машина-среда, от которого зависит вероятность (частота) возникновения опасной ситуации, ее динамика и (или) последствия.

Под причиной возникновения опасной ситуации (или аварии) понимается объект или явление, непосредственно приведшее к возникновению опасной (аварийной) ситуации.

Одной из основных систем жизнеобеспечения и безопасности в шахте является шахтная вентиляционная система (ШВС), а ее отказы приводят к особо тяжелым последствиям. В настоящее время около 70 % шахт являются сверхкатегорными по газу, а число зага-зирований только в очистных забоях в целом по отрасли составляет порядка 10 4 случаев в год, причем на одну шахту в среднем за месяц приходится около четырех нарушений вентиляции [3], поэтому при анализе безопасности подземных горных работ целесообразно использовать понятия «аэрологическая опасность» и, соответст-

венно, «аэрологический риск». Аэрологическая опасность - это возможность возникновения повышенных концентраций вредностей в шахтной атмосфере или нарушения требуемого воздухорас-пределения в сети горных выработок, а также отклонения микроклиматических параметров (влажность, температура и скорость движения воздуха) от уровней, установленных санитарными нормами. Дальнейшее негативное развитие опасной ситуации может привести к возникновению аэрологической аварии, т.е. к гибели людей, разрушению сооружений и технических устройств и (или) остановке производства в результате взрыва или воспламенения газа или пыли или из-за обширного загазирования выработок. Аэрологический риск - это вероятность возникновения аэрологической опасности или аварии с учетом величины ущерба от ее реализации.

Надежность и эффективность функционирования ШВС определяется влиянием разнообразных случайных факторов аэрологического риска, которые можно разделить на горно-геологические, горнотехнические и антропогенные.

Горно-геологические факторы аэрологического риска - это совокупность природных свойств угля, вмещающих пород и горного массива, влияющих на аэрологическую безопасность горных работ. К ним, в первую очередь, относится газоносность угля и вмещающих пород, а также горное давление, угол падения и мощность пласта, механические свойства и окисляемость пород и наличие геологических нарушений.

Горнотехнические факторы аэрологического риска - это совокупность элементов технологии ведения горных работ, влияющих на аэрологическую безопасность функционирования предприятия. К ним относится надежность вентиляционных устройств и средств механизации, скорость проведения выработок, форма и площадь их поперечного сечения. Горно-геологические и горнотехнические факторы определяют интенсивность газовыделения и состояние шахтной атмосферы, а также характер напряженно-деформированного состояния массива и, следовательно, влияют на процесс аэродинамического старения выработок, на вероятность их загазирования, обрушения кровли и разрушения вентиляционных сооружений.

Антропогенные факторы аэрологического риска - это совокупность психо-физиологических, социальных и профессиональных качеств человека, а также внешних социально-

психологических воздействий, влияющих на успешное выполнение им своих функций. К ним относятся индивидуальные особенности нервной системы работника, утомление, заболевания и травмы, соответствие антропометрических особенностей работника параметрам рабочего места, его индивидуальная восприимчивость к гигиеническим условиям рабочего места, таким как запыленность, освещенность, шум и микроклиматические параметры, а также психологическая напряженность и взаимоотношения между членами коллектива, квалификация, опыт и возраст работников.

Причинами возникновения аэрологических опасностей и аварий являются необеспеченность потребителей расчетным количеством воздуха, опрокидывание воздушных струй, снижение расхода воздуха в выработках из-за уменьшения их сечений вследствие обрушений или аэродинамического старения, увеличение утечек воздуха через изолирующие вентсооружения вследствие их разрушения или разгерметизации [3], проведение взрывных работ, ошибки человека, нарушение правил безопасности, отказ технологического оборудования (вентиляторов, системы автоматической газовой защиты), внезапные выбросы угля и газа или значительное усиление интенсивности газовыделения, тектонические процессы и т.д.

Аэрологические аварии влекут за собой тяжелые последствия как экономического, так и социального характера.

Экономический ущерб определяется средним значением ущерба от одной аварии и частотой ее возникновения. Экономический ущерб включает прямые и косвенные потери. Прямые потери складываются из затрат на замену и ремонт оборудования, на восстановление выработок и выплаты компенсаций пострадавшим. Косвенные потери связаны с простоем предприятия и нарушением технологического процесса.

Социальный ущерб связан с человеческими потерями, потерями трудовых ресурсов и их перераспределением как внутри отдельного предприятия, так и между предприятиями горнодобывающей отрасли, оттоком кадров в другие отрасли (последнее происходит вследствие снижения престижности профессии горняка), также с ухудшением условий труда и т.д.

Уровень риска, определяемый формулой (1), является комплексным показателем. Для детального анализа риска и выбора путей его снижения целесообразно использование таких частных по-

казателей, как индивидуальный риск, коллективный риск, потенциальный территориальный риск и социальный риск.

Индивидуальный риск - это частота поражения отдельного индивидуума в результате возникновения опасности [2], т.е.

