CC BY
131
УДК 622.86 И.М. Аношина
РАСЧЕТ ТЕХНОГЕННОГО РИСКА АВАРИЙ НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ
~П настоящее время большое внимание уделяется расчету и
-Я-М анализу техногенного риска угольной промышленности.
Требование о необходимости проведения анализа техногенного риска содержится в Федеральном Законе «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21 июля 1997 года и в других подзаконных актах Правительства Российской Федерации, Федерального горного и промышленного надзора Российской Федерации (в том числе Правила безопасности для угольных шахт, 2003 г.).
В данной работе под техногенным риском понимается риск, обусловленный техническими факторами горного производства.
Риски позволяют количественно оценить степень опасности производственных процессов, характеристики которых являются случайными величинами, т.е. должны определяться на основе статистических методов. Однако, техногенный риск нельзя отождествлять с частотой травматизма или аварийности. Поэтому при оценке риска недостаточно базироваться только на статистике несчастных случаев и аварий. Для достоверной оценки требуется создание надежных баз данных по надежности оборудования и аварийности отдельных технологических процессов, а также знание закономерностей развития опасных ситуаций, позволяющих моделировать возможные сценарии развития системы.
При оценке техногенного риска необходимо учитывать причинно-следственные связи (принцип «Домино»). Поэтому наиболее целесообразным представляется использование для этих целей метода экспертных оценок.
Учитывая, что при обработке экспертных статистических данных могут возникать смещения оценок, целесообразно
Большие утечки воздуха из-за прорыва вентиляционных труб Вскрытие выбросоопасных пластоЕ
Вскрытие и разгазировэние временно остановленных участкоЕ
Наличие непроветриваемых куполов за крепью Неисправность средств АГЗ
Некачественная или неправильная установка вент сооружений
х частые остановки
Применение неустойчивых схем проветривания
Работа ВМП на рециркуляцию из-за неправильной их установки Рэсчет количества воздуха без учета фактического метановыделения Сверхнормативное отставание вэнт. трубопроводов от груди забоя Суфлярное (внезапное) выделение метана Уменьшение сечения выработки из-за завалов
Рис. 1. Схема причин и условий аварии типа «Взрыв газа метана»
обобщение знаний экспертов проводить с помощью процедур построения матриц высокосогласованных связей мнений экспертов, базирующихся на оценках относительного приоритета, парных сравнений и ранговой корреляции.
Полученная экспертная информация может представлять собой несколько альтернативных информационных решений,
Рис. 2. Блок-схема алгоритма оценки риска типовых ЧС на угольны/х шахтах
поэтому окончательную ее обработку и упорядочивание проводит лицо, принимающее решение (ЛПР) - главный независимый эксперт, обладающий наибольшими и адекватными знаниями в области безопасности. Далее информация, полученная от ЛПР, будет использована для определения техногенного риска аварий на угольной шахте с помощью математического аппарата определения рисков.
Для оценки техногенного риска использован метод деревьев отказов и событий, который позволяет учесть функциональные взаимосвязи элементов системы в виде логических схем, учитывающих взаимную зависимость отказов элементов или групп элементов.
Схема причин и условий аварийной ситуации «Взрыв метана» представлена на рис. 1.
С учетом полученных результатов разработан алгоритм, реализующий моделирование на основе экспертных оценок с использованием метода построения типовых деревьев отказов для аварий на угольных шахтах и метода парных сравнений Саати.
Деревья отказов и событий строятся по принципу «сверху-вниз» с учетом всех факторов, влияющих на возникновение аварии. Причем деревья для каждой из угольных шахт будут различаться отсутствием тех или иных факторов, соответствующих данному объекту.
