НАСКОВИЧ ВИТАЛИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ
Магистр факультета: компьютерных информационных технологий и автоматики
специльность: автоматизированные системы управления
тема магистерской работы: разработка компьютерной системы метановой опасности и его мониторинга в угольных шахтах
руководитель: проф. Красик Я. Л.
alekseich2004@mail.ru

7th International Mine Ventilation Congress June 17-22, 2001, Cracow, Poland

        МЕТАНОВАЯ ОПАСНОСТЬ И ЕЕ МОНИТОРИНГ

        В докладе изложены результаты исследований метановой опасности и её мониторинга для шахт, разрабатывающих угольные пласты с суфлярным выделением метана, а также склонных к внезапным выбросам угля и газа. Рассматривается: метод анализа системы «Человек - машина - среда» для определения различных видов опасности; многофакторные системы контроля взрывоопасных ситуаций с помощью анализа факторов риска. Дана теоретическая версия для оценки вероятности среднего числа взрывов метано-воздушной среды при наличии статистических данных, а также методы оценки системы мониторинга опасности и безопасного времени ее пребывания в состоянии отказа.
        В большинстве угледобывающих регионах Украины разрабатываются угольные пласты с высоким содержанием метана, опасные по внезапным выбросам угля и газа, а также суфлярным выделениям метана. Применяемые скваженные методы текущего прогноза выбросоопасности и контроля скорости газовыделения, а также сейсмоакустический метод аналогичного назначения становится все менее надежным в связи с переходом работ на более глубокие горизонты (1000м и более). Процесс бурения скважины небезопасен, так как при этом происходят внезапные выбросы и другие газодинамические явления.
        Сейсмоакустический метод в основном удовлетворяет требованиям горного производства, однако область его применения ограничена уровнем сейсмоактивного угольного пласта, кроме того этот метод не позволяет дифференцировать прогноз опасных зон по динамическим явлениям вдоль всей линии забоя, а также не учитывает влияние на выбросоопасность пласта давления горных пород, газа и физико-механических характеристик угольного массива в процессе его разрушения при выемке угля.
        Проведенные в 1980-1985г.г. Автоматгормашем, МакНИИ и ИГД им. А. А. Скочинского исследования подтвердили целесообразность создания системы автоматизированного прогноза выбросоопасности угольных пластов, основанного на контроле и анализе многофакторной информации.

        МНОГОФАКТОРНЬШ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ОПАСНОСТИ ВЗРЫВА МЕТАНА В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

