Підвищення ефективності функціонування систем протиаварійного захисту вугільних шахт в умовах виникнення екзогенних пожеж

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ГЕОТЕХНІЧНОЇ МЕХАНІКИ ІМ. М.С. ПОЛЯКОВА

Спеціальність 05.26.01 - «Охорона праці»

УДК [ 622.822.24.3 : 519.873 ] (043.3)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ СИСТЕМ ПРОТИАВАРІЙНОГО ЗАХИСТУ ВУГІЛЬНИХ ШАХТ В УМОВАХ ВИНИКНЕННЯ ЕКЗОГЕННИХ ПОЖЕЖ

Ященко Ігор

Олексійович

Дніпропетровськ - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова

Національної академії наук України, м. Дніпропетровськ.

Науковий доктор технічних наук, професор, академік НАН України керівник - Булат Анатолій Федорович, Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, директор (м. Дніпропетровськ).

Офіційні доктор технічних наук, професор опоненти: Усаченко Борис Миронович, Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, завідувач відділу механіки гірських порід (м. Дніпропетровськ);

кандидат технічних наук АЛЕКСЕЄНКО Сергій Олександрович, Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, доцент кафедри аерології та охорони праці (м. Дніпропетровськ).

Захист відбудеться „ 12 ” лютого 2010 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.188.01 при Інституті геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, вул. Сімферопольська, 2а, факс (0562) 46-24-26.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, вул. Сімферопольська, 2а.

Автореферат розісланий „ 12 ” січня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої радикандидат технічних наук В.Г. Шевченко

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Аварійність на вугільних шахтах України, незважаючи на прийняття низки заходів по її зниженню, залишається високою. Поняття системи протиаварійного захисту (СПАЗ) вперше з'явилося в тексті Гірничого Закону України, який визначив її структуру і функції. Найважливішими задачами СПАЗ є виявлення аварійної ситуації, забезпечення аварійної евакуації людей з аварійних і загрозливих дільниць шахти, ліквідація аварії і її наслідків в найкоротші терміни.

У нинішній час ефективна експлуатація систем виявлення пожеж істотно ускладнюється високою вартістю їх елементів (давачів, ліній зв'язку та ін.) і мережевою природою шахтних вентиляційних систем (ШВС). Це зумовлює необхідність вивчення залежностей прогнозного часу виявлення екзогенної пожежі з урахуванням можливостей неявного дублювання давачів пожежі і повноти визначення її осередків та розробки методів оцінки ефективності існуючого базису засобів виявлення виникнення екзогенної пожежі.

Виникнення шахтних аварій, зокрема найпоширенішого їх типу - екзогенних пожеж, приводить до появи в ШВС зон загазовування техногенними продуктами горіння. На випадок виникнення таких аварій на кожній шахті складається план ліквідації аварій (ПЛА), який передбачає здійснення необхідних заходів щодо порятунку людей і ліквідації аварій. За існуючою практикою при складанні маршрутів виходу людей з шахти не враховуються часові і кількісні можливості засобів евакуації циклічної дії.

Аналіз відповідності СПАЗ потребам оперативної ліквідації аварійної ситуації є істотним фактором життєзабезпечення гірничого виробництва. Тому встановлення закономірностей зміни прогнозного часу виявлення екзогенної пожежі, а також тривалості аварійної евакуації людей, розробка та реалізація методів підвищення ефективності функціонування СПАЗ вугільних шахт України є актуальним науковим завданням, яке має важливе значення для безпечного видобутку вугілля.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконана в рамках науково-дослідних тем: "Інформаційна технологія аналізу, розрахунку та оптимізації багатовентиляторних вентиляційних мереж газонасичених шахт з високопродуктивними лавами", № ДР 0103U004022, 2003-2007 рр.; "Розроблення та впровадження комп'ютерної технології для підвищення ефективності контролю за шахтними вентиляційними системами з урахуванням впровадження комплексної дегазації", № ДР 0108U007915, 2003-2007 рр.; «Розробка адаптивних методів керування аерогазодинамічними процесами у нормальних та аварійних режимах функціонування газонасичених вугільних шахт», № ДР 0108U001584, 2008-2009 р. (ІГТМ НАН України, по яких автор був виконавцем).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розробка методів підвищення ефективності функціонування систем протиаварійного захисту вугільних шахт в умовах виникнення екзогенної пожежі, що дозволяє мінімізувати тривалість евакуації людей.

Для досягнення мети поставлені та вирішені наступні завдання:

1. Проаналізувати склад задач, вирішуваних системою протиаварійного захисту в умовах виникнення екзогенних пожеж у вугільних шахтах, існуючі методи виявлення екзогенних пожеж і побудови маршрутів аварійної евакуації гірників.

2. Встановити закономірності та розробити метод оцінки ефективності існуючого базису засобів виявлення виникнення екзогенної пожежі, що враховують неявність дублювання давачів та повноту виявлення осередків пожежі.

3. Встановити закономірності проведення аварійної евакуації та розробити методи аналізу її ефективності при виникненні і протіканні екзогенної пожежі, що враховують циклічність роботи засобів підйому, а також ергономічність маршрутів.

4. Обгрунтувати критерії оцінки елементів СПАЗ та розробити методи підвищення її ефективності. Розробити нормативно-методичний документ щодо оцінки ефективності функціонування СПАЗ.

