"Система автоматики и автоматическое управление", мат-лы всеукраинской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, г.Севастополь, 20-21 апреля, стр.93, 2005г.(СевНТУ)
Условия работы шахт Украины отличаются от большинства угледобывающих предприятий других стран мира более высоким уровнем и многообразием видов опасности. За последние тринадцать лет (1991-2004 гг.) на шахтах Украины произошло большое количество взрывов и крупных пожаров. Большинство взрывов инициированы взрывами метана в добычных и проходческих забоях или происходят в результате выбросов газа. Взрывы с наиболее серьезными последствиями часто происходили по причине взрыва угольной пыли, вызванного взрывом метана.
На пороге третьего тысячелетия мировой уровень информационных технологий достиг значительных успехов, что открыло новые возможности в техническом обеспечении безопасности работ угольных предприятий. Системный анализ опасных ситуаций, которые могут привести к аварии (в том числе с трагическими последствиями), убеждает, что система контроля безопасности является многофакторной. Современное техническое обеспечение информационных систем с обязательным прогнозом и оценкой опасности, а также степени риска выполняемой технологической задачи позволит существенно уменьшить количество трагедий на шахтах Украины. Стратегия развития угледобычи в XXI веке должна строиться с учетом необходимости неотложного выполнения работ по созданию современных технических средств, обеспечиваю безаварийную работу шахт и безопасные условия труда шахтеров.
Действующим требованием ПБ декларируется необходимость на шахтах противоаварийной защиты, обеспечивающая предотвращение возможных аварий, своевременную информацию о выявлении признаков аварии и включении всех средств ее локализации и ликвидации. В настоящее время такая система отсутствует. Существующая на шахтах система оценки безопасности горных раб практически не имеет обобщенной информации для комплексной оценки безопасности на отдельных участках шахты. Каждая служба горного надзора имеет "свою" информацию об опасностях, преследующих горнорабочего.
В настоящее время контроль различных видов опасностей на шахтах осуществляется периодически, и только параметры метановыделения, в ограниченных объемах, контролируются непрерывно. Эта информация поступает с опозданием к лицам, ответственным за безопасность, что не позволяет прослеживать возникновение опасной ситуации, прогнозировать ее развитие и своевременно принимать решение по локализации и устранению опасности.
Очевидно, что только системный подход к оценкам развития аварийных ситуаций в совокупности с многофакторным контролем и прогнозом состояния безопасности ведения горных работ, приборной оценкой и машинной обработкой информации может рационально изменить состояние дел в этой области горного производства. В соответствии с постановлением Кабинета Министров Украины № 939 от 6 июля 2002 г. институт участвует в выполнении "Программы повышения безопасности работы в угольных шахтах". Речь идет о комплексном подходе к решению вопросов безопасности.
ОАО "Автоматгормаш им. В.А.Антипова " совместно с ДонУГИ, МакНИИ, ИГТМ НАНУ и другими институтами разработал концептуальную идею предупреждения развития аварий с помощью технологических средств, мониторинга технологических процессов и оборудования шахты для обеспечения безопасных и эффективных условий добычи угля. Идея работы системы заключается в обеспечении непрерывного контроля, анализа и прогноза различных видов опасности, возникающих при осуществлении горных работ, с максимальным использованием технических средств, современных информационных технологий и микропроцессорной техники, работающих на основе созданных алгоритмов и специального программного обеспечения, с выдачей информации на терминальное устройство, речевым и световым оповещением о развитии опасности в виде трех сообщений "норма", "опасно", " работы прекратить".
Эти принципы положены в основу создания автоматизированной системы противоаварийной защиты шахт (АСПАЗШ), которая разрабатывается для повышения уровня безопасности и снижения аварийности на шахтах Украины с использованием новых теоретических подходов и научных разработок на основе современных мировых достижений в области информационных технологий и сенсорной техники. АСПАЗШ предназначена для:
-многофакторного контроля и приборной оценки безопасности горных работ шахты;
-контроля и прогноза состояния всего технологического процесса угледобычи и его составных частей в части выбросоопасности, воздухоснабжения, состояния электроснабжения и средств защиты, метановыделения, пожароопасности;
-понятия правильных технологических и управленческих решений, обеспечивающих безопасность ведения работ, для каждой конкретной ситуации на основе компьютерного анализа и прогноза состояния технологической обстановки шахты;
-постоянного совершенствования горного хозяйства, оборудования, отдельных элементов всей системы в целях их рационального и совместного функционирования в конкретных технологических цепочках. АСПАЗШ обеспечивает:
-распознавание развития аварийных ситуаций на начальных стадиях с помощью технологических и организационных мер, прекращение развития аварий;
-обработку информации о состоянии элементов, узлов, окружающей среды, горного массива и других составляющих шахтной технологической цепи, моделирование и прогноз с целью поиска рациональных управленческих решений;
-оснащение шахт создаваемыми техническими средствами диагностики, автоматизации, сбора и обработки информации. Создание и совершенствование технологических средств контроля, прогноза в управления угольными предприятиями существенно повысит безопасность и эффективность работы шахт.
ОРешение задачи сокращения аварий, возможно, осуществить с помощью систем прогноза развития аварии. Любая система контроля должна реагировать на отклонение технических параметров, что контролируется изменением характеристик объекта по отклонению критериальных (основных) показателей, характеризующих объект как выходящий за пределы нормального (штатного) состояния. Система контроля должна оценивать изменение характеристик опасности объекта по каждому из отслеживаемых параметров, то есть прогнозировать ухудшение обстановки за время tу и при определении скорости роста опасности должна обеспечивать исключение влияния аварийного процесса за время.tу < < tра - развития аварии, не допуская выхода объекта до критического состояния с целью исключения работ до ликвидации аварии за время tла.