К = Р( А) • Р( В), (2)

где Яи - индивидуальный риск; Р(А) - вероятность (частота) возникновения опасной ситуации (аварии); Р( В) - вероятность (частота) нахождения человека в зоне действия опасного фактора.

Коллективный риск является количественной интегральной мерой, определяющей масштаб ожидаемых последствий от потенциальной аварии для людей [2]:

Як = Р(А) • Р(В) • N = Яи • N , (3)

где Rк - коллективный риск; N - ожидаемое число людей, подвергающихся потенциальному негативному воздействию.

Потенциальный территориальный риск - частота (или вероятность) возникновения опасной (или аварийной) ситуации в рассматриваемой точке территории [2].

К = Р( х, У), (4)

где Кп - потенциальный территориальный риск; Р(х, у) - вероятность возникновения опасной (или аварийной) ситуации в точке с координатами (х, у).

Этот показатель используется для построения полей потенциального риска вокруг каждого источника опасности (т.е. для картирования риска).

Социальный риск характеризует масштабы и тяжесть последствий аварий, снижающих качество жизни людей. Социальный риск определяется функцией, называемой F/N-кривой (или кривой Фармера) (рис. 1), которая устанавливает зависимость между вероятностью (или частотой) возникновения опасных ситуаций (или аварий) (F) и тяжестью последствий от их реализации (N).

В зависимости от задач анализа под показателем N можно понимать общее число пострадавших или другой показатель тяжести последствий. Для построения F/N-кривой нужно определить ожидаемое число пораженных при каждом сценарии от каждого источника опасности, затем определить зависимость от величины N ве-

р,

1 /го Д А

1 0 - 2 -----1------------1----------------1---►

1 1 0 2 1 03 1 0 4 N,

чел.(или руб)

Рис. 1. Кривая Фармера: N - число пострадавших (не менее N человек) или ущерб (не менее N руб.); F - частота

роятности (или частоты) событий, в которых пострадало число людей больше данного N. Критерий приемлемого риска для отдельного события определяется уже не числом, а кривой, построенной для различных сценариев аварии с учетом их вероятности (или частоты). В настоящее время общераспространенным подходом для определения приемлемости риска является использование двух ^Ж-кривых - приемлемого и неприемлемого риска. Область между этими кривыми определяет промежуточный уровень риска, вопрос о снижении которого следует решать, исходя из специфики производства и региональных условий [2, 4].

В соответствии с требованиями к анализу риска опасных производственных объектов, предъявляемыми Госгортехнадзором России [4], процесс анализа риска включает следующие этапы:

I - обоснование целей и задач анализа риска;

II - анализ производственного процесса и идентификацию потенциальных опасностей с учетом следующих данных:

1) перечень участков с интенсивным газовыделением и участков, опасных по пыли, внезапным выбросам угля, породы и газа;

2) факторы риска, воздействующие на здоровье человека и окружающую среду при нормальной эксплуатации объекта и в аварийной ситуации;

Рис. 2. Блок-схема процесса анализа риска

3) объекты и зоны потенциального негативного влияния;

4) виды воздействий факторов и степень опасности их воздействия;

III - определение критериев поражения для человека и окружающей среды;

IV - обоснование физико-математических моделей динамики исходных факторов опасности;

V - определение вероятности (или частоты) возникновения опасных ситуаций;

VI - построение полей потенциального риска вокруг каждого из выделенных источников опасности;

VII - расчет ущербов от негативного воздействия источников опасности;

VIII - оптимизация мероприятий по снижению риска до заданной (допустимой) величины.

На рис. 2 представлена принципиальная блок-схема анализа риска.

Поскольку риск аварий всегда существует вследствие стохас-тичности процессов техносферы, то необходимо заранее предвидеть возможность возникновения аэрологических опасностей и принять соответствующие меры по их предупреждению и (или) минимизации ущерба в случае их реализации, т.е. провести анализ аэрологического риска и, в соответствии с полученными результатами, модернизировать систему обеспечения безопасности. Таким образом, конечной целью анализа аэрологического риска является синтез надежной и эффективной системы безопасности горного

производства, что, в итоге, позволит повысить экономическую эффективность горнодобывающего предприятия и отрасли в целом. Для получения достоверных результатов необходимы адекватные методы анализа риска, позволяющие учитывать влияние всего комплекса факторов аэрологического риска. Но применяемые в настоящее время статистические методы не позволяют в полной мере учитывать влияние антропогенных факторов, поэтому задача разработки новых методов анализа аэрологического риска особенно актуальна в связи с постоянным усложнением технологии добычи угля.

-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федеральный закон «О техническом регулировании» от 27 декабря 2002 г. - М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003.

2. Алымов В. Т. Анализ техногенного риска. - М.: 2000.

3.Ушаков В. К. Математическое моделирование надежных и эффективных шахтных вентиляционных систем. - М.: МГГУ, 1997.

4. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов (РД 03-418 - 01).Серия 03. выпуск 10 / Колл. авт. - М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2002.

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

Ушаков В.К. - профессор, доктор технических наук, Борисова А.А.,

Московский государственный горный университет.