Ідея роботи полягає у використанні встановлених закономірностей зміни прогнозного часу виявлення екзогенної пожежі і тривалості аварійної евакуації людей для розробки методів розміщення давачів пожежі та побудови маршрутів евакуації, що мінімізує її час.

Об'єкт дослідження: процеси протікання та ліквідації аварій у ШВС, які призводять до можливого порушення виконання заходів, передбачених ПЛА, внаслідок недосконалості запроектованої СПАЗ.

Предмет дослідження: методи підвищення ефективності функціонування систем протиаварійного захисту вугільних шахт в умовах виникнення екзогенних пожеж.

Методи дослідження. У роботі використаний комплексний метод досліджень, який містить: аналіз і узагальнення науково-технічних досягнень в галузі розробки методів оцінки ефективності прийняття протиаварійних заходів у початковий період протікання аварії; імітаційне моделювання процесів функціонування СПАЗ у аварійних умовах; апробацію результатів роботи в умовах діючих шахт.

Наукові положення, які виносяться на захист:

1. Ефективність існуючого базису засобів виявлення виникнення екзогенної пожежі визначається часом її виявлення, обернено пропорційним швидкості розповсюдження пожежних газів по гірничих виробках при здійсненні нормального вентиляційного режиму і прямо пропорційним довжині маршруту досягання пожежними газами найближчого давача і часу його спрацьовування з урахуванням неявного дублювання давачів пожежі і повноти виявлення її осередків.

2. Тривалість евакуації людей з аварійної і загрозливих дільниць шахти визначається сумарним часом їх руху за маршрутом і знаходиться у прямій залежності від його ергономічних характеристик (швидкості, часу і працемісткості подолання) з урахуванням місткості і швидкості пересування технічних засобів евакуації циклічної дії, що дозволяє скоротити оперативний час ПЛА.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше аналітично встановлена залежність прогнозного часу виявлення екзогенної пожежі з урахуванням неявного дублювання давачів пожежі та повноти виявлення її осередків при здійсненні нормального вентиляційного режиму і часу спрацьовування давача;

- вперше запропоновано комплексно враховувати ергономічні характеристики гірничих виробок, шахтних стовбурів, циклічність, місткість та швидкість руху технічних засобів евакуації при розрахунках часу евакуації людей з аварійної і погрозливих дільниць шахти.

Наукове значення роботи полягає у встановленні закономірностей виявлення екзогенної пожежі з урахуванням неявного дублювання давачів пожежі і повноти виявлення її осередків, а також закономірностей проведення аварійної евакуації людей з аварійної та загрозливих дільниць шахти з комплексним урахуванням ергономічних характеристик гірничих виробок і шахтних стовбурів, циклічності, місткості та швидкості руху технічних засобів евакуації, які забезпечили можливість розробки методів підвищення ефективності функціонування систем протиаварійного захисту вугільних шахт в умовах виникнення екзогенних пожеж, які мають важливе значення для розвитку наукових знань у галузі охорони праці.

Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджуються: застосуванням апробованих методів імітаційного моделювання процесів протікання та ліквідації аварій у ШВС, адекватністю імітаційних моделей функціонування СПАЗ реальним процесам з розбіжністю теоретичних та експериментальних даних не більш 12 %, позитивними результатами впровадження запропонованих методів оцінки СПАЗ на гірничих підприємствах і в науково-дослідних інститутах вугільної галузі.

Практичне значення одержаних результатів полягає у:

- розробленні методу аналізу ефективності існуючого базису давачів виникнення пожежі, який дозволяє зменшити час її виявлення при здійсненні нормального вентиляційного режиму з урахуванням неявного дублювання давачів та повноти виявлення осередків пожежі;

- розробленні методу визначення та коригування зон загазовування виробок шахти газоподібними продуктами горіння, що враховує динаміку їх розповсюдження, а також, при необхідності, виникнення зон рециркуляції в них пожежних газів за рахунок дії теплової депресії пожежного осередку та можливого переміщення виявляє мого осередку пожежі у межах позиції ПЛА;

- вдосконаленні метода аналізу та коригування маршрутів аварійної евакуації гірників шляхом урахування неодночасності прибуття гірників до стовбура з відправленням кліті за фактом її загрузки і розрахунком часу одного циклу руху до повернення кліті на вихідну позицію та визначення необхідної кількості таких циклів і сумарного часу евакуації.

Реалізація результатів роботи. Основні результати досліджень автора використані при розробці галузевого стандарту СОУ 10.1-00185790-002-2005 «Правила технічної експлуатації вугільних шахт» (довідка від 12.11.2008р.), який за наказом Мінвуглепрому України № 539 від 14 листопада 2006 року впроваджується на вугільних шахтах; виробленні рекомендацій по вдосконаленню використання елементів СПАЗ на ВП «Шахта «Добропільська» ДП «Добропіллявугілля» (довідка від 11.03.2009р.), ВП «Шахтоуправління «Луганське» ДП «Луганськвугілля» (довідка від 12.03.2009р.), ВП «Шахта ім. С.М. Кірова» ДП «Макіїввугілля» (довідка від 27.03.2009р.), ВП «Шахта ім. В.М. Бажанова» ДП «Макіїввугілля» (довідка від 20.03.2009р.). Очікуємий економічний ефект від впровадження розробок складатиме 38-40 тис. грн. на одну шахту.

