Управление рисками при подземной добыче угля

Аннотация

В статье рассматриваются всевозможные риски при подземной добыче угля, а так же механизмы повышения уровня промышленной безопасности.

Угольная промышленность является одной из стратегических отраслей России. При этом разрабатываемые месторождения, прежде всего Кузбасса и Воркуты, являются высоко-метаноносными, и при их разработке подземным способом выделяется в среднем 18,6 куб. м метана на 1 т добываемого угля. Существует устойчивая тенденция перехода горных работ на большие глубины и усложнения горно-геологических условий. Наряду с интенсификацией добычи угля эти причины в ходе техногенного изменения геосистемы обусловливают повышение рисков аварий и аварийных происшествий, вызванных газодинамическими проявлениями. Согласно государственным стандартам Российской Федерации [1] риск может быть классифицирован как сочетание вероятности события и его последствий.

В настоящее время происходит техническое перевооружение горных предприятий, и многие шахты работают по системе «лава – шахта», что предопределяет повышенную концентрацию работ. На подобных шахтах задача прогнозного выявления факторов риска и управления ими особенно актуальна, так как наступление аварийных ситуаций сопровождается значительными негативными последствиями (не только полная остановка предприятия, но и вовлечение в зону нештатной ситуации значительного числа обслуживающего персонала). Риск присутствует в любой деятельности человека, применительно к угледобывающим предприятиям без рисковых ситуаций не существует ввиду значительной неопределенности исходной информации (данные геологической предварительной и эксплуатационной разведки) и возможных газодинамических проявлений. Особенностями в условиях горнодобывающего предприятия являются постоянное изменение объема и характеристик горных выработок, меняющийся состав технологического оборудования и мест его применения. Не все промышленно-производственные участки шахты одинаково характеризуются с точки зрения наличия рисков и степени последствий. В этом отношении наиболее пристального внимания требуют промышленно-производственные участки, где ведутся работы по проведению горных выработок и отработке подготовленных запасов. В этих условиях строительный и эксплуатационный риски имеют общие составляющие: природные и технологические риски.

Технологические риски связаны с многообразием технологических схем подготовки и отработки выемочных участков, взаимозависимостью показателей их эффективности. Вышеприведенные риски напрямую связаны с управленческим и исполнительским рисками, проявляющимися через:

- риск низкого уровня организации труда;

- риск нарушения технологической дисциплины;

- риск невыполнения требований промышленной безопасности ведения работ;

- риск низкого требования к специалистам и др[3].

Это следует учитывать при разработке системы управления рисками с целью парирования действий субъективного фактора. Термин «риск» обычно используется тогда, когда существует возможность негативных последствий. Говоря о негативных последствиях, следует обратиться к категории «опасность», являющейся центральным понятием сферы безопасности жизнедеятельности человека как в техно сфере, так и в промышленной безопасности и охране труда. Опасность ассоциируется с источниками потенциального вреда или ситуацией с потенциальной возможностью нанесения вреда. Для минимизации негативных последствий необходима разработка стратегии управления рисками, имеется в виду обоснование направления и использования средств для достижения поставленной цели – обеспечения безопасности функционирования угольного предприятия. Направления и средства должны выбираться с учетом законодательных требований в области промышленной безопасности.

Для своевременного выполнения мероприятий, направленных на предотвращение гео– и газодинамического явления необходимо заблаговременно иметь прогноз. В настоящее время используются методики [5] [6], основанные на использовании различных физических эффектов, проявляющихся при природно-техногенных воздействиях на гео-системы. Возникновение очага повышенного напряжения в угольном пласте и его развитие сопровождаются изменением физических свойств вмещающих пород и угольного пласта – частные спектры, энергия акустической эмиссии, интенсивность выделения метана, температура массива и т.д. В большинстве случаев для прогноза возникновения и развития очага повышенного напряжения в угольном пласте используются методы непрерывного геофизического мониторинга (сейсмического, сейсмоакустического). Совместный анализ сейсмических, сейсмоакустических сигналов с учетом режима работы горного оборудования и интенсивности выделения метана позволяет выявить зарождение опасных геомеханических, гео и газодинамических явлений [4].

