CC BY
39
21. SiwekR. Experimental methods for the determination of explosion characteristics of combustible dust// 3-d International Symposium on Lose Prevention and Safety Promotion in the Process Industries. Basel, Sept. 15 - 19, Vol. 3. 1980.
22. Svojstva i paramerty, opredeljajushhie vzryvchatost' ugol'noj pyli / A. G. Danilov [i dr.]// Nauchnyj Zhurnal. 2015. №8. S. 12-17.
23. Kaljakin S.A. Vzryvoopasnost' metanougol'nyh ajerozolej v gornyh vyra-botkah i pylegazovyj rezhim ugol'nyh shaht // Bezopasnost' truda v promyshlennosti. 2013. № 6. S. 4.
24. Bor'ba s ugol'noj i porodnoj pyl'ju v shahtah/ P.M. Petunin [i dr.]// 2-e izd., pererab. i dop. M. Nedra. 1981. S. 27.
25. Lebecki K. A., Romanchenko S. B. Pylevaja vzryvoopasnost' gornogo proiz-vodstva//Gornoe delo. OOO «Kimmerijskij centr». 2012. 464 s.
26. Rashevskij V.V, Artem'ev V.B., Siljutin S.A. Kachestvo uglej OAO «SU-JeK». M.: Kuchkovo pole. 2011. 576 s.
УДК 622.8
ПУТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНЫХ УСЛОВИЙ ТРУДА ГОРНЯКОВ НА ОСНОВЕ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
А.Н. Земсков, М.Ю. Лискова
Предложен комплекс мер для обеспечения безопасных условий труда, включающих как оригинальные проектные решения, так и апробированные профилактические мероприятия, на основе автоматизации контроля производственных процессов. Показано, что специфика труда в рудниках со сложными горно-геологическими условиями разработки полезного ископаемого в условиях высокой запыленности и загазованности производственной атмосферы, опасности обрушения пород кровли и проявления внезапных выбросов породы и газа обуславливает высокую степень травматизма среди горняков.
Ключевые слова: рудник, безопасность, условия труда, травматизм, автоматизация, выбросоопасность.
В настоящее время в мире и в России интенсивно развивается горная промышленность: существующие рудники и шахты увеличивают свои мощности, прирезаются новые участки, также активно проектируются и строятся новые шахты и рудники. Одновременно растет интерес со стороны горнодобывающих предприятий к внедрению передовых средств мониторинга и автоматизации, направленных на обеспечение безопасных и комфортных условий труда работников, а также передовой практики контроля и управления охраной труда и промышленной безопасностью.
Специфика труда под землей, усложняющие со временем горнотехнические и горно-геологические условия выемки полезных ископаемых
обуславливают непредвиденные сбои в работе рудников, случаи их затопления, аварии и высокую степень травматизма среди горняков [6, 7, 8, 10].
Так, число погибших, в пересчете на тысячу работающих на предприятиях по производству калийных месторождений, было и остается более высоким (превышение в 1,1 - 1,4 раза), чем в среднем по другим предприятиям России и Беларуси. Причем, как показывает анализ травматизма, 60 % всех несчастных случаев приходится на подземные работы. Коэффициент частоты травм с тяжелыми последствиями в рудниках в 4,8 раза выше, чем в цехах поверхностного комплекса [1].
Любая авария на горном производстве всегда связана с серьезным экономическим ущербом, который включает:
- прямые потери, связанные с затратами на восстановление производства (выработки, оборудование и т.д.);
- упущенную выгоду, обусловленную простоями производства (или снижением объемов производства) на период восстановления предприятия;
- компенсационные выплаты пострадавшим при этом с тенденцией
роста;
- выбытие из сферы производства высокопрофессиональных кадров при росте сложности набора нового персонала на высокотравмоопасное производство;
- снижение рыночных котировок и капитализации компании, обусловленное корректировками производственных планов, затратами на ликвидацию аварии и уменьшением степени доверия инвесторов;
- имиджевые издержки компании у населения, бизнес-сообщества и органов власти; правовые последствия (уголовные, административные санкции, а также потеря лицензии) [2].
В связи с этим основной задачей является создание технологий и условий труда, обеспечивающих высокую эффективность и безопасность горного производства как при нормальном режиме вентиляции, так и при аварийном.