Особистий внесок здобувача полягає у формулюванні мети, задач досліджень, наукових положень, висновків і рекомендацій, обґрунтуванні науково-технічних принципів, внаслідок яких вдосконалена система моделювання загазовування шахти і роботи СПАЗ в аварійних умовах, встановленні закономірностей функціонування елементів СПАЗ, розробці методів оцінки її ефективності. Автор прийняв участь у спільних з ІГТМ НАН України, МакНДІ, ДонВУГІ роботах по впровадженню методів оцінки ефективності СПАЗ за темою дисертації та розробці галузевого нормативного документу. Основні наукові результати, висновки і рекомендації отримані і сформульовані автором самостійно. Текст дисертації викладений автором особисто.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення роботи доповідались і схвалені на науково-практичній конференції „Практика виконання державної експертизи інвестиційних програм і проектів будівництва та методи її удосконалення” (Ялта, 2003 р.), науково-практичній конференції „Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли” (Макеевка-Святогорск, 2004 р.), Міжнародній конференції „Отходы производства и потребления, медико-экологические и экономические аспекты” (Ялта, 2005 р.), конференції «Проблеми екологічної безпеки довкілля та життєдіяльності людини» (Партеніт, АР Крим, 2008 р.), науково-технічних радах інститутів НДІГС, ІГТМ НАН України.

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані у 15 наукових роботах( у тому числі одній монографії), із яких 8 - у наукових фахових виданнях, 4 - у матеріалах науково-технічних конференцій, 1 - стандарт Мінвуглепрому України, 3 роботи з них опубліковані без співавторів.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 173 найменувань і двох додатків; містить 141 сторінку машинописного тексту, 12 рисунків, 7 таблиць, 11 сторінок додатків, список використаних джерел на 21 сторінці, загальний обсяг - 188 сторінок.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, наукова новизна і основні результати, наведені положення, що виносяться на захист, а також дані про структуру роботи, апробацію і публікації результатів досліджень.

У першому розділі проаналізовано структуру протиаварійного захисту вугільної шахти та стан питання ліквідації екзогенних пожеж на шахтах України. Відмічається, що завдання, які повинна виконувати СПАЗ, багатопланові, але основним напрямом її вдосконалення є підвищення ефективності протипожежного захисту. Оскільки кількість екзогенних пожеж за останні роки зменшилась - збитки від їх виникнення навіть збільшилися, тому задача підвищення ефективності СПАЗ під час введення у дію ПЛА є актуальною. Проаналізовано основні напрямки підвищення ефективності СПАЗ: визначення виникнення аварії та вдосконалення методів аварійної евакуації людей. Доведено, що існуюча структура СПАЗ недостатньо відповідає вимогам Гірничого Закону України.

В Україні, починаючи з 80-х років минулого століття, роботи в напрямку вдосконалення СПАЗ ведуть вчені ІГТМ НАН України, МакНДІ, ДонВУГІ, НДІГС, ДонНТУ та інші дослідники.

Основним елементом СПАЗ є ПЛА, головним завданням якого є організація евакуації людей з аварійної та загрозливих ділянок шахти. Роботи вчених ІГТМ НАН України, ДонНТУ, Київського інституту автоматики, НГУ, ІГС ім. О.О. Скочинського, НДІГС, ДонВУГІ, ІГС АН Республіки Казахстан, Катеринбурзького політехнічного інституту та інших установ дозволили обґрунтувати методологію та підхід до вирішення цього питання. В той же час відкритими залишилися деякі питання оцінки ступеня залучення елементів СПАЗ до вирішення задач ПЛА, пов'язаних з ними, при розв'язанні цих питань і ефективності їх використання. Це - питання ефективного виявлення пожежі, аналіз зон враження ШВС продуктами пожежі та комплексна оцінка існуючої на шахтах СПАЗ з метою її подальшої модернізації та вдосконалення на діючих шахтах.

Другий розділ присвячений аналізу структури протиаварійного захисту, встановленню закономірностей функціонування системи виявлення виникнення екзогенної пожежі та розробці методів її оцінки.

Показано, що протиаварійний захист охоплює широке коло питань - від нормативного забезпечення діяльності шахти та підрозділів ДВГРС до вирішення питань ПЛА та ведення аварійно-рятувальних робіт. Охарактеризована структура СПАЗ та її основні задачі, які підлягатимуть подальшому розгляданню. У роботі прийняті наступні обмеження, які використовувались під час проведення досліджень:

1. Коло аварій, що розглядаються у роботі, обмежується лише екзогенними пожежами, які потребують виклику на шахту підрозділів ДВГРС і введення у дію ПЛА, та пов'язані з горінням матеріалів на технологічних дільницях.

2. Аналізу та оцінці ефективності методами імітаційного моделювання у подальшому підлягають лише ті елементи СПАЗ, які безпосередньо приймають участь у виявленні екзогенних пожеж та вирішенні першочергових задач ПЛА, тобто:

- система здавачів - детекторів вражаючих факторів пожежі, яка виникла;

- система маршрутів аварійної евакуації людей із шахти з урахуванням їх ергономічних характеристик та організацією користування гірничими виробками, оснащеними транспортними засобами циклічної дії.

Особливість підходу, який пропонується для визначення місця виникнення пожежі, полягає у тому, що час отримання інформації залежить як від наявності на близькій відстані давача - детектора, що може визначити факт та місце виникнення пожежі, так і від швидкості розповсюдження пожежних шкідливостей, яка, у свою чергу, залежить від існуючого нормального вентиляційного режиму. Тому моделювання мало мету виявити ділянки ШВС, у яких в регламентований термін неможливо виявити ознаки виникнення аварії, і скоригувати з метою усунення цього недоліку базис давачів - детекторів. Ця задача вирішується у такій постановці.