Таблица 1
Ранги значимости факторов риска для аварии типа
«Взрыв газа метана»
Наименование опасного фактора Ранг
1 2
Горно-геологические условия
Вид вмещающих горных пород 0,3
Глубина разработки 0,1
Мощность пласта 0,3
Наличие геологических нарушений 0,5
Абсолютная газообильность 0,6
Относительная газообильность 0,2
Угол заложения выработки 0,6
Горно-технические условия
Большая протяженность тупиковой выработки 0,3
Вид крепления 0,2
Сечение горной выработки 0,5
Способ отработки шахтного поля 0,2
Способ подготовки шахтного поля 0,2
Способ проведения выработки 0,7
Проектирование
Правильность выбора горно-шахтного оборудования 0,3
Правильность выбора профилактических мероприятий 0,7
Правильность выбора способа проветривания и дегазации 0,8
Вентиляция
Большие утечки воздуха из-за прорыва вентиляционных труб 0,3
Вскрытие выбросоопасных пластов 0,9
Вскрытие и разгазирование временно остановленных участков 0,8
Наличие непроветриваемых куполов за крепью 0,6
Неисправность средств АГЗ 0,3
Некачественная или неправильная установка вентиляционных со- 0,6
оружений
Отсутствие ВМП или их частые остановки 0,8
Применение неустойчивых схем проветривания 0,5
Работа ВМП на рециркуляцию из-за неправильной их установки 0,4
Расчет количества воздуха без учета фактического метановыделе- 0,4
ния
Сверхнормативное отставание вентиляционных трубопроводов от 0,3
груди забоя
Суфлярное (внезапное) выделение метана 0,8
Уменьшение сечения выработки из-за завалов 0,4
1 2
Дегазация
Некачественное соединение дегазационных труб 0,5
Неудовлетворительная работа герметизаторов 0,5
Параметры дегазационных скважин 0,6
Организационные условия
Несовместимость людей в бригаде 0,4
Низкая трудовая и исполнительная дисциплина 0,6
Несоблюдение техники безопасности 0,5
Оборудование
Фрикционное искрение от вращения рабочего органа 0,6
Неисправность трубомуфт 0,2
Трение конвейерной ленты 0,4
Короткое замыкание в обмотках электродвигателей 0,2
Короткое замыкание токоведущих жил в гибких кабелях 0,3
Разработанный алгоритм позволяет оценивать как вероятность возникновения аварийной ситуации, так и вероятность материального ущерба, связанного с последствиями данной аварии (рис. 2). Алгоритм включает в себя не только методы статистики (создание группы экспертов и обработка информации, полученной от них), но и сложный математический аппарат расчета рисков.
Наибольшее внимание уделяется математическому аппарату расчета рисков.
Математический аппарат представляет собой обработку рангов значимости факторов аварий (табл. 1) с учетом их весов и вкладов в корневое событие, взаимосвязи, приведение к неполным вероятностям (полученных делением рангов значимости факторов на временной фактор), которые будут подставляться в деревья событий и отказов и с учетом их структуры (взаимосвязей факторов) и просчитываться «снизу-вверх». Полученная корневая вероятность используется для расчета риска
аварий, материального ущерба от них и смертельного травматизма.
Математически техногенный риск выражают как вероятность Р неблагоприятного события (аварии, катастрофы и т.д.):
R=Р (1)
Таблица 2
Величина риска аварий на угольны/х шахтах РФ (1041/(смен-год))
Тип аварии Подготовительная выработка Выемочный участок Конвейерная выработка Прочие выработки Общее по шахтам
1 2 3 4 5 6
Ростов
Взрыв газа и пыли 1,1 1,5 1,6 1,5 1,7
Взрыв ВВ 6,4 6,5 6,3 6,7 6,4
Аварии на шахтном подъеме 6,1 6,1
Эндогенный пожар 6,4 6,4
Экзогенный пожар 6,2 6,2 6,6 6,1 6,1
Затопление горных выработок 6,1 6,3 6,2 6,8 6,2
Завалы и обрушения 6 6,1 6,4 6,1 6
Аварии на рельсовом транспорте 6,1 0 0 0 0
Аварии на конвейерном транспорте 6,3 6,3
Урал
Взрыв газа и пыли 1,3 1,64 1,6 1,64 1,5
Взрыв ВВ 6,3 6,3 6,2 6,2 6,2
Аварии на шахтном подъеме 6,1 6,1
Эндогенный пожар 6,2 6,2
Экзогенный пожар 6,1 6,1 6,5 6,1 6,1
Затопление горных выработок 6 6,3 6,2 6,2 6,1
Завалы и обрушения 6 6 6,2 6,1 6
Аварии на рельсовом транспорте 6 6,1 6 6 6
Аварии на конвейерном транспорте 6,3 6,3
1 2 3 4 5 6
Эксперты
Взрыв газа и пыли 1,6 1,6 1,5 1,4 1,5
Взрыв ВВ 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2
Аварии на шахтном подъеме 6 6
Эндогенный пожар 6,1 6,1
Экзогенный пожар 6,2 6,1 6,1 6,1 6,1
Затопление горных выработок 6,2 6,1 6,1 6,2 6,1
Завалы и обрушения 6,1 6 6 6,1 6
Аварии на рельсовом транспорте 6 6,1 6,1 6,1 6,1
Аварии на конвейерном транспорте 6,3 6,3
ДМ ВГСО
Взрыв газа и пыли 1,64 1,5 1,4 8,2 1,6
Взрыв ВВ 6,3 6,3 1 6,9 6,3
Аварии на шахтном подъеме 6 6
Эндогенный пожар 6,2 6,2
Экзогенный пожар 6,2 6,1 6,5 6,8 6,1
Затопление горных выработок 6,2 6,2 6 6,3 6,1
Завалы и обрушения 6 6,1 6,1 6,3 6
Аварии на рельсовом транспорте 6,2 0 0 6,1 6,1
Аварии на конвейерном транспорте 0,7 0,7
1 2 3 4 5 6
КОВСГО1
Взрыв газа и пыли 1,6 1,6 1,6 1,6 1,5
Взрыв ВВ 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2
Аварии на шахтном подъеме 6 6
Эндогенный пожар 6,1 6,1
Экзогенный пожар 6,1 6,1 6,3 6,1 6,1
Затопление горных выработок 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1
Завалы и обрушения 6 6 6,1 6,1 6
Аварии на рельсовом транспорте 6 6 6,1 6 6
Аварии на конвейерном транспорте 6,3 6,3
КОВГСО2
Взрыв газа и пыли 1,64 1,6 1,64 1,64 1,64
Взрыв ВВ 6,2 6,5 7,7 6,3 6,2
Аварии на шахтном подъеме 6,1 6,1
Эндогенный пожар 6,3 6,3
Экзогенный пожар 6,1 6,2 6,5 6,3 6,1
Затопление горных выработок 6,1 6,3 6,3 0,7 6,3
Завалы и обрушения 6,1 6,1 6,2 6,3 6,1
Аварии на рельсовом транспорте 6,2 6,3 6,1 6,2 6,1
Аварии на конвейерном транспорте 6,6 6,6
1 2 3 4 5 6
Печора
Взрыв газа и пыли 1,6 1,6 1,5 1,6 1,6
Взрыв ВВ 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2
Аварии на шахтном подъеме 6 6
Эндогенный пожар 6,2 6,2
Экзогенный пожар 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1
Затопление горных выработок 6 6 6 6 6
Завалы и обрушения 6 6 6 6 6
Аварии на рельсовом транспорте 6 6 6 6 6
Аварии на конвейерном транспорте 6,2 6,2
Общее по шахтам
Взрыв газа и пыли 1,6 1,6 1,5 1,5 1,5
Взрыв ВВ 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2
Аварии на шахтном подъеме 6 6
Эндогенный пожар 6,2 6,2
Экзогенный пожар 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1
Затопление горных выработок 6,1 6,1 6,1 6,1 6,1
Завалы и обрушения 6 6 6 6,1 6
Аварии на рельсовом транспорте 6 6 6 6 6
Аварии на конвейерном транспорте 6,3 6,3
или
R = ЕРг (2)
г
если может иметь место несколько (г) неблагоприятных событий с различными вероятностями Рг.
Совместно со специалистами ЦШ ВГСЧ была начата разработка базы данных «Анализ риска» для угольных шахт России. База данных разрабатывается по специальной методике, утвержденной в Федеральном Агентстве Энергетики России.
База данных позволяет моделировать ситуации и просчитывать риски не только на отдельном участке шахты, но и на всем объекте в целом.
В результате апробации были получены следующие величины рисков типовых аварий на угольных шахтах (табл. 2).
Временной параметр для расчета рисков был принят равным количеству смен в год: 1095 смен.
Величина риска возникновения аварии соответствует возможному количеству аварийных смен в течение года по рассматриваемым видам аварий.
Полученные результаты моделирования показывают работоспособность предложенных методов и достаточную достоверность результатов оценки рисков. Это свидетельствует о том, что разработанный подход может быть положен в основу создания отраслевой методики оценки рисков аварий.
Для оценки степени тяжести последствий для индивидуума, общества или окружающей среды в модель следует ввести дополнительно количественное выражение средней величины ущерба, соответствующего данному виду аварий. Ущерб может быть выражен в числе дней нетрудоспособности или в финансовых единицах, что впоследствии может использоваться при страховании для определения дифференцированных тарифов.
— Коротко об авторах --------------------------------------------
Аношина И.М. - инженер-программист, кафедра «Аэрологии и охраны труда», Московский государственный горный университет.
