|
СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ШАХТ УКРАИНЫ, ИХ ВОЗМОЖНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ Ю.И.Шульга, канд. техн. наук; В.Г.Здановский, д-р техн. наук; Н.В.Кривцов, д-р техн. наук; Н.В.Игнатович, канд. техн. наук (ННДІПБОП) Источник: http://www.nbuv.gov.ua/portal/soc_gum/pop/2010_18/2010_18/opr1.pdf |
|
1.Создание автоматизированных систем управления и контроля горного производства (АСУ и КГП) в Украине и других угледобывающих странах Начиная с 70-х годов прошлого столетия, в развитых угледобывающих странах началось создание и внедрение автоматизированных систем аэрогазового контроля и управления горным производством. Первый образец такой системы был представлен английскими специалистами на Международной научно-практической конференции институтов по безопасности работ в горной промышленности, которая проходила в 1971 году в г. Донецк. Применение системы мониторинга состояния технологического оборудования, параметров аэрогазовой среды и управления этими параметрами, разработанной фирмами «Trolex Ltd» и «Continental Conveyor Ltd» (Великобритания), на шахтах Великобритании уже в течение 20 лет исключило возникновение крупных аварий, связанных со взрывами и пожарами. Аналогичные системы были созданы во многих развитых угледобывающих странах. В Испании это система RELIF-2000, Германии – SIWA-2000, Польше – система фирмы EMAG, Китае – японско-китайская система мониторинга CONSPEC и т.д. В большей или меньшей степени проработанные системы мониторинга параметров безопасности и управления технологическими процессами применяются также в США, Канаде, ЮАР, Австралии, Японии, Иране. В Украине на протяжении последних 30 лет разрабатывались и внедрялись устройства, которые частично позволяли контролировать состояние среды и оборудования. В частности, для контроля аэрогазовой обстановки на всех шахтах III категории по газу и выше применяется стационарная аппаратура контроля содержания метана с выдачей информации на поверхность на стойки приема информации СПИ-1, для контроля скорости и направления движения воздуха – измерители ИСНВ, для контроля оксида углерода – газоанализатор Сигма-СО-В и т.д. Кроме того, для контроля и управления проветриванием в тупиковых выработках применяется аппаратура контроля поступления воздуха в тупиковые выработки АПТВ. Телемеханическое управление вентиляторами местного проветривания и групповыми аппаратами осуществляется при помощи устройства телеуправления и телесигнализации ТУ, ТС «Ветер-1М», а управление конвейерами – аппаратурой АУК-1М. В 1993 г. институтом «Инсистемшахт» была разработана аппаратура АСУ ТП «Угледобыча шахты» и проведены приемочные испытания опытных образцов, в 1995 г. институтами «Автоматуглерудпром» (г. Конотоп) и ИППММС НАНУ (г. Киев) был разработан и изготовлен экспериментальный образец части аппаратуры ОШИС, однако в дальнейшем работы в этом направлении были прекращены. В 1998 г. МакНИИ был разработан аппаратно-программный комплекс представления и обработки информации об аэрогазовой обстановке в горных выработках КАГИ, 19 комплектов которого эксплуатируются на шахтах Украины. С 2002 г. научно-исследовательскими институтами угольной отрасли ведутся работы по созданию автоматизированной системы противоаварийной защиты шахт (АСПАЗШ). Однако к настоящему времени изготовлены лишь опытные образцы устройства противопожарного контроля горношахтного оборудования типа ППК и устройства системы контроля подачи воздуха и температурных режимов в выработках шахт типа СКПТ, которые могут являться отдельными элементами системы внутришахтной безопасности. В МакНИИ проведены испытания на взрывобезопасность с применением устройств ППК и СКПТ для установления возможности их эксплуатации в угольных шахтах. Таким образом, в Украине к началу третьего тысячелетия не было создано системы контроля промышленной безопасности и управления горным производством в целом и безопасности шахт в частности. 2. Концепция создания системы УТАС Угольные шахты Украины разрабатывают, в основном, тонкие пласты с большим количеством тектонических нарушений и слабыми боковыми породами. Средняя глубина разработки превышает 720 м, а 30 шахт работают на глубине 1000…1400 м. Около 90 % шахт газовые, 60 % – опасные по взрывам угольной пыли, 45 % – склонны к газодинамическим явлениям, а 25 % – самовозгоранию угля. В 30 % очистных и подготовительных забоев температура воздуха превышает санитарные нормы. На шахтах отрасли имеет место высокий уровень травматизма и аварийности. В 2004 году было травмировано около 10 тыс. чел., из них 200 чел. – со смертельным исходом. Показатель смертельного травматизма на 1 млн тонн составил 2,5, что на порядок выше, чем в передовых угледобывающих странах. Основными травмирующими факторами являлись транспорт и подъем (21 %), взрывы газа и пыли (20 %), обвалы и обрушения (14 %), падение людей (8 %), поражение электротоком (6 %); газодинамические явления (1 %). Особую опасность представляют аварии с групповыми несчастными случаями, связанные со взрывами газа и пыли, подземными пожарами, обрушениями горных пород, газодинамическими явлениями, аварии на шахтных подъемах. В 2001…2004 гг. в подземных выработках шахт