Непрерывный контроль, прогнозирование и анализ различных видов опасности, возникающих при выполнении горных работ, с использованием современных информационных технологий на основе созданных алгоритмов и специального программного обеспечения позволяет человеку, ответственному за эти процессы, принимать решение. Кроме того, информация об аварийной обстановке и процессе выполнения работ может использоваться в режиме прямого управления. Качественная картина развития аварии может быть проиллюстрирована рисунком 1.
|
Рисунок 1 - Характеристики опасности объекта При коэффициенте корреляции К=0,83
характеристика объекта аппроксимируется по формуле:
 |
Построение подобных систем должно обеспечиваться правильным выбором критериальных параметров и качественной обработкой информационных потоков, поступающих от технических средств, контролирующих изменение этих параметров, а также выводом объекта по специально разработанным программам из аварийного состояния.
Чем меньше время упреждения, тем раньше будет осуществлен процесс предотвращения развития аварии и тем меньше производственные и экономические потери от перехода контролируемой системы к нештатной ситуации. При создании системы определяющими факторами являются качественный выбор и определение критериальных параметров и качественно разработанное программное обеспечение, адаптированное к объекту контроля.
Создание оборудования для производств с особо опасными условиями труда является весьма сложной задачей. Конструирование оборудования для технологических процессов добычи угля должно осуществляться с учетом технических средств, которые органически связаны с системами управления оборудованием. Имеют устройства диагностики и противоаварийной защиты, обеспечивающие распознавание пред аварийной ситуации на начальных стадиях. Ранее существовавшие методы построения оборудования, создания средств защиты машин должны быть пересмотрены, а вновь создаваемое оборудование должно иметь встроенные средства противоаварийной защиты, адаптированные к опасностям, реально существующим в добычных и проходческих забоях угольных шахт Украины и России.
В соответствии с утвержденной Кабмином Украины «Программой повышения безопасности работ на угольных шахтах» отраслевые институты во П. кв. 2002г. приступили к разработке «Автоматизированной системе противоаварийной защиты шахт» (АСПАЗШ), «Автоматгормаш им. В.А. Антипова» является головной организацией по созданию АСПАЗШ.
В соответствии с программой выполнения работы в 2002г. разработаны технические задания на систему и ряд ее подсистем, а также структурная схема АСПАЗШ, основой которой является единая компьютерная сеть, включающая в себя подсистемы, обеспечивающие безопасность ведения Работ и жизнедеятельности обслуживающего персонала, контроля работы и состояния ГШО в очистных проходческих забоях, в том числе стационарного оборудования, состояния шахтной атмосферы, горного массива, метановыделения, а также комплекс задач материально-технического снабжения, коммерческо-экономических служб, медико-технологического подбора кадров, подготовки и переподготовки кадров и др. Для обслуживания системы АСПАЗШ, которая является открытой, развивающейся, обеспечивающей подключение, как существующих, так и вновь разрабатываемых подсистем, создается общешахтная компьютерная сеть, к которой могут быть подключены подсистемы через концентраторы и приемно-передающие устройства, работающие на любом уровне АСПЗШ.
Как показывают теоретические исследования, система АСПАЗШ является многоуровневой, включающей в себя «нулевой уровень» - уровень управления технологическими процессами добычи угля и его транспортирования, а также проходку горных выработок. К этому уровню относятся подсистемы управления, контроля и диагностики ГШО, оценки основных видов опасности в процессе выполнения технологических задач.
На этом же уровне решаются задачи безопасности с прогностической оценкой, возникающих нештатных (предаварийных) ситуаций. Информация от добычных и подготовительных забоев обрабатывается каждой из подсистем, обслуживающих очистные и подготовительные забои, а также транспортные системы на основе многофакторного контроля и анализа состояния оборудования и технологической среды, и поступает на приемно-передающее устройство, связанное с концентратором информации, которой в обобщенном и обработанном виде передает ее на более высокий - первый уровень в центральную ПЭВМ, соединенную с устройством (сервером), разделяющим ее на три информационных потока:
1 - «норма»; П. - «предаварийная ситуация» - ППА и Ш - ликвидация аварии - ПЛА. В обработанном виде информация поступает на второй уровень. Задачей технических средств второго уровня является обеспечение информацией горного диспетчера, руководителей: технических служб производственных участков директора шахты, главного инженера, главного механика. Эта информация необходима для рационального ведения горных работ и учитывает состояние взаимосвязанных участков. При этом каждый технологический объект рассматривается как единое целое в цепи, обеспечивающей ведение горных работ. На основании получаемой информации технические средства должны определять текущее и прогнозируемое состояние технологической цепи по комплексу показателей. При этом «живучесть» всей системы определяется и возможностью достоверной диагностики отдельных узлов, а также способностью управления объектами, размещенными на большой удаленности друг от друга - до 10 км.
В обратном виде информация поступает к руководителю горных работ (горному диспетчеру), а также в локальную сеть ПЭВМ директора производства, участвующих в его управлении. АСПАЗШ предусматривает оповещение шахтеров на рабочих местах о возникшей опасности с помощью системы аварийного оповещения. Разработанные для системы АСПАЗШ подсистемы контроля опасностей могут использоваться, как в составе системы, так и самостоятельно для контроля и прогноза различных видов опасностей. Однако для каждой конкретной шахты должен разрабатываться индивидуальный проект для оснащения ее АСПАЗШ, который будет учитывать технологические и горно-геологические особенности шахты, ее техническое оснащение с учетом конкретных видов опасности, присущих конкретной шахте. Учитывая, открытость системы АСПАЗШ, она может быть дополнена любыми подсистемами, повышающими эффективность и безопасность работ.
| В библиотеку |