Известно, что авария является результатом одновременного появления определенного аварийного комплекса. В простейшем случае аварийный комплекс может состоять из двух составляющих. Например, для возникновения вспышки или взрыва метана необходимо и достаточно одновременное появление взрывоопасной концентрации газа и источника воспламенения Обычно рассматривают появление опасной концентрации и возникновение источника воспламенения как независимые случайные события Тогда вероятность возникновения взрыва может быть записана:
Появление опасной концентрации метана может быть результатом нарушения режима проветривания, интенсивного выделения метана или его внезапного выброса. Источником воспламенения может оказаться выброс пламени из шпуров при ведении взрывных работ, пробуксовка транспортерной ленты на барабане конвейера, выброс пламени из взрывобезопасных оболочек (без нарушения их исправности), электрическая дуга при коротких замыканиях в гибком либо бронированном кабеле и т. п. С этой точки зрения значительный интерес представляют числовые характеристики функций распределения времени нормального функционирования системы проветривания и времени нарушения функционирования системы проветривания подготовительных забоев.
Для исследования случайной величины – времени нормального функционирования – необходима гипотеза о математической модели. С этой целью изучим причины, вызывающие нарушения проветривания подготовительных забоев. Статистические данные показывают, что нарушение проветривания подготовительных забоев происходит из–за отсутствия электроэнергии (48,7%); плановых остановок главного вентилятора (21,4%); плановых остановок забоя (25,3%), отказов магнитных пускателей и вентиляторов местного проветривания (3,3%) и прочих причин – (1,3%) Рассмотрим каждую причину отдельно.
Отсутствие электроэнергии наблюдается из–за перерывов в электроснабжении: одного забоя –9,2% (в том числе вследствие срабатывания реле утечки – 8,1% и срабатывания максимальной защиты – 1,0%), го зонта – 12,6% и шахты – 26,9% том числе аварийное отключение 2,5%). Следует подчеркнуть, что зафиксированные перерывы в электроснабжении по горизонту и по шахте (39,5%) носят часто плановый характер и вызваны профилактическими либо монтажными работами.
Плановые остановки забоя вызываются обычно периодическими переносками вентиляторов местного проветривания, распределительных пунктов; передвижками трансформаторной подстанции, а также работами по обслуживанию и монтажу средств электрификации и автоматизации, переключением зажимов трансформаторной подстанции ТКШВП, заменой муфт на бронированном кабеле, проверкой максимальной защиты и аппаратуры автоматической аэрогазовой защиты, контрольными замерами уровня изоляции электрооборудования вентиляторов местного проветривания и т. д.
Плановые остановки главного вентилятора происходят из–за ревизии и контрольных реверсов, обмерзания вентиляторов, отключения электроэнергии районной подстанцией и т. п.
Магнитные пускатели вентиляторов местного проветривания выходят из строя из–за неисправности катушки контактора, промежуточного реле, недопустимого снижения уровня изоляции, а электродвигатели вентиляторов местного проветривания выходят вследствие старения изоляции, износа подшипников и т. п.
Плановые остановки обычно выполняются через определенные интервалы времени, т. е. ведутся с постоянной частотой и незначительной дисперсией, а все аварийные нарушения возникают внезапно, независимо от того, было ли ранее нарушение в данном забое или нет. Вполне очевидно, что статистические данные иллюстрируют установившийся поток нарушений нормального функционирования подготовительных забоев. Анализ упорядоченного статистического ряда указывает на асимметричность функции распределения. Среднее значение времени нормального функционирования, как показывают расчеты, достаточно близко к среднему кнадратическому отключению.
В качестве математической модели наиболее целесообразно использовать экспоненциальный закон распределения времени нормального функционирования. Результаты обработки статистических данных по времени нормального функционирования свидетельствуют о том, что эмпирические данные на графике расположены достаточно близко к теоретической функции распределения. Для определения стохастических параметров отдельных составляющих нарушений нормального функционирования подготовительных забоев можно использовать некоторые положения теории безгранично–делимых функций распределения и принципа суперпозиции.
Рассмотрим более подробно рис. 1. Здесь вероятности нормального функционирования подготовительных забоев показаны прямыми II (плановая остановка забоя), III (отключение электроэнергии по шахте), IV (плановая остановка из–за главного вентилятора), V (отключение электроэнергии по горизонту), VI (отключение электроэнергии в одном забое), VII (отказы магнитных пускателей и вентиляторов местного проветривания) и VIII (аварийное отключение электроэнергии по шахте).
Рисунок 1 – Вероятности нормального функционирования системы проветривания подготовительных забоев
Для исследования случайной величины – времени нарушения проветривания также необходима гипотеза о математической модели. Как и в случае со временем нормального функционирования, принимаем гипотезу об экспоненциальном законе времени нарушения проветривания подготовительных забоев. Значения теоретических функций распределения и эмпирические данные по времени нарушения проветривания достаточно близко совпадают и представлены на рис. 2 линиями и соответствующими обозначениями: I – отключение электроэнергии в одном забое; II –отказы ВМП и их пускателей; III – отключение электроэнергии по горизонту; IV – отключение электроэнергии по шахте; V – аварийное отключение электроэнергии по шахте; VI – по всем причинам; VII – плановая остановка забоя и VIII – плановая остановка из–за вентилятора главного проветривания.
Рисунок 2 – Вероятности продолжительности нарушений системы проветривания подготовительных забоев
Таким образом, экспериментальные точки расположены достаточно близко к аппроксимирующим теоретическим законам. Количественная оценка близости эмпирических данных к соответствующим функциям распределения с помощью критерия согласия А. Н. Колмогорова показала, что гипотеза о экспоненциальном законе не опровергается. Все это говорит о высокой интенсивности нарушений проветривания и значительной величине времени нарушения. Проведенные исследования позволяют утверждать:
1. Основными причинами нарушений проветривания подготовительных забоев являются: отключение электроэнергии (48,7%), плановые остановки подготовительного забоя (25,3%) и вентилятора главного проветривания (21,4%). Среднее время нормального функционирования подготовительного забоя составляет 125 час. Среднее время нарушения проветривания подготовительного забоя равно 3,76 час. Среднее количество нарушений проветривания подготовительного забоя достигает 68 раз в год, при этом суммарное время нарушения проветривания оказывается равным 255 час.
2. Продолжительность остановки ВМП в 85% случаев превышает 30 мин., что, как правило, достаточно для загазирования подготовительного забоя.
3. В 70% от общего количества простоев вентиляторов местного проветривания остановка их вызвана причинами, не зависящими от условий работы подготовительных забоев, при этом средняя длительность простоя ВМП составляет 2,5 час. Таким образом, резервирование электроснабжения ВМП имеет ограниченную эффективность.
4. Поскольку в большинстве случаев загазирование забоев неизбежно, следует процесс разгазирования полностью автоматизировать.