На сегодняшний день автоматизированные системы контроля и управления технологическими процессами на угольной шахте представлены в разобщенном виде. Каждый технологический процесс имеет собственную систему управления, не связанную с системой управления другим технологическим процессом. Такой подход правомерен при управлении различными службами горного предприятия. При этом предполагается, что все службы обеспечены требуемыми ресурсами (материальными, энергетическими, техническими, технологическими, информационными и людскими), и они работают совместно и эффективно. В случае сбоя работы какой-либо службы горного предприятия вся информация предоставляется горному диспетчеру. Время простоя зависит от опыта горного диспетчера, его знаний и навыков. Такой подход к организации управления производством можно определить как управление по запланированным параметрам вплоть до появления сбоя, далее включается ситуационное управление человеком по восстановлению работоспособности технологического процесса. В дальнейшем технологический процесс в зависимости от результатов, вызванных вынужденным простоем, либо выполняется по плановым показателям, либо исполнители пытаются наверстать упущенное время, ускоряют технологический процесс, в этом случае проектные параметры основных технологических процессов могут выйти за рамки ограничений.

При работе очистного комплекса в очистном забое выделяется метан из груди забоя, отбитого угля, погашенного пространства и вмещающих пород. Основным источником выделения метана является уголь, находящийся на скребковом конвейере. Время нахождения этого отбитого угля в очистном забое невелико, но его объема, при полном заполнении всего скребкового конвейера, хватает для выделения такого объема метана, который приводит к превышению нормативных значений. Для предотвращения остановки очистного комплекса (см. рисунок) на основании данных мониторинга очистного комплекса (положение комбайна, скорость движения комбайна и другое) и аэрогазового контроля (концентрация метана, скорость воздуха в выработке) контролируется верхний порог допустимого содержания метана, вычисляется объем угля на скребковом конвейере, определяется объем метана, который выделится из угля при его нахождении в очистном забое, прогнозируется изменение концентрации метана на 1-2 мин.

При достижении ограничивающих значений концентрации метана в очистном забое (фактической, вычисленной по объему угля, находящегося на скребковом конвейере, спрогнозированной) выдается информационное сообщение машинисту о необходимости уменьшения скорости подачи комбайна и рекомендованная скорость его движения. В случае возникновения опасности гео-, газодинамического явления, выявленной по изменению интенсивности сейсмоакустической эмиссии или по изменению амплитудно-частотной характеристики технологического сигнала (повышение высокочастотной составляющей) [2] выдается предупреждающий сигнал об остановке горных работ. Если же непосредственной опасности гео-, газодинамического явления не выявлено, а выявлено образование очага повышенной концентрации напряжений в угольном пласте, то на поверхности с помощью специализированного обеспечения геофизик вырабатывает необходимые мероприятия по нейтрализации развития такого очага. Технологическая карта мероприятий по нейтрализации выявленного очага повышенной концентрации напряжений в угольном пласте передается мастеру участка, который организовывает выполнение вспомогательного, обеспечивающего промышленную безопасность ведения очистных работ технологического процесса.

Выводы

Таким образом, на основе автоматизированного управления непосредственно в ходе работ в зависимости от параметров рудничной атмосферы и прогноза возникновения и развития очага повышенного напряжения в угольном пласте формируется последовательность действий из заранее определенных технологических стадий. Такой подход, основанный на расширенном использовании геоинформационного обеспечения с помощью систем мониторинга, позволяет гибко и оперативно управлять основным технологическим процессом, обеспечивающим снижение рисков при ведении горных работ, высокую интенсивность и экономическую эффективность разработки месторождений в особо сложных условиях.

Список использованной литературы:

1. ГОСТ Р 51901.1-2002 Менеджмент риска. Анализ технологических систем.
2. Куликова Е.Ю., Корчак А.В., Левченко А.Н. Стратегия управления рисками в городском подземном строительстве. М.: Горная книга, 2005. 223с.
3. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа (РД 05-350-00), утвержденная Постановлением Госгортехнадзора России от 04.04.2000 №14.
4. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам (РД 05-328-99), утвержденная Постановлением Госгортехнадзора России от 29.11.1999 №87.
5. Захаров В.Н., Кубрин С.С., Фейт Г.Н., Блохин Д.И. Определение напряженно-деформированного состояния горных пород при разработке угольных пластов, опасных по гео– и газодинамическим явлениям. Уголь. 2012. № 10. С.34-36. url: http://www.ugolinfo.ru/free/102012.pdf (дата обращения: 13.05.2016).
6. Кубрин С.С., Мазаник Е.В., Кигалов Н.Н. Автоматизированная система поддержки принятия технологических решений и комплексного синтезирующего мониторинга // Горный информационно-аналитический бюллетень. ОВ 1 Труды международного научного симпозиума «Неделя горняка – 2014». 2014. С.267–278.