Автоматизированные средства и системы управления технологическими процессами для повышения безопасности

     Любое производство характеризуется взаимосвязями, которые определяются координатами "Человек - Машина - Среда". Подземная добыча осуществляется при повышенной опасности для шахтеров, работающих в условиях труднопредсказуемого поведения горного массива, значительных запыленности, влажности и температуры окружающей среды, газообильности, пожаро- и взрывоопасности. Это обусловливает большую вероятность возникновения аварий.

     Один из путей удаления человека из наиболее опасных зон - создание автоматизированных систем с информационными возможностями, позволяющими не только управлять, но и прогнозировать, предупреждать возникновение предаварийных ситуаций в горном производстве. Лучших результатов по показателю снижения травматизма на 1 т угля добились США -0,06 случаев и ФРГ - 0,54. В России с 1994 по 2002 г. приходится 1,4 случая, в Украине до 2,5. Повышение уровня безопасности достигается за счет: благоприятных горно-геологических условий, высокого технического уровня горной техники по производительности, надежности, сроку службы и безопасности эксплуатации, технологии и организации ведения работ, квалификации рабочих, их социальной обеспеченности (40-часовая рабочая неделя, льготы на медицинское обслуживание) как предпосылки укрепления производственной дисциплины.

     Техническое перевооружение началось в Украине с 1995 г. и к 2003 г. уровень комплексной механизации очистных работ значительно повысился, а комбайнового проведения выработок доведен до 43%, возрос уровень автоматизации добычных и проходческих комбайнов. Эти изменения позволили снизить травматизм, однако потребовали модернизации транспортной цепочки, стационарного оборудования, поверхностного комплекса, совершенствования вентиляционных сетей, приборной оценки газодинамических явлений, аэрологического контроля в выработках, реконструкции энергетического хозяйства.

     Увеличение темпов ведения горных работ существенно усложняет безопасное участие человека в технологическом процессе угледобычи. Важно правильное распределение выполняемых операций между человеком и машиной, что требует значительного повышения уровня автоматизации, диагностики и информативности систем управления. На шахтах следует модернизировать технические средства визуализации в диспетчерских и повысить уровень квалификации операторов и диспетчеров. Как показывает анализ, необходим новый системный подход к работе технологических звеньев по добыче угля, учитывающих многофакторность и сложность горного производства. Эффективность горнодобывающего предприятия, обеспечивающего более высокий уровень безопасного ведения работ, невозможна без современных средств информационных технологий и автоматизации.

     Ведущим институтом по автоматизации в отрасли является ОАО "Автоматгормаш» им. В. А. Антипова", который с 60-х годов проектирует системы: управления ГШО (добычными и проходческими комбайнами, стругами, выемочными агрегатами, крепями, автоматизированными очистными комплексами), диагностики, контроля и защиты аппаратов; контроля и диагностики подъемных установок; контроля безопасности в добычных и проходческих забоях в условиях выбросоопасности; управления без постоянного присутствия людей в забое (вне зоны видимости), а также громкоговорящую связь. Выполняет диагностику вентиляторов, компрессоров, водоотливных установок, калориферов.

     Разработана и серийно выпускается аппаратура управления добычными комбайнами САУК (для ГШ-68), УРАН (для К101), КД-А (для КА80, К103, УКД200-250, К200, КА101УД), КУАК (для РКУ), КС500Ч (для КДК500, КДК700, КДК400), КУОК (для УКД300). Передана на серийное производство аппаратура КПТ-13 автоматизации и управления проходческими комбайнами (для П110, П220), КУАП (для4ПП-2), КПТУ (для П110, П220); аппаратура диагностики и контроля вентиляторов и насосов. Серийно выпускается аппаратура управления стругами (АРУС) и разработана конструкторская документация на аппаратуру управления струговыми комплексами для тонких пластов; создания аппаратура управления крепями КМ138, ДМА, КДДА, ДТА, КД90ТА. Разрабатывается автоматизированный комбайновый комплекс для тонких пластов без постоянного присутствия людей в забое. Изготовлены опытные образцы аппаратуры контроля и управления добычными комбайнами с учетом работы на выбросоопасных и метаноносных пластах (КТЗ) и проходческими комбайнами с контролем выбросоопасных ситуаций (КПКАГ) и с возможностью передачи информации на поверхность диспетчеру. Серийно выпускается технологическая связь (КУМ, АС-ЗСМ) и изготовлены опытные образцы лавной громкоговорящей связи с аварийным оповещением (КУТС). Передана в эксплуатацию аппаратура диагностики и управления компрессорными установками КАСС.