Наслідком виникнення екзогенної пожежі є розповсюдження у ШВС газоподібних продуктів згоряння. Всі виробки, у які вони можуть поступити, відносяться до загрозливих зон шахти, з яких треба негайно евакуювати людей, що там знаходяться. Тому проміжною задачею оцінки ефективності СПАЗ є визначення напрямку розповсюдження і конфігурації зон загазовування шахти пожежними газами. З метою визначення виробок, у які поступлять пожежні гази у ході розвитку аварії, розроблено оригінальний метод. Він полягає у тому, що під час ітераційного перегляду виробок, починаючи з місця виникнення аварії, на к-ій ітерації як черговий загазований вибирається вузол jk, для якого час tjk = min (tiн + t(iн,jk)), iн Хз, де tiн - час загазування початкового вузла виробки (iн,jк), t(iн,jk) - час загазування виробки (iн,jk), Хз - множина загазованих вузлів. Особливість, яка відрізняє розроблений метод, полягає у тому, що наявність у мережі контуру рециркуляції пожежних газів не є перепоною для використання методу, оскільки оцінка часу загазування вузла, отримана вказаним чином, не може бути зменшена за рахунок руху пожежних газів по контуру рециркуляції.

У третьому розділі розглядаються питання встановлення закономірностей, аналізу ефективності та вдосконалення евакуації гірників під час виникнення та протікання екзогенної пожежі. «Правилами безпеки у вугільних шахтах» регламентується розрахунок часу пересування за маршрутами аварійної евакуації µ(I,J), де I - множина початкових, J - множина кінцевих вузлів маршрутів, у пішому порядку, не виключаючи реальної можливості пересування з використанням транспортних засобів. Крім того, можливе виникнення ситуації, коли велике скупчення людей прибуває до стовбура з обмеженою місткістю кліті, що спричиняє збільшення часу аварійної евакуації. З метою усунення таких випадків було вдосконалено метод побудови маршрутів аварійної евакуації гірників.

Схема методу виглядає наступним чином.

1. Рух починається у загазованій зоні з вузла i

а) µ(I,J)={(i,j)/ },

де Хз - множина вузлів загазованої зони; М2 - точка виходу на поверхню повітроподаючого ствола.

(i,j) Uз , тобто виробка проходить по загазованій зоні , яка є частиною аварійної або загрозливої ділянки, але є прохідною для людей за її геометричним ознакам; довжина ділянки маршруту при цьому штучно «подовжується» ваговим коефіцієнтом 2, тобто ергономічна характеристика виробки (i,j)

б) рух відбувається у загазованій зоні повздовж виробки, переріз якої суттєво деформовано

µ(I,J)={(i,j)/ }.

У цьому випадку (i,j) Uз, але S(i,j) < Sбез(i,j), де Sбез(i,j) - мінімально припустима площа безперешкодного пересування людей за маршрутом. Інакше кажучи, виробка у даному випадку є прохідною для людей, але прохідність ця обмежена (рух повинен відбуватись, скажімо, плазом); швидкість руху при цьому знижується, що при формуванні маршруту враховується ваговим коефіцієнтом 3,

Якщо маршрут µ1 (i,j), де i, j - елементи множин I, J відповідно, долається за час фµ1 (i,j) ? фc.c. => µ1 (i,j) = µ1с.с. (i,j c.c.) + µ2c.c. (j c.c., iстов), де фс.с. - час дії саморятівника, j c.c. - кінцевий, за ходом пересування людей маршрутом, вузол виробки, у якій знаходиться пункт переключення у резервні саморятувачі (ППС), µ1с.с. (i,j c.c.) - фрагмент маршруту від початкового пункту до ППС, µ2c.c. (j c.c., iств) - фрагмент маршруту від ППС до повітроподаючого стовбура;

в) виробка інцидентна загазованій зоні

µ(I,J)={(i,j)/ };

г) вихід із зони загазування

µ(I,J)={(i,j)/ }.

2. Рух відбувається чистою зоною ШВС до вузла iстов

M(I,J)={(i,j)/ }.

3. Рух маршрутом від i або j c.c. до точки iстов , яка є кінцевим вузлом першої за порядком гілки стовбура, призначеного для евакуації людей, що пересуваються маршрутом, який розглядається, і далі на поверхню.

Цей фрагмент маршруту являє собою сукупність паралельних ділянок від iстов до j М2; кількість таких ділянок визначається часом обертання кліті за один такт вивозу групи людей та їх кількістю.

Визначення часу підйому людей чисельністю на поверхню може бути вирахувано у наступних варіантах:

а) дорівнює місткості кліті час евакуації визначається тривалістю однократного пересування кліті від вузла iстов до поверхні.

б) дорівнює місткості кліті, але кліті на вихідній позиції немає , , фрух - час пересування кліті повздовж стовбура від М2 до iстов;

в) більш, ніж місткість кліті ,

де - кількість людей, яких потрібно перевезти за час ; - час одного циклу роботи підйомної установки; - кількість людей, які перевозяться за один цикл

,

.

Пересування кліті за один цикл підйому припускається постійним під час евакуації по вертикальних виробках, тобто

,

а кількість визначається nц.