Создание безопасных условий труда в шахтах во многом зависит от качества проветривания шахтных выработок, а также от постановки контроля параметров рудничной атмосферы и умения на базе полученной информации оперативно управлять шахтными вентиляционными струями.
Наиболее тяжелыми и опасными с точки зрения эвакуации горнорабочих и ликвидации последствий аварий являются аварийные ситуации, связанные с пожарами в угольных и рудных шахтах, т.к. они сопровождаются гибелью не только рабочих, но и людей (горноспасателей), участвующих в ликвидации этих аварий.
Поэтому над проблемой создания системы надежных и безопасных путей эвакуации рабочих, застигнутых аварией, работали и работают ученые в России и за рубежом. Для реализации системы автоматического ре-
гулирования проветривания шахт необходимо тщательное изучение переходных газоаэродинамических режимов шахтной вентиляционной сети, как объекта регулирования, и её математическое описание. Модели развития аварии в первые (наиболее интенсивные процессы эвакуации) и последующие моменты времени должны прогнозировать распространение пожарных газов в выработках шахт и рудников при возможных очагах возгорания с тем, чтобы определить надежные и безопасные (свободные от газов) пути выхода рабочих из аварийных участков.
Разработан аппарат математического моделирования аварийных ситуаций, связанных с возникновением пожара в шахте. В основу методики создания модели аварийных ситуаций положен метод расчета графов, представляющих расчетную модель вентиляционной системы шахты. Данная модель позволяет получить расходы воздуха во всех ветвях (выработках) вентиляционной сети при воздействии на нее естественных и искусственных источников тяги (естественной тяги, вентиляторов, работающих через перемычку или на вентиляционный трубопровод, эжекторов) или регуляторов (регулирующих перемычек или стабилизаторов), а также выбрать наиболее эффективный режим вентиляции в конкретной аварийной ситуации.
Над проблемой усовершенствования плана ликвидации аварии (ПЛА) и управления аварийными режимами шахт и рудников занимались и занимаются многие ученые и институты [2, 3]. Некоторые из программных комплексов внедрены на рудниках. Например, в лаборатории аэрологии и теплофизики Горного института УрО РАН разработан программно -вычислительный комплекс «АэроСеть», в состав которого входит модуль «Электронный план ликвидации аварий», используются на ОАО «Уралка-лий», ОАО «Беларуськалий», НШУ «Яреганефть» (ОАО «Лукойл-Коми»).
Разработанный программный комплекс является попыткой усовершенствования ПЛА и неотъемлемой частью общей системы автоматизации рудника. Он содержит модель вентиляционной системы, способной обеспечить с помощью современного технического оснащения (ЭВМ) расчёты воздухораспределения в шахте для любого этапа аварии и выбора режима вентиляции, который будет содействовать успеху спасательных операций и тушению пожара [9]. Также при выборе режима вентиляции в аварийной ситуации учитывают все факторы, которые могут повлиять на него, например, выработанные пространства, естественная тяга (тепловая депрессия) и т.д.
Газ был и остается основным источником природных опасностей в рудниках. Во многом эффективность профилактических мероприятий зависит от правильности определения газоносности пород рабочих пластов и газообильности выработок и рудников в целом. Кроме того, наличие газа в породах является одним из основных факторов, определяющих выбросо-опасность пластов.
Для предотвращения появления опасных концентраций горючих газов в длинных очистных забоях рудников ОАО «Беларуськалий» опытным путем были определены места установки датчиков аппаратуры автоматического контроля содержания метана и внесены соответствующие изменения в «Инструкцию по эксплуатации аппаратуры автоматического контроля метана».
На Втором Солигорском руднике ОАО «Беларуськалий» была проведена научно-исследовательская работа по установке датчиков расхода воздуха в воздухоподающих выработках калийного горизонта. Исследования показали, что достаточно восемь таких датчиков в наиболее важных точках вентиляционной сети, которые устанавливались на кронштейнах в присводовой части выработки. Сложность задачи обуславливалась тем, что кронштейны с датчиками не должны были мешать движению самоходного транспорта.
В силу разных причин работа по установке датчиков расхода воздуха, а значит, и контроля воздухораспределения на рабочих горизонтах с пульта управления диспетчера не была закончена.