        Условия работы шахт Украины отличаются от большинства угледобывающих предприятий других стран мира более высоким уровнем и многообразием видов опасности.
        За последние восемь лет (1991-2000г.г.) на шахтах Украины произошло более 40 взрывов и серьезных пожаров. В результате этих несчастных случаев погибли более 500 человек. Большинство взрывов инициированы взрывами метана в добычных и проходческих забоях или в результате выбросов газа. Взрывы с наиболее серьезными последствиями часто происходили по причине взрыва угольной пыли, вызванных взрывом метана.
        На пороге третьего тысячелетия мировой уровень электронных информационных технологий достиг значительных высот, 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.
        Система является открытой и может быть дополнена другими подсистемами, качественно выполняющими прогноз и оценку безопасности технологических процессов.
        Наиболее опасными факторами риска в подземных выработках являются взрывы (газа, пыли).
        Возникновению взрыва предшествует стечение ряда обстоятельств, которые обусловлены наличием объективно существующих видов опасности, обусловленных внезапными выбросами, горными ударами, скоплением метана в опасных концентрациях, недостаточным воздухоснабжением, озникновением пожароопасной обстановки, повышением температуры окружающей технологической среды, отсутствием общешахтных систем контроля: состояния изоляции высоковольтных кабельных сетей; подземных подстанций и средств защиты; источников потенциально возможного искрения и др.
        Простое перечисление различных видов опасности, сопутствующих подземным горным работам и их анализ свидетельствует о многофакторности процессов, предшествующих воспламенению (взрыву) взрывоопасной технологической среды угольной шахты.
        События, которые предшествуют развитию катастрофы, как правило носят случайный характер, обусловлены возникновением и развитием нескольких видов опасности и могут быть выявлены с помощью средств непрерывного контроля, многофакторного анализа и прогноза развития аварии.
        Фирмы-разработчики, как правило, заняты созданием технических средств контроля различных видов опасностей. В этом вопросе отсутствует системный подход и многофакторная оценка безопасности ведения горных работ.
        Идея работы заключается в многофакторном контроле, анализе и прогнозе различных видов опасности, возникающих при осуществлении горных работ с максимальным использованием технических средств, работающих на основе созданных алгоритмов и специального программного обеспечения, с выдачей информации на терминальное устройство о развитии опасности в виде трех условий: «норма, «опасно», «работы прекратить».
        Информация может сохраняться в специальных блоках памяти в течение времени, оговоренном техническим заданием на систему.
        Цель работы состоит в разработке и внедрении системы многофакторного контроля, прогноза и приборной оценки безопасности ведения горных работ при подземной добыче угля и проведении подготовительных выработок.
        Работа может быть выполнена с максимальным использованием имеющихся в производстве и вновь разрабатываемых средств контроля состояния аэрологической среды, пожароопасности. выбросоопасности и других факторов, неблагоприятное сочетание которых ведет к возникновению взрывоопасной ситуации.
        В состав «Системы ...» входят подсистемы обработки информации и контроля:
        • выбросоопасности и горных ударов;
        • воздухоснабжения шахты и температурных режимов;
        • состояния кабельных сетей и подстанций,коммутационных аппаратов и средств защиты;
        • содержания СН4, СО, объема поступающего воздуха;
        • пожароопасности и средств пылеподавления;
        • источников воспламенения и потенциально возможного искрения.
        На общесистемном уровне должны решаться задачи многофакторного анализа ситуационной обстановки с учетом реальных факторов риска и выделением наиболее опасных совпадений этих факторов для принятия конкретных решений.
        Прикладное программное обеспечение обработки и выдачи информации, являющееся ядром системы, включает в себя специальные алгоритмы обработки информации, для оценки опасности каждой из подсистем или системы в целом. Необходима разработка специальных программ для обработки информации, базирующихся на логико-вероятностных, регрессивных методах анализа информации с широким использованием метода пространства состояний и особенностей экспертных систем.
        Учитывая открытость «Системы ...», последняя может быть дополнена подсистемами контроля горного давления в опасных зонах, а также другими контрольными функциями, влияющими на безопасность ведения горных работ.
        Создание такой системы с лихвой окупится в случае предупреждения хотя бы одной из катастроф, происходящих на шахтах.
        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.
        Существующая на шахтах система опенки безопасности горных работ, практически не имеет обобщенной информации для комплексной оценки безопасности на отдельных участках шахты.
        Каждая служба горного надзора имеет «свою» информацию об опасностях преследующих горнорабочего.
        Существующий на шахтах контроль видов опасностей является периодическим и только параметры метановыделения. в ограниченном количестве, контролируются непрерывно. Эта информация поступает с запозданием к лицам, ответственным за безопасность, что не позволяет прослеживать возникновение опасной ситуации, прогнозировать ее развитие и своевременно принимать решение по локализации и устранению опасности.
        Учитывая изложенное, предлагается создать и внедрить комплексную систему многофакторного контроля и приборной оценки состояния безопасности ведения технологических процессов шахты, обеспечивающую раннее выявление развития и контроль потенциальных видов опасности, отображение на дисплеях опасных зон, с оповещением и выдачей рекомендации горнорабочим, находящимся в опасных зонах, а также регистрацией и отображением контролируемых подсистемами параметров.
        Рост нагрузки на очистной забой и повышение производительности труда рабочего лавы невозможен без прогресса в области безопасности горных работ, чему и должны быть отданы наивысшие приоритеты.

        ЗАКЛЮЧЕНИЕ

        Доклад посвящен актуальной проблеме контроля и предупреждения метановой опасности с помощью систем мониторинга.
        Рассмотрены теоретические аспекты возникновения взрывов. С учетом полученных результатов предлагается:
        • рассматривать шахтную метановую аэрологическую среду, как потенциальный источник взрыва, для исследования которого необходимо определить факторы риска, используя для анализа триединую систему «Человек - машина - среда»;
        • в качестве технических средств необходимо использовать многофакторные системы контроля и прогноза опасностей с целью упреждения развития аварии;
        • с помощью теоретических методов показано, что ущерб может быть уменьшен, либо исключен с помощью технических средств непрерывного контроля метановздушной обстановки и потенциальных источников искрообразования;
        • математическое ожидание времени восстановления системы мониторинга должно быть обязательно меньше безопасного времени пребывания системы в состоянии отказа. 7th International Mine Ventilation Congress June 17-22, 2001, Cracow, Poland