Якщо існуючі методи були розраховані на одночасне прибуття групи гірників, які евакуюються, до необхідного стовбура і однократну доставку їх на поверхню, цей метод дозволяє:

- врахувати неодночасність прибуття гірників до стовбура з відправленням кліті за фактом її загрузки і розрахунком часу одного циклу руху до повернення кліті на вихідну позицію;

- розрахувати необхідну кількість таких циклів і сумарний час евакуації, для чого у ШВС гілка, яка кодує стовбур, замінюється сукупністю паралельних гілок, кількість яких визначається співвідношенням часу повної евакуації і одного циклу обернення кліті, і вони аналізуються і включаються у маршрут послідовно.

У четвертому розділі розроблена структура критерію оцінки ефективності СПАЗ, сформульовані підходи до створення нормативної бази СПАЗ та наведені відомості про апробацію результатів роботи на шахтах «Добропільська» та ім. О.Ф. Засядька.

Як відомо, процес протікання і ліквідації пожежі ділиться на кілька взаємопов'язаних, але розподілених у часі етапів. Нами розглядаються етап оперативного виявлення пожежі та етап забезпечення аварійної евакуації людей у регламентовані строки. Взаємозв'язок у часі цих етапів представлений на рис. 1. екзогенний пожежа аварійний евакуація

Зв'язуючою ланкою між ними є виникнення та розповсюдження зони загазовування ШВС продуктами горіння. Тому задача оцінки ефективності СПАЗ в умовах ліквідації екзогенної пожежі носить двокритеріальний характер; ступінь відповідності критеріям перевіряється послідовно, незадовільні проміжні результати коригуються перед перевіркою відповідності наступному критерію, а кінцевий результат, у разі його задовільної досяжності, є основою для оцінки ефективності СПАЗ та прийняття заходів по її підвищенню.

Критерій ефективності рішення задачі виявлення пожежі може бути представлений у вигляді

,

де Xд - множина jk, (ik,jk) Uдав.

Вираз у внутрішніх фігурних дужках являє собою час досягнення газо-подібними продуктами пожежі, яка виникла у вузлі il*, (np - кількість таких вузлів), послідовно розташованих давачів у всіх точках (реальних або умовних вузлах) jk виробок (ip, jk) за ходом вентиляційного струменю від il* згідно нормального вентиляційного режиму. Мінімізація вказаного виразу по k=1,n, де n - кількість давачів у напрямку (ip, jk), дозволить визначити jk (або, якщо датчик у jk не спрацює - наступний за ним jk' ; неявне дублювання визначення пожежі), давач у якому спрацює за мінімально можливе фв пожежі у точці il*.

Фізичне значення критерію полягає у тому, що максимальне значення таких фв для (i*,j*) Uпож є характеристикою ефективності існуючої на шахті СПАЗ, а мінімізація їх характеризує можливості її підвищення. Така мінімізація може бути досягнута визначенням можливості коригування геометричних параметрів зон загазовування.

Критерій ефективності рішення задачі формування маршрутів аварійної евакуації людей може бути охарактеризований як мінімальне значення оперативного часу ПЛА для виникнення екзогенної пожежі у будь-якій точці ШВС.

Його аналітичний вираз має вигляд:

де Uвідпу - множина виробок, які належать до маршрутів евакуації з загрозливих ділянок, що утворилися при виникненні пожежі у il* X* відповідно, Xвідпу - множина їх кінцевих вузлів, Х* - множина вузлів, у яких може виникнути пожежа.

Маршрут між двома точками ШВС, не зважаючи на його орієнтованість, практично ніколи не буде єдиним внаслідок сильної зв'язності графа ШВС. Тому з метою загальності у аналітичний вираз критерію включено вираз у внутрішніх фігурних дужках, який являє собою час фвив виводу людей на поверхню по кількох маршрутах від початкової точки il* аварійного чи відповідних загрозливих ділянок (для конкретного l). Мінімізація таких виразів по il* Xn дасть можливість визначити мінімальне значення фвив для il* при конкретному l (це - оперативний час ПЛА для il*, який розглядається). Фізичне значення критерію в цілому полягає в тому, що максимальне значення таких фвив для є оперативним часом ПЛА для виникнення пожежі у будь-якій точці il* ШВС. Це значення є характеристикою ефективності існуючої на шахті СПАЗ, а мінімізація його характеризує можливості її підвищення.

Система критеріїв оцінки ефективності СПАЗ є відкритою і не передбачає обов'язкового ув'язки критеріїв. Це дозволяє як проводити аналіз ефективності СПАЗ поелементно, так і вводити до системи нові критерії (наприклад, критерії ефективності системи аварійного сповіщання, водопостачання, керування засобами місцевого регулювання та інше).

Нормативне забезпечення СПАЗ у нинішній час досить обмежене. Основні вимоги до нього сформульовані у «Правилах безпеки» та «Правилах технічної експлуатації вугільних шахт», а питання їх конкретизації - в нормативах Мінвуглепрому України СОУ 10.1-001744102-002-2004 «Система самоспасения горняков. Общие требования», СОУ 10.1.202020852.002:2006 «Стаціонарні камери-сховища рятувальні шахтні. Загальні технічні вимоги» та деяких інших, які розроблені НДІГС. Необхідно розробити документи більш конкретного плану.

Результати досліджень увійшли складовою частиною до «Правил технічної експлуатації вугільних шахт» та були впроваджені на ряді підприємств вугільної галузі, зокрема на шахті «Добропільська».

