УДК 622.86+622.4 Баловцев Сергей Владимирович ст. преподаватель кафедра «Аэрология и охрана труда»
advertisement
УДК 622.86+622.4 Баловцев Сергей Владимирович ст. преподаватель кафедра «Аэрология и охрана труда» зам. декана факультета РПМ Московский государственный горный университет ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ФАКТОРА НА АЭРОЛОГИЧЕСКИЙ РИСК ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ EVALUATION OF HUMAN FACTOR INFLUENCE ON THE AEROLOGICAL RISK OF BOTH WHOLE COAL MINES Угольная отрасль остается объектом производства с наиболее высокой степенью опасности труда. Большинство аварий происходит по причине износа оборудования, нарушения технологии ведения горных работ, отсутствия профилактических мероприятий и несоответствия принятых технологических решений существующим условиям отработки месторождения. Система обеспечения аэрологической безопасности на угольных шахтах имеет низкую эффективность. Решение данной проблемы предполагает выполнение комплекса работ, связанных с анализом и оценкой риска возможных аварий [1], происходящих вследствие отклонения параметров шахтной атмосферы от их нормативных значений. Значительной части аварий удалось бы избежать в случае выявления основных закономерностей [7, 8] между опасностями, приводящими к отказу шахтных вентиляционных систем [2], и своевременного выполнения мероприятий, направленных на снижение риска. К настоящему времени не решена проблема оценки риска возникновения аварий, чрезвычайных ситуаций и несчастных случаев на угольных шахтах [3, 4, 5]. Количество аварий, а именно взрывов газа, вспышек и пожаров, не снижается, несмотря на определенные успехи некоторых исследователей в вопросах управления риском. Рекомендуемые федеральными органами (МЧС России и Ростехнадзор) методики по оценке риска носят фрагментарный характер и не позволяют в полном объеме реализовать важные практические задачи. Решения в области обеспечения аэрологической безопасности основываются на мнение экспертов и практиков, а не научной методологии. Следствием этого является несостоятельная и непоследовательная политика по управлению риском. Актуальность исследования обусловлена высоким процентом присутствия человеческого фактора среди причин аварий [6], чрезвычайных ситуаций на угольных шахтах, отсутствием достаточных 8 знаний о взаимосвязях различных факторов и поведением человека в различных условиях, отсутствием методологической базы по учету влияния человеческого фактора при оценке аэрологической безопасности. Проведенный анализ обстоятельств и причин аварий, произошедших за последние годы на угольных шахтах (согласно сведениям, предоставленным Центральным штабом ВГСЧ, Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору), позволяет получить деревья отказов для различных видов аварий (экзогенный пожар, эндогенный пожар, взрыв газа и угольной пыли, нарушение дегазации, отказ вентилятора местного проветривания и др.), а также установить, используя стандартные символы событий и логические символы (табл. 1), причинно-следственные связи между нежелательными событиями, приводящими к чрезвычайной ситуации (рис. 1–4). Чрезвычайная ситуация Экзогенный пожар Эндогенный пожар Отказ ВГП Взрыв Загазирование Отклонение аэродинамических параметров выемочного участка Разрушение вентиляционных сооружений Старение вентиляц. сооружений Разрушение горных выработок Нарушение правил эксплуатации Отказ ШВС Отказ ВМП Электрическое искрение Внезапный выброс угля, пород, газа Наличие источников воспламенения Нарушение дегазации Неправильное положение воздухорегуляторов Нарушенная взрывозащита комбайна Открытый огонь Рис. 1. Причинно-следственные связи между нежелательными событиями, приводящими к чрезвычайной ситуации 9 Главной целью системы управления аэрологическим риском является обеспечение успешного функционирования шахтной вентиляционной системы (ШВС) в условиях риска и неопределенности. Это означает, что даже в случае возникновения экономического ущерба реализация мер по управлению риском должна обеспечить возможность продолжения стабильной отработки угля и минимизации