Устройство прогнозирования опасности взрыва метановоздушной смеси в шахте

Взрыв метановоздушной смеси и угольной пыли в шахте приводит к травмам и смерти людей, разрушению и повреждению выработок. Принцип действия современных систем газовой защиты основан на измерении концентрации метана и отключении электроэнергии при превышении ею заданного уровня (аппаратуры МЕТАН, КАГИ, УТАС). Однако, существует ряд технических и организационных проблем, вследствие которых они не обеспечивают приемлемую безопасность ведения горных работ [1].

Целью данной работы является повышение эффективности функционирования автоматической газовой защиты (АГЗ) шахты путем прогнозирования взрывов метановоздушной смеси. Для решения задач прогнозирования необходимо установить причины события Взрыв метановоздушной смеси, для чего составлено дерево данного события (рис. 1). Событие взрыв является конъюнкцией следующих состояний: повышенная концентрация метана, наличие источника воспламенения, отказ АГЗ. Состояние повышенная концентрация метана является реализацией случайного процесса, данное состояние дискретно и не известно до проведения измерения. Состояние наличие источника воспламенения описано в теории защитного отключения электрооборудования [1], каждый источник воспламенения характеризуется вероятностью нахождения в опасном состоянии, при этом данная вероятность определяется не только типом оборудования и условиями его эксплуатации, но и прочими факторами, такими как производственная культура, состояние рудничной атмосферы и т. д. Состояние отказ АГЗ возможен при выходе из строя любого из образующих функциональных компонентов. Существует самодиагностика некоторых отказов, так применением специальных интерфейсов (например, токовой петли) возможна самодиагностика неисправности датчика и линии связи, но все же большая часть функциональных компонентов не обладает данным свойством [2]. Однако известна наработка на отказ элементов АГЗ, таким образом, вероятность выхода ее из строя является определенной функцией времени [3].

Предлагаемое устройство (рис. 2) на основании данных о состоянии рудничной атмосферы и электрооборудования, а также АГЗ на участке рассчитывает вероятность опасного состояния. Данное устройство предназначено для диагностирования состояния оборудования участка, а также для сигнализации опасных состояний.

Устройство выполняет следующие функции: регистрацию концентрации метана через равные промежутки времени и формирование текущей выборки концентрации; вычисление скорости изменения концентрации метана; корреляционный анализ текущей выборки концентрации с опасными выборками; учет ресурса аппаратуры газовой защиты и датчиков метана; учет ресурса коммутирующей и пусковой аппаратуры участка; учет количества повреждений кабеля (учет количества срабатываний токовой защиты и реле утечки тока); расчет вероятности безотказной работы оборудования на основании априорных данных и измеренного времени работы. Устройство реализуется с использованием микроконтроллера. Функции, выполняемые данным устройством, позволяют осуществлять опережающее отключение при двухуровневом контроле концентрации метана благодаря регистрации скорости нарастания концентрации метана. Выполнение корреляционного анализа процесса метановыделения позволяет прогнозировать опасные состояния и планировать организационные и технические мероприятия по дегазации. Учет ресурса электрооборудования и АГЗ позволяет корректировать сроки проведения плановых технических обслуживаний и ремонтов, определять вероятность отказа данного оборудования, следовательно, и безопасность проведения горных работ на данном участке. Учет количества повреждений кабеля на участке позволяет вычислять вероятность возникновения источника воспламенения на контролируемом участке, что позволяет проводить организационные мероприятия по охране труда.

Рисунок 1 – Дерево события взрыв метановоздушной смеси

Рисунок 2 – Логическая схема устройства прогнозирования опасности взрыва

Список использованной литературы

1. Расследование и предотвращение аварий на угольных шахтах: в III т. / [А. М. Брюханов, В. И. Бережинский, В. П. Колосюк и др.] под ред А. М. Брюханова. Т I – Донецк.: Вебер (Донецкое отделение), – 2004. – 548 с.
2. Медведев В. Н. Контроль содержания метана в шахтной атмосфере / В. Н. Медведев. // Уголь Украины. – 2008, №3 – С. 37–40.
3. Приборы шахтные газоаналитические. Общие технические требования. Методы испытаний: ДСТУ ГОСТ 24032:2009 (СТ СЭВ 6455:88) [Чинний вiд 2009.01.01] – М.: Изд‑во стандартов, 1989. – 36 с. – (Національний стандарт України).