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій на основі встановлених закономірностей зміни прогнозного часу виявлення екзогенної пожежі з урахуванням неявного дублювання давачів пожежі та повноти виявлення її осередків у межах аварійної дільниці, а також тривалості евакуації людей з урахуванням ергономічності маршруту і циклічності дії та місткості засобів евакуації, розроблені методи оцінки ефективності існуючого базису засобів виявлення виникнення екзогенної пожежі, аналізу ефективності евакуації гірників під час її протікання та побудови маршрутів евакуації, реалізація яких дозволила підвищити ефективність функціонування систем протиаварійного захисту вугільних шахт, поліпшити умови і скоротити терміни евакуації гірників у аварійній ситуації, що має важливе наукове і практичне значення для безпечного видобутку вугілля.

Основні наукові й практичні результати дисертаційної роботи полягають у наступному:

1. Виконаний аналіз науково-технічної інформації дозволив виявити, що нині існуюча структура СПАЗ недостатньо відповідає вимогам Гірничого Закону України. Доведено, що основними напрямками підвищення ефективності СПАЗ є визначення виникнення аварії та вдосконалення методів аварійної евакуації людей. Засоби СПАЗ, наявні на шахтах у нинішній час, не завжди спроможні виконувати своє призначення згідно вимог ПЛА, а у подальшому - оперативного ПЛА, оскільки вибір місць розташування та характеристик засобів СПАЗ базується лише на вимогах «Правил безпеки у вугільних шахтах» без урахування (бо це не передбачено проектом СПАЗ) мережного характеру об'єкту управління та конкретних умов виникнення та ліквідації шахтних аварій. Існуючі методи побудови маршрутів аварійної евакуації гірників розраховані на одночасне прибуття групи гірників, які евакуюються, до необхідного стовбура та доставку їх на поверхню без урахування паспортних характеристик підйому.

2. На підставі вперше аналітично встановленої залежності прогнозного часу виявлення екзогенної пожежі в умовах неповноти існуючого базису його засобів розроблено метод аналізу та підвищення ефективності існуючого базису засобів давачів - детекторів пожежних газів, що дозволило зменшити час виявлення пожежі при здійсненні нормального вентиляційного режиму.

3. Запропоновано метод визначення зон загазовування виробок шахти газоподібними продуктами горіння, що враховує динаміку їх розповсюдження, а також, при необхідності, виникнення в них зон рециркуляції пожежних газів за рахунок дії теплової депресії пожежного осередку. Використання методу істотно знижує залежність отриманих результатів від неточності початкової і одержуваної інформації в ході розвитку аварії.

4. Вдосконалено метод побудови маршрутів аварійної евакуації гірників, який враховує неодночасність прибуття гірників до стовбура з відправленням кліті за фактом її загрузки і розрахунком часу одного циклу руху до повернення кліті на вихідну позицію та визначає необхідну кількість таких циклів і сумарний час евакуації. Використання запропонованого методу дозволяє знизити час проведення аварійної евакуації гірників з аварійної та загрозливих дільниць шахти.

5. Доведено, що задача оцінки ефективності СПАЗ в умовах ліквідації екзогенної пожежі носить двокритеріальний характер; згідно першого критерія перевіряється ефективність роботи підсистеми СПАЗ, скерованої на виявлення осередку пожежі, згідно другого - перевіряється ефективність проведення аварійної евакуації гірників. Обидва критерії є мінімаксними. Фізичний смисл критерію ефективності підсистеми виявлення пожежі полягає у тому, що мінімальне значення часу виявлення для виробок аварійних позицій ПЛА є характеристикою ефективності існуючої на шахті СПАЗ, а мінімізація їх характеризує можливості її підвищення. Критерій ефективності рішення задачі формування маршрутів аварійної евакуації людей може бути охарактеризований як мінімальне значення оперативного часу ПЛА для виникнення екзогенної пожежі у будь-якій точці ШВС. За допомогою розроблених критеріїв може бути здійснено підвищення ефективності СПАЗ за рахунок:

- перевірки ефективності і вдосконалення процесу виявлення осередку аварії, що виникла, і, як наслідок - більш обгрунтованого сповіщення гірничого диспетчера про місце і час виникнення пожежі і оперативного обмеження зон загазовування ШВС продуктами горіння;

- перевірки коректності здійснення аварійної евакуації гірників.

Використання запропонованих критеріїв оцінки ефективності СПАЗ має важливе значення для підвищення безпеки й ефективності робіт з порятунку гірників, ліквідації аварій та їх наслідків.

6. Результати дисертаційної роботи і розроблені на їх підставі рекомендації щодо комплексної оцінки і підвищення ефективності СПАЗ реалізовані у розділі «Правил технічної експлуатації вугільних шахт», і впроваджені на ВП «Шахтоуправління Луганське» ДП «Луганськвугілля», ВП «Шахта ім. С.М. Кірова» ДП «Макіїввугілля», ВП «Шахта ім. В.М. Бажанова» ДП «Макіїввугілля» та ВП «Шахта «Добропільська» ДП «Добропілявугілля». Основним ефектом від впровадження результатів роботи є соціальний, який полягає у підвищенні безпеки умов праці гірників; очікуваний економічний ефект за рахунок вдосконалення функціонування елементів СПАЗ складатиме в середньому 38-40 тис. грн у рік на одну шахту.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Состояние техники безопасности и эффективность функционирования противоаварийной защиты угольных шахт / А.Ф. Булат, В.В. Фичев, И.А. Ященко, В.Г. Красник, Н.Б. Левкин, И.Е. Кокоулин, Т.В. Бунько, Н.С. Кузьменко. - Днепропетровск: ООО «Норд-Компьютер», 2005.- 266 с.