неблагоприятного влияния на успешное функционирование горного предприятия, вызванного случайными событиями. Экзогенный пожар Несанкционированное ведение огневых работ Заклинивание породой барабана Пробуксовка ленты Нагревание (трение) ленты конвейера Заштыбовка роликов Короткое замыкание Отсутствие лиц по обслуживанию конвейера Подшипниковый узел эл. двигателя неисправен Рис. 2. Причинно-следственные связи между нежелательными событиями, приводящими к экзогенному пожару Эндогенный пожар Самовозгорание угольной пыли Отсутствие заиловки выраб. пространства Окисление угольного штыба Нарушение паспорта крепления лавы Вскрытие и подготовка выемоч. уч. с нарушениями Отсутствие профилактич. обработки пласта Ошибки контрольнонаблюдательной службы участка ВТБ Рис. 3. Причинно-следственные связи между нежелательными событиями, приводящими к эндогенному пожару 10 Нарушение дегазации Выход из строя контрольноизмерительной аппаратуры Нарушение герметичности соединений Затопление дегазационных скважин Выход из строя выпускного клапана водоотводчика (влагоотделителя) Заклинивание вентилей и задвижек Износ прокладок Рис. 4. Причинно-следственные связи между нежелательными событиями, приводящими к нарушению дегазации Таблица 1 Стандартные символы событий и логические символы, применяемые при построении деревьев отказов Вид элемента Наименование В А1, А2, ..., An Схема И (совмещение) В А1, А2, ..., An Схема ИЛИ (объединение) Описание Выходной сигнал В появляется только тогда, когда поступают все входные сигналы Ai Выходной сигнал В появляется при поступлении любого одного или большего числа сигналов Ai Результирующее Результат конкретной комбинации событие отказов на входе логической схемы Первичный отказ Неполное событие Отказ, причины которого выявлены не полностью, например, из-за отсутствия информации Для обеспечения высокой результативности в управлении риском необходимо учитывать следующие аспекты: - целостность, т.е. общая оценка совокупности рисков и устранение негативных последствий их реализации; 11 - комплексность, т.е. необходимость учета сложности объекта управления, включая взаимосвязь между рисками, последствия проявления риска и особенности влияния предлагаемых процедур на риск; - способность системы к интеграции новых элементов, т.е. возможность гибкого реагирования всей системы на появление новых рисков; - возможность использования различных сочетаний процедур управления риском и способность к приспособлению к изменяющимся условиям в процессе отработки угля; - способность преодолевать негативные последствия возникновения неблагоприятных ситуаций при минимальном объеме соответствующих ресурсов [11]. Процесс проведения анализа аэрологического риска включает несколько основных этапов, первым из которых является идентификация опасностей, приводящих к отказу ШВС (рис. 5, 6). Разрушение горных выработок Обрушение Нарушение паспорта крепления Отставание крепления выработок Несоответствие паспорта крепления геологическим условиям Ошибки в конструкции крепи Затопление Нарушение технологического процесса Нет опережающих скважин Отказ водоотливных установок Нет водоупорных перемычек Скважины не затомпонированы Рис. 5. Причинно-следственные связи между нежелательными событиями, приводящими к разрушению горных выработок Функционирование ШВС напрямую зависит от наличия факторов аэрологического риска, которые можно разделить на природные, технологические и антропогенные. К природным опасностям, влияющим на состояние ШВС, относятся обвалы и обрушения угля и пород, взрывы метана и угольной пыли, газодинамические явления, пожары, затопления выработок. Нарушение технологического процесса добычи угля также отрицательно сказывается на состоянии ШВС. Воздействие подобных опасностей приводит к перераспределению воздуха в горных выработках и проветривание шахты 12 нарушается. Техническая система утрачивает способность выполнять требуемые функции по фактору вентиляции, и происходит загазирование. Отказ ВМП Остановка вентилятора Выход из строя подшипников Выход из строя двигателя Нарушение правил эксплуатации Старение вентилятора