     Отдельные аппараты разрабатывают и другие институты отрасли:

     * Автоматуглерудпром (г. Конотоп) - технические средства контроля аэрогазовой среды, системы управления вентиляторами местного проветривания,шахтную стволовую связь, датчики СН4, СО, СО2, О2 и скорости воздуха в выработках;

     * Донгипроуглемаш - системы управления и диагностики конвейеров и конвейерных линий;

     * НИИГМ им. Федорова - системы управления стационарными установками;

     * МакНИИ - аэрогазовый и метановый контроль (аппаратура КАГИ);

     * НИИГД "Респиратор" - средства контроля пожароопасных ситуаций и пожаротушения;

     * НИПИ "Углеавтоматизация" - автоматизированные системы управления углеобогатительными фабриками, приборы технологического контроля.

     Как показывает опыт, автоматизация отдельных операций не решает в полной мере задачу сокращения нештатных ситуаций и аварий. Эти средства автоматизации, как правило, не выполняют функции прогноза и упреждения нарушения технологического процесса, т. е. необходимо создание общешахтных систем для комплексного решения задач безопасности.

     Институты отрасли ведут работы и по комплексным общешахтным системам. В 80—90-е годы Автоматгормаш, Автоматуглерудпром, Инсистемшахт, Институт проблем математических машин и систем НАН Украины разработали общешахтную автоматизированную информационную систему (ОШИС), которая предполагала контроль отдельных параметров машин с передачей информации диспетчеру. ОАО "Автоматгормаш им. В.А. Антипова" с рядом отраслевых институтов разработана Концепция создания автоматизированной системы противоаварийной защиты шахт (АСПАЗШ). Учитывая важность вопроса по обеспечению безопасности, Кабинет Министров Постановлением № 939 утвердил "Программу повышения безопасности труда в угольных шахтах", в рамках которой Автоматгормаш совместно с другими институтами в 2002 г. разработал техническое задание на АСПАЗШ.

     АСПАЗШ предусматривает управление шахтой с точки зрения оптимизации по фактору безопасного ведения работ, технологическими ее звеньями и отдельными механизмами с прогнозом возникновения предаварийиой ситуации, с учетом влияния "человеческого фактора". Это информационно-прогностическая управляющая система с широкими возможностями по локальному управлению процессами с передачей информации о предаварийной и нештатной ситуации руководящему персоналу в шахте и на поверхности. Она контролирует не только граничные величины, но и темп протекания процесса, тенденцию и скорость ого изменения, что позволяет вести "предсказание" возникновения опасности, т. о. прогноз состояния оборудования, аэрологической обстановки, пожароопасной ситуации, поведения горного массива, окружающей среды и т. д.

     АСПАЗШ объединяет локальные подсистемы в общешахтную компьютерную сеть. Подсистемы имеют широкие функциональные возможности по управлению, конструктивно увязаны с оборудованием, что предполагает выполнение функций управления, регулирования, контроля и защит.

     АСПАЗШ предусматривает выполнение 14 работ. В 2002 г. разработаны методические основы оценки состояния технологических звеньев действующих шахт и осуществлено их ранжирование для определения этапов по переходу к АСПАЗШ, произведено ранжирование шахт по состоянию горного хозяйства, технической оснащенности и профессионального уровня кадров, проведены экспериментальные работы по определению диагностических параметров для создания автоматизированного контроля и управления технологическими процессами угольной шахты, разработана структурная схема и ТЗ на АСПАЗШ. К началу 2006 г. изготовлены опытные образцы и подготовлена разрешительная документация на проведение шахтных испытаний устройства противопожарного контроля горно-шахтного обо¬рудования и системы контроля воздухоснабжения и температурных режимов в выработках шахт.

     В стадии разработки находятся подсистемы: комплекса технических средств для прогноза вэрывоопасности рудничной атмосферы вдоль линии забоя; устройства сбора и передачи информации основных параметров машин и систем; системы дистанционного управления с безопасного расстояния для очистных машин и комплексов. Разработано техническое задание на систему контроля пылегазового режима по фактическому запылению. Проведены исследования и эксперименты, разработаны технические требования по математическому и программному общесистемному обеспечению АСПАЗШ и по общей компьютерной сети для контроля и управления шахтой в нолях снижения аварийности. Выполнен анализ информационных потоков и создана первая редакция системы плана предупреждения аварий (ППА).

     Следует отметить, что из-за недостаточного финансирования в 2005 г. некоторые работы остались не завершены, многие не начаты.

     Выводы. Технические средства автоматизации новых видов горно-шахтного оборудования, построенные на основе промышленных контроллеров с использованием компьютерных, информационных технологий и сенсорной техники, позволили включить в контур управления машинами средства, повышающие безопасность обслуживания и снижающие аварийность за счет своевременной диагностики состояния ГШО и протекания технологических процессов. Для повышения уровня безопасного ведения работ наряду с созданием современных машин и технологий необходим комплексный подход к разработке автоматизированных прогнозных общешахтных систем противоаварийной защиты, которые позволяют управлять шахтой с точки зрения оптимизации по фактору безопасности.