2. Основы проектирования противопожарной защиты угольных шахт. / В.И. Полтавец, А.Ф. Булат, Т.В. Бунько, А.М. Малкин, И.Е. Кокоулин; [при участии И.А. Ященко] // Использование компьютерных технологий при проектировании вентиляции угольных шахт. / В.И. Полтавец, А.Ф. Булат, Т.В. Бунько, А.М. Малкин, И.Е. Кокоулин. - Луганск-Днепропетровск: ООО «Норд-Компьютер», 2003.- С. 227-235.

3. Правила технічної експлуатації вугільних шахт : СОУ 10.1-00185790-002-2005.- [Чинний від 2006-11-14] / Розроб.: І.Я. Міщенко, І.М. Андрієв, О.Г. Болтунов, Є.В. Григорюк, В.Б. Грядущий, О.А. Демченко, В.В. Діденко, М.О. Друпов, А.С. Єсипенко, В.Є. Зданевич, Л.П. Іноземцева, М.В. Карнаух, А.М. Коваль, А.М. Ковтунов, О.Л. Колосов, В.П. Колосюк, В.П. Коптиков, В.Г. Красник, М.Б. Льовкін, В.В. Мамаєв, І.К. Мешкова, Л.А. Муфель, Є.П. Мухін, В.А. Прістром, Д.П. Родін, І.І. Сторчак, Ю.В. Товстік, Г.Б. Тинда, О.М. Філіппов, С.Ф. Шибалов, І.О. Ященко.- Вид. офіц. - К.: Мінвуглепром України, 2006.- 353 с. - (Нормативний документ Мінвуглепрому України. Стандарт).

4. Ященко И.А. К вопросу оценки надежности функционирования системы противоаварийной защиты угольной шахты / И.А. Ященко, И.Е. Кокоулин, Т.В. Бунько // Геотехническая механика: межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2001.- Вып. 30.- С. 237-245.

5. Оценка необходимости использования экспертной системы при анализе возможности возникновения опасных и аварийных ситуаций на угольных шахтах / А.Ф. Булат, И.А. Ященко, Т.В. Бунько, О.С. Торопчин, И.Е. Кокоулин

// Геотехническая механика: межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск,2002.- Вып. 40.- С. 311-320.

6. Ященко И.А. О подходах к имитационному моделированию при возни-кновении экзогенного пожара / И.А. Ященко, Т.В. Бунько, И.Е. Кокоулин

// Геотехническая механика: межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины.- Дне-пропетровск,2003.- Вып. 47.- С. 237-245.

7. Концепция безопасности: формирование или пересмотр? / А.Ф. Булат, Т.В. Бунько, И.А. Ященко, И.Е. Кокоулин, Н.Б. Левкин, Н.С. Кузьменко

// Уголь Украины.- 2004.- № 10.- С. 53-55.

8. Ященко И.А. Принципы выбора вентиляционного режима при условии возможного осложнения протекания экзогенного пожара взрывом метана / И.А. Ященко // Геотехническая механика: межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск,2005.- Вып. 59.- С. 183-188.

9. Ященко И.А. Эвакуация людей при пожаре по выработкам, оснащенным транспортными средствами циклического действия // Геотехническая механика: межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2005.- Вып. 58.- С. 213-219.

10. Перепелица В.Г. Методология оценки систем противоаварийной защиты угольных шахт (применительно к экзогенным пожарам) / В.Г. Перепелица, Ю.И. Кияшко, И.А. Ященко // Геотехническая механика: межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск,2007.- Вып. 69.- С.122-130.

11. Ященко И.А. Оценка эффективности системы обнаружения экзогенного пожара на угольной шахте / И.А. Ященко // Геотехническая механика: меж-вед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины.- Днепропетровск, 2007.- Вып. 68.- С. 156-158.

12. К вопросу экологической экспертизы проектов строительства предприятий угольной промышленности с использованием экспертных оценок / И.А. Ященко, О.С. Торопчин, Т.В. Бунько, И.Е. Кокоулин // Матеріали науково-практичної конференції „Практика виконання державної експертизи інвестиційних програм і проектів будівництва: шляхи та методи її удосконалення.” - Ялта, 2003. - С. 25-29.

13. Предупредить - значит спасти. Система упреждающего взаимодействия служб шахты по оценке риска и его снижения в режиме реального времени / И.А. Ященко, Н.В. Малеев, К.В. Дорофеев, Е.И. Соколов, М.И. Рымар // Научно-практическая конференция «Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли». - Макеевка - Святогорск, 2004. - С. 3-5.

14. Техногенный метан: экологически вредный продукт и ценный энергоноситель / А.Ф. Булат, И.А. Ященко, Т.В. Бунько, И.Е. Кокоулин // Материалы международной конференции „Отходы производства и потребления, медико-экологические и экономические аспекты”.- Ялта, 2005. - С. 56.

15. Ященко И.А. К вопросу о возможности возгорания метана в выработанном пространстве лав и предотвращения его поступления к средствам дегазации / И.А. Ященко, И.Е. Кокоулин // Труды конференции «Проблеми екологічної безпеки довкілля та життєдіяльності людини», Партеніт (АР Крим). - К., 2008.- С. 62-64.