Отключение эл. энергии Рис. 6. Причинно-следственные связи между нежелательными событиями, приводящими к отказу вентилятора местного проветривания Ошибки человека вызываются главным образом незнанием, забывчивостью безопасных приемов труда, норм и требований по технике безопасности, халатностью, а также неумением прогнозировать ход технологических процессов. Практически во всех актах расследования причин несчастных случаев отмечаются низкая производственная и технологическая дисциплина, пренебрежение организационными и техническими мероприятиями при выполнении подземных работ. Современное развитие производства с применением высокопроизводительных машин, оборудования, систем контроля и слежения за технологическими процессами, управления параметрами технологических процессов повысило долю нервно-психических нагрузок на трудящихся и требует реализации высших психических функций человека – памяти, мышления, внимания, быстрого принятия безошибочного решения, правильной реакции на любую информацию. Иными словами, человеческий фактор становится в современных условиях важным в повышении эффективности и безопасности труда. Анализ аэрологического риска основывается на построении всех возможных сценариев возникновения и развития аварий и обусловленных ими чрезвычайных ситуаций. Для вероятностной оценки аэрологического риска на основе дерева отказов следует производить расчет общей вероятности риска. Количественной оценкой уровня риска является величина (1) R PY , где P – вероятность наступления неблагоприятного события, Y – ущерб в результате этого события. 13 Для расчета вероятности временной параметр принимают равным количеству смен за определенный период. Если могут иметь место несколько неблагоприятных событий с различными вероятностями и соответствующими им ущербами, то формула приобретает следующий вид R PiYi . (2) i Запишем выражение в виде интеграла: (3) R F (Y ) p(Y )dY , где F (Y ) – весовая функция потерь, с помощью которой последствия различной природы приводятся к единой оценке ущерба, p(Y ) – плотность распределения случайной величины Y . В такой формулировке аэрологический риск фактически определяется как математическое ожидание ущерба вследствие отклонения параметров шахтной атмосферы от их нормативных значений (4) R PM ущ , где M ущ – математическое ожидание ущерба. При расчете вероятности возникновения аварии необходимо учитывать применяемые логические символы, которые используют при построении «дерева отказов ШВС». Вероятность S(А) выходного события А при независимости входных событий А1, А2, ..., An определяют по формулам: при знаке И n S ( A) S ( Ai ) , (5) i 1 при знаке ИЛИ n S ( A) 1 1 S ( Ai ), (6) i 1 где S ( Ai ) вероятность события Ai . Важнейшей составной частью системы управления аэрологическим риском горного производства являются экспертные системы, на качество функционирования которых влияет человеческий фактор. Методы экспертных оценок [6, 9] представляют комплекс логических и статистических процедур по обработке результатов опроса группы экспертов. Полученная информация о состоянии шахтной вентиляционной системы анализируется, в результате чего разрабатываются мероприятия по снижению аэрологических рисков. Решения, принимаемые экспертами, всегда носят субъективный характер и зависят от множества причин. Применение балльного подхода для оценки качества функционирования шахтной вентиляционной системы (ШВС) не позволяет учитывать субъективность принимаемых экспертами решений. В связи с этим представляется перспективным исследование при оценке и прогнозировании качества функционирования системы 14 управления аэрологическим риском горного производства принципов и методов нечетких множеств. Методы нечетких множеств позволяют алгоритмизировать нечеткие утверждения с целью дальнейшего компьютерного моделирования исследуемого явления (рис. 7). Пространство предпосылок А (причин) 1. Причина х1 2. Причина х2 B Пространство заключений R …………………… …………… Причина (признаков) Нечеткая система хm х1 y1 х1 y2 ... х1 yn х2 y1 х2 y2 ... х2 yn ............................... хm y1 хm y2 ... хm yn 