Выбросоопасность или невыбросоопасность калийных пластов определяется фазовым составом микровключений в породах и величиной давления заключенного в них газа: в выбросоопасных породах выявлено наличие многочисленных газовых включений с высоким давлением (в среднем 14,6 МПа), в невыбросоопасных породах имеют место преимущественно жидкие включения.
Установлено также различие в изотопных отношениях инертных газов из выбросоопасных и невыбросоопасных пород. В частности, в породах выбросоопасных мульд погружения на Старобинском месторождении (Беларусь) отношение 40Ar/36Ar составляет 1583 - 1595, в то время как в невыброопасных солях оно колеблется от 6418 до 7959 [1].
Из пяти мульд погружения по статистике выбросоопасной является только одна, т.е. 80 % мероприятий и серьезных материальных затрат (до 200 тыс. долларов на одну мульду) остаются бесполезными. Тем не менее, производственники, не владея достаточно обоснованным научным и технологическим аппаратом отслеживания опасных и неопасных мульд, тратят большое количество времени и средств на профилактику выбросоопас-ности этих геологических зон.
В общем случае автоматизация любого процесса всегда связана с управлением этим процессом с помощью воздействия определенных средств на объект управления. На рисунке показана принципиальная структура системы управления объектом [4].
В зависимости от особенностей производственного процесса на рудниках применяют те или иные виды автоматических устройств. В установках, в которых не требуется изменения режима в процессе работы, автоматизация в основном заключается в управлении оборудованием, защите от ненормальных и аварийных режимов, контроле и сигнализации о работе
установок, а также автоматической блокировке работы оборудования. Такими в настоящее время являются водоотливные установки, погрузочно-перегрузочные пункты, конвейерные установки и др. В тех установках, в которых требуется изменять режим работы по определенному закону, автоматизация включает в себя и автоматическое регулирование (например, рудничный подъем, вентиляторные установки и т. д.).
_У
Устройство авто матич еско го управления
S
Внешнее воздействие
Принципиальная структура управления
Автоматизация производственных процессов позволяет резко увеличить производительность, улучшить условия труда, снизить трудоемкость работ и является главным направлением технического прогресса в горнорудной промышленности. Автоматизация отдельных машин и операций завершается автоматизацией производственного процесса рудника в целом.
Список литературы
1. Земсков А.Н., Кондрашев П.И., Травникова Л.Г. Природные газы калийных месторождений и меры борьбы с ними. Пермь: ИД «Типография купца Тарасова», 2008. 414 с.
2.Палеев Д.Ю., Лукашов О.Ю. Программа расчета вентиляционных режимов в шахтах и рудниках // Горная Промышленность. 2007. №6. С. 20-23.
3. Коренной К.Н. Оптимизация параметров систем управления проветриванием рудних шахт в условиях аварийных ситуаций: дис.... канд. техн. наук. Екатеринбург, 2009.
4. Сажин Р.А. Автоматизация технологических процессов горного производства. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. 60 с.
5. Земсков А.Н., Лискова М.Ю., Смирнова Е.В. Анализ условий труда горнорабочих и мероприятий по нормализации пылевого и газового состава атмосферы шахт и рудников // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 2. С. 58-68.
6. Мишин В.Г. Интенсификация процесса угледобычи и состояние здоровья горнорабочих // Сб. науч. тр. республ. науч.-техн. конф. «Интенсификация подземной добычи угля и улучшение использования горной техники». Киев, 1982.
7. Комплексная оценка условий труда горнорабочих по вредным факторам шахтной среды / М.З. Иткин, В.В. Суханов, Е.А. Перцевой, И.В. Лобачева // Сб. науч. тр. «Предупреждение травматизма и производственная санитария в шахтах». Макеевка - Донбасс: МакНИИ, 1988. С. 16-21.
8. Галкин А.Ф., Хусаинова Р.С. Влияние температурного фактора на травматизм горнорабочих // Справочник специалиста по охране труда. М.: ЗАО «МЦФЭР», 2012. № 8. С. 34-39.
9. Лискова М.Ю. Безопасность эвакуации горнорабочих с аварийных участков шахт и рудников с большим объемом выработанных пространств // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета «Безопасность и управление рисками». 2016. № 4. С. 36-42.