АНОТАЦІЯ

Ященко І.О. Підвищення ефективності функціонування систем протиаварійного захисту вугільних шахт в умовах виникнення екзогенних пожеж.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01 - «Охорона праці».- Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, Дніпропетровськ, 2010 р.

Дисертація присвячена розробці методів оцінки ефективності функціонування систем протиаварійного захисту вугільних шахт.

На основі встановлених закономірностей зміни прогнозного часу виявлення екзогенної пожежі з урахуванням неявного дублювання давачів пожежі та повноти виявлення її осередків у межах аварійної дільниці розроблено метод оцінки ефективності існуючого базису засобів виявлення виникнення екзогенної пожежі.

На основі виявлених закономірностей тривалості евакуації людей з урахуванням ергономічності маршруту і циклічності дії та місткості засобів евакуації розроблено метод побудови маршрутів аварійної евакуації гірників з аварійної та загрозливих дільниць шахти.

Запропоновано критерій оцінки ефективності системи проти аварійного захисту, що здійснює її підвищення за рахунок:

- перевірки ефективності і вдосконалення процесу виявлення осередку аварії, яка виникла, і, як наслідок - більш обгрунтованого сповіщення гірничого диспетчера про місце і час виникнення пожежі і оперативного обмеження зон загазування шахтної вентиляційної мережі продуктами горіння;

- перевірки правильності здійснення аварійної евакуації гірників.

Ефективність отриманих результатів полягає у зменшенні витрат на реалізацію мір плану ліквідації аварій, поліпшенні умов застосування засобів протиаварійного захисту для вирішення його першочергових задач.

Результати досліджень використані при розробці і впровадженні на шахтах вугільної галузі рекомендацій по вдосконаленню системи протиаварійного захисту та включені до розділу нормативного документа.

Ключові слова: система протиаварійного захисту, продукти горіння, план ліквідації аварій, критерій оцінки ефективності, екзогенна пожежа, безпека праці гірників, шахтна вентиляційна мережа.

Ященко И.А. Повышение эффективности функционирования систем противоаварийной защиты угольных шахт в условиях возникновения экзогенных пожаров.- Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 - «Охрана труда». Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины, Днепропетровск, 2010 г.

Диссертация посвящена разработке методов оценки эффективности функционирования систем противоаварийной защиты угольных шахт, которые позволяют повысить качество использования её средств при реализации рекомендаций плана ликвидации аварий.

На основе установленных закономерностей изменения прогнозного времени обнаружения экзогенного пожара с учетом неявного дублирования датчиков пожара и полноты обнаружения его очагов в границах аварийного участка разработан метод оценки эффективности существующего базиса средств обнаружения возникновения экзогенного пожара.

Предложен метод определения зон загазирования выработок шахты газообразными продуктами горения, учитывающий динамику их распространения, а также, при необходимости, возникновения в них зон рециркуляции пожарных газов за счет действия тепловой депрессии пожарного очага. Использование ме-тода существенно снижает зависимость получаемых результатов от неточности начальной и получаемой в ходе развития аварии информации. Предложен метод уточнения места возникновения пожара в пределах позиции ПЛА, который позволяет сократить геометрические размеры зоны временного загазирования и снизить объем аварийной эвакуации.

На основе установленных закономерностей длительности эвакуации людей с учетом эргономичности маршрута и цикличности действия и вместимости средств эвакуации разработан метод построения маршрутов аварийной эвакуации горнорабочих из аварийного и угрожаемых участков шахты. Использование предложенного метода позволяет снизить значение оперативного времени плана ликвидации аварий.

Предложен критерий оценки эффективности системы противоаварийной защиты, осуществляющий ее повышение за счет:

- проверки эффективности и совершенствования процесса определения очага возникшей аварии и, как следствие, - более обоснованного извещения горного диспетчера о месте и времени возникновения пожара и оперативного ограничения зон загазирования ШВС продуктами горения;

- проверки правильности осуществления аварийной эвакуации горнора-бочих.

Результаты исследований использованы при разработке и внедрении рекомендаций по совершенствованию системы противоаварийной защиты на ряде шахт отрасли и вошли в состав раздела нормативного документа.

Ключевые слова: система противоаварийной защиты, продукты горения, план ликвидации аварий, критерий оценки эффективности, экзогенный пожар, безопасность труда горнорабочих, шахтная вентиляционная сеть.

Jashchenko I.A. The rising of effectiveness functioning system of against-accidents defence of coal mines.- Manuscript.

Thesis on competition of scientific degree of candidate of technical sciences on speciality 05.26.01 - “Labour protection”.- Institutе of geotechnical mechanics by N.S. Poljakov NAS of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2010.

The thesis is devoted to working out of methods of estimation efficiency of functioning of the systems against-accident defence of coal mines.

On the basis of established regularities changes of prognosis time of discovering of exogen fire with due regard for non-evident duplication detectors of fire and completeness discovering of its hearts in a limits of accident part the method estimation of effectiveness of existing basis means of discovering of origin of exogen fire was devised.

On the basis of established regularities duration of evacuation of people with the calculation of ergonomic of route, recurrence of action and capacity means of evacuation method construction routes of accident evacuation of miners from repair and threatened areas of mine was devistd.

The criterion of estimation of effectiveness of system against-accident defence was proposed. This criterion realize it's rise at the expense of:

- verification of effectiveness and perfection