1. Признак 2. Признак …………… …………………… Признак А а1 х1 а2 х2 ... аm хm где а1 , а2 ... аm - значения характеризующие степень влияния той или иной причины на появление признаков yп Х х1, х2 , ... хm Нечеткое множество А y1 y2 Y y1, y2 , ... yп Нечеткое множество В В р1 y1 р2 y2 ... рn хп где р1 , р2 ... рn - вероятности заключения все причинные отношения могут быть представле ны в виде матрицы R Рис. 7. Закономерность реализации опасностей и организационных условий, человеческого фактора Исходя из вышеизложенного, приведем блок-схему алгоритма принятия управленческих решений по снижению аэрологического риска (рис. 8). В результате использования приведенного алгоритма возможен прогноз, а также своевременный контроль ситуации, выявление тревожных симптомов возможных реализаций аэрологических рисков, корректировка по принятию решений с целью снижения воздействия опасных факторов на успешное функционирование ШВС [10]. Методы нечетких множеств и «деревьев отказов» являются перспективными при оценке причинно-следственных связей между факторами, влияющими на аэрологический риск, и прогнозировании эффективности экспертной системы повышения аэрологической безопасности на угольных шахтах. 15 Планирование и организация работ Информационная база Идентификация опасностей Анализ аэрологического риска Оценка риска (методы «деревьев отказов» и нечетких множеств) Нет Разработка мероприятий Риск приемлем? Да Принятие решений Прогнозирование последствий Реализация решений Мониторинг результатов Объект управления Субъекты управления Рис. 8. Алгоритм принятия управленческих решений по снижению аэрологического риска Реализация программы исследований позволит лучше понимать взаимосвязь аэрологических опасностей на угольных шахтах, выявлять слабые места объекта, обосновывать программу повышения безопасности и принимать своевременные решения по снижению аэрологического риска; позволит разработать методические основы системы управления аэрологической безопасностью, а также экспертную систему повышения аэрологической безопасности методом нечетких алгоритмов. Литература. 1. 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. 2. Патрушев М.А., Карнаух Н.В., Лепихов А.Г. Повышение надежности проветривания шахт. – Киев: Технiка, 1990. 16 3. Измалков А.В. Системный риск в управлении безопасностью горнопромышленных регионов: Монография – М.: ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского, 2004. – 104 с. 4. Мутанов Г. Управление риском при авариях на подземных горных предприятиях. – Алматы.: Fылым, 1996. 5. Клебанов Ф.С. Воздух в шахте. – М.: Имидж, 1995. 6. Гражданкин А.И. Разработка экспертной системы оценки техногенного риска и оптимизации мер безопасности на опасных производственных объектах. Автореферат диссертации на соискание ученой степ. к.т.н. – М., 2001. 7. Клебанов Ф.С. Количественная мера опасности – риск. // ГИАБ: Тематическое приложение, Безопасность – М.: МГГУ, 2005, 122 – 128 с. 8. Аношина И.М. Расчет техногенного риска аварий на угольных шахтах. // ГИАБ: Тематическое приложение, Безопасность. – М.: МГГУ, 2005, 129 – 139 с. 9. Поспелов Д.А. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта. – М.: Наука, 1986. 10.Баловцев С.В. Методические основы системы управления аэрологическим риском на угольных шахтах // Аэрология. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. – М.: МГГУ, 2009. – № ОВ 13. – С. 103-106. 11.Баловцев С.В. К вопросу алгоритмического обеспечения управления аэрологическим риском на угольных шахтах. // Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня: «Аэрология». – М.: МГГУ. – 2007. – № ОВ 12. – С. 292-295. Аннотация. Особое внимание уделено влиянию человеческого фактора на аэрологический риск выемочных участков угольных шахт. Special attention is attached to the aspects of evaluation of human factor influence on the aerological risk of both whole coal mines. Ключевые слова. вентиляция шахт, аэрологический риск, управление риском, схема вентиляции, человеческий фактор, алгоритм mine ventilation, aerological risk, risk management, ventilation scheme, human factor, algorithm 17