10. Васильев П.В., Стась Г.В., Смирнова Е.В. Оценка риска травматизма при добыче полезных ископаемых // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. № 2. С. 45-58.
Земсков Александр Николаевич, д-р техн. наук, zemskov@zumk. org, Россия, Пермь, ООО «Шахтспецпроект»,
Лискова Мария Юрьевна, канд. техн. наук, доц., mary. 18.02@mail.ru, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
WAYS OF PROVIDING SAFE WORKING CONDITIONS OF MINERS ON THE BASIS OF AUTOMATION CONTROLING PRODUCTIONS
A. N. Zemskov, M. Yu Liskova
A set of measures is proposed to ensure safe working conditions, including both original design solutions and tested preventive measures, based on automation ofproduction process control. The specifics of labor in mines with complex mining and geological conditions for the development of minerals, in conditions of high dust and gas contamination of the production atmosphere, the risk of collapse of the roof rocks and the sudden release of rock and gas cause a high degree of injuries among miners.
Key words: mine, safety, working conditions, traumatism, autoimmunization, exhaust
risk.
Zemskov Alexander Nikolaevich, doctor of technical sciences, zemskov@zumk. org, Russia, Perm, OOO "Shahtspecstroi",
Liskova Marry Yurievna, candidate of technical sciences, docent, mary. 18.02@mail. ru, Russia, Perm, Perm National Researcher Polytechnical University
Reference
1. Zemskov A.N., Kondrashev P.I., Travnikova L.G. Prirodnye gazy kalijnyh mes-torozhdenij i mery bor'by s nimi. Perm': «ID Tipografija kupca Tarasova», 2008. 414 s.
2. Paleev D.Ju., Lukashov O.Ju. Programma rascheta ventiljacionnyh rezhimov v shahtah i rudnikah // Gornaja Promyshlennost', 2007. №6. S. 20-23.
3. Korennoj K.N. Optimizacija parametrov sistem upravlenija provetrivani-em rud-nih shaht v uslovijah avarijnyh situacij: dis. ... kand. tehn. nauk. Ekaterin-burg, 2009.
4. Sazhin R.A. Avtomatizacija tehnologicheskih processov gornogo proizvod-stva. Perm': Izd-vo Perm. gos. tehn. un-ta, 2009. 60 s.
5. Zemskov A.N., Liskova M.Ju., Smirnova E.V. Analiz uslovij truda gorno-rabochih i meroprijatij po normalizacii pylevogo i gazovogo sostava atmosfery shaht i rudni-kov.// Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2017. Vyp. 2. S. 5868.
6. Mishin V.G. Intensifikacija processa ugledobychi i sostojanie zdorov'ja gor-norabochih // Sb. nauch. tr. respubl. nauch.-tehn. konf. «Intensifikacija podzemnoj dobychi uglja i uluchshenie ispol'zovanija gornoj tehniki». Kiev, 1982.
7. Kompleksnaja ocenka uslovij truda gornorabochih po vrednym faktoram shahtnoj sredy / M.Z. Itkin, V.V. Suhanov, E.A. Percevoj, I.V. Lobacheva // Sb. nauch. tr. «Preduprezhdenie travmatizma i proizvodstvennaja sanitarija v shahtah»: MakNII. Makeevka - Donbass. 1988. S. 16-21.
8. Galkin A.F., Husainova R.S. Vlijanie temperaturnogo faktora na travma-tizm gornorabochih // Spravochnik specialista po ohrane truda. M.: ZAO «MCFJeR», 2012. № 8. S. 34-39.
9. Liskova M.Ju. Bezopasnost' jevakuacii gornorabochih s avarijnyh uchastkov shaht i rudnikov s bol'shim ob#emom vyrabotannyh prostranstv // Vestnik Permskogo nacion-al'nogo issledovatel'skogo politehnicheskogo universiteta. Bezopasnost' i upravlenie riskami, 2016. № 4. S. 36-42.
10. Vasil'ev P.V., Stas' G.V., Smirnova E.V. Ocenka riska travmatizma pri dobyche poleznyh iskopaemyh // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2016. № 2. S. 45-58.