произошло 9 взрывов газа и пыли (погибло 120 чел.), 140 экзогенных и эндогенных пожаров (38 чел.), 88 обвалов и обрушений (166 чел.), 13 внезапных выбросов угля и газа (54 чел.). В настоящее время в Украине широко применяются устройства, которые частично позволяют контролировать состояние среды и оборудования. Но все они не обеспечивают в полном объеме контроль как состояния безопасности, так и непрерывный контроль параметров работы горно-шахтного оборудования, что не позволяет решать задачу повышения уровня безопасности комплексно и в полном объеме для всего технологического цикла шахты. В соответствии с постановлением Кабинета Министров Украины от 18.01.2001г. № 25 и от 31.03.2003г. № 413 ГП «Петровский завод угольного машиностроения» была приобретена новейшая технология фирмы «Continental Conveyor Ltd» (Великобритания) для создания и серийного производства унифицированной телекоммуникационной автоматизированной противоаварийной системы УТАС. Проектировщиками и специалистами завода эта лицензионная технология была доработана с учетом особенностей угледобычи в Украине и адаптирована к местным условиям. Данная система предназначена для обеспечения комплексной безопасности шахт путем контроля и управления параметрами машин и окружающей среды в горных выработках шахт и автоматизированного управления машинами и технологическими комплексами, а также передачи данных о состоянии ГШО и атмосферы выработок диспетчеру на поверхность. Область применения системы – угольные и горнодобывающие предприятия, в том числе, опасные по газу и пыли, с оборудованием на поверхности и под землей, а также другие предприятия, где требуется контролировать и передавать на расстояние параметры работы оборудования. 3. Характеристика системы УТАС Сигналы о состоянии горных машин, механизмов, оборудования и окружающей среды поступают в Систему от соответствующих датчиков, установленных как в шахте, так и на поверхности. Эти сигналы поступают на программируемые контроллеры, которые их регистрируют, анализируют и подают команды на сигнализацию или отключение при превышении параметрами установочных значений, а также передают эту информацию по цифровому каналу связи в диспетчерскую шахты. В зависимости от ситуации диспетчер формирует управляющие команды, которые передаются на контроллеры оборудования, установленного как под землей, так и на поверхности для включения и отключения. Основными задачами системы при ее использовании на угольных шахтах являются:
Система УТАС обеспечивает выполнение следующих функций:
В основу построения системы УТАС заложены следующие системотехнические принципы:
При построении системы УТАС используются технические средства, которые классифицируются:
В типовой состав технических средств подземной части системы УТАС входят следующие элементы:
К техническим средствам системы УТАС могут быть подключены любые внешние контролирующие и исполнительные устройства, а также аппаратура автоматизации. Внешние устройства выполнены таким образом, что есть возможность их применения в горных выработках шахт, в т.ч. опасных по газу, пыли и внезапным выбросам. В типовой состав поверхностной части системы УТАС входят следующие элементы:
В июле 2005 года была создана авторитетная рабочая группа по изучению системы УТАС, опыта ее внедрения и функционирования на нескольких шахтах Донбасса. В состав рабочей группы были включены видные ученые и специалисты ННИИПБОТ, НАНУ, КПИ, МакНИИ, Госгорпромнадзора, других ведущих организаций и учреждений, занимающихся проблемами безопасности в шахтах и созданием таких систем безопасности. Группой были предложены рекомендации:
Как видно из вышеизложенного, система УТАС представляет собой разветвленную коммуникационную систему отображения информации, которая зарекомендовала себя положительно в осложнённых и тяжелых условиях функционирования на различных горизонтах шахт, а именно: по запылённости, повышенной влажности и температуре, работе горно-шахтного оборудования и подъемно-транспортных механизмов. Такую круглосуточную и бесперебойную работу в течение всего срока службы шахты может обеспечить только очень надёжное и совершенное оборудование, которое не только контролирует все параметры внутришахтной среды и технологического оборудования, но и является диагностической системой непрерывного контроля. Она способна выделять нештатные и опасные режимы и события, отображая их средствами предоставления информации, фиксирует их, предупреждает об их возникновении с помощью средств сигнализации, т.е. является одновременно и советчиком. Однако этим не ограничиваются ее функциональные возможности, т.к. система УТАС может и должна быть:
В связи с этим авторами статьи предлагается разработка и внедрение целого комплекса мероприятий по реализации её функциональных возможностей. 4. Система безопасности УТАС как один из специфических видов неразрушающего контроля В статье, подготовленной коллективом научных сотрудников ГП Институт «УкрНИИпроект», анализируется актуальность проблем контроля надёжности горно-шахтного оборудования (ГШО) и его безаварийной работы. В статье также отмечено, что профилактика и предотвращение аварий в шахтах, количество которых может превышать многие десятки тысяч в год, является основным средством предотвращения травматизма на производстве в угольной отрасли. Расследованиями и опытом установлено, что даже незначительного дефекта электрооборудования (искрения) или местного повышенного трения конвейерной ленты может быть достаточно для взрыва метановоздушной или пыле-метановоздушной смеси. Такие резонансные аварии первой категории даже при отсутствии газодинамических явлений приводят к многочисленным жертвам в шахтах. Как известно, Украина является одним из мировых лидеров по числу погибших шахтеров на 1 млн тонн добытого угля. Исходя из этого, можно констатировать, что поддержание оборудования, работающего в подземных условиях, в постоянном работоспособном состоянии является сложной научно-технической проблемой. Одним из способов ее решения является профилактика и непрерывный неразрушающий контроль не только состояния технологического оборудования, но и параметров подземной среды, в которой находится персонал и оборудование. К нему относятся, прежде всего, аэрогазовый контроль внутришахтной атмосферы, который обеспечивает нормальные микроклиматические условия работающих и анализирует наличие и концентрацию потенциально опасных компонентов, прежде всего метана и взрывоопасной пыли в воздухе. Одним из наиболее надежных средств неразрушающего контроля, объединяющим в себе как аэрогазовый контроль в шахте, так и диагностику действующего оборудования, является унифицированная телекоммуникационная автоматизированная система (УТАС) [3]. Автоматизированная противоаварийная система УТАС является комплексным устройством непрерывного контроля в режиме реального времени природных и технологических процессов в шахте. Она включает в себя измерители (датчики), систему передачи данных и электронно-аппаратную составляющую, которые объединены в целостный комплекс на основе современных достижений электронной техники и средств измерений. Более чем пятилетний опыт промышленной эксплуатации системы показывает, что как средство неразрушающего контроля, обеспечивающее надежность работы подземного оборудования и безопасность работающих, система УТАС полностью себя оправдала. За этот период по сведениям, поступающим от шахт и разработчика системы (Петровский завод угольного машиностроения), обобщенным ННИИПБОТ, на 22-х шахтах, оснащенных системой УТАС, предотвращено развитие более 150 опасных дефектов оборудования и аварийных ситуаций. Накопление положительного опыта в результате освоения системы и превращение её в штатный элемент эксплуатации шахт уже повлияло не только на уменьшение факторов возникновения масштабных аварий, но и на снижение травматизма. Данные за последние 2 года, которые надо тщательно проанализировать по всем факторам влияния, показывают существенное снижение травматизма от тяжелых аварий в результате подземных взрывов – в среднем с 300 чел. (1992…2000 гг.) до 150 чел. (2008…2009 гг.). После более чем печального для всей страны 15-летнего периода, когда только в одной шахте погибало до 100 чел. за год, это можно считать положительной тенденцией, которую необходимо закреплять. Естественно, что мы еще не можем считать себя застрахованными от рецидивов недавнего прошлого. Кроме того, до благополучия еще очень далеко – смертельный травматизм необходимо снизить не в 2 раза, а, как минимум, на порядок. Исходя из этого, нами предлагается программа ускоренного оснащения всех опасных по газодинамическим явлениям, взрывам газа и пыли угольных шахт Украины системами УТАС, её совершенствования, сертификации и научно-технического сопровождения [3]. В связи с тем, что в последнее время системе УТАС уделяется особое внимание со стороны Госгорпромнадзора, Минуглепрома и Кабинета Министров Украины, а также учитывая необходимость ознакомления научно-технической общественности и специалистов с передовыми достижениями в области промышленной безопасности и диагностики по предотвращению тяжелых аварий и травматизма, в статье акцентируется внимание читателей на особенностях этой системы, а также проблемах ее совершенствования и превращения в управляющую систему безопасности опасных по газу шахт Украины. Это тем более необходимо, что вся система и ее отдельные элементы запатентованы, и знание ее особенностей сегодня необходимо широкому кругу специалистов – угольщикам, работникам экспертно-технических центров и инспекций Госгорпромнадзора, многим другим специалистам, занятым проблемами безопасности в промышленности и на транспорте, например, в метрополитене. Библиографический список 1. Кулиш В.А., Крылов Э.С., Яций А.В. и др. Применение неразрушающего контроля для оценки технического состояния и паспортизации объектов технологических комплексов угольных предприятий // Інформаційний бюлетень з промислової безпеки. – К.: ННДІПБОП, 2009. – № 4 (16). – c.3-6. 2. Здановський В.Г., Ігнатович М.В., Єсипенко А.С., Селезньов В.О. Запобігання аварійності в шахтах – основа зниження травматизму // Інформаційний бюлетень з охорони праці – К.: ННДІПБОП, 2009. – № 4 (54). – c.3-9. 3. Ігнатович М.В., Здановський В.Г. Перспективи впровадження автоматизованої протиаварійної системи УТАС // Інформаційний бюлетень з промислової безпеки – К.: ННДІПБОП, 2009. – № 4 (16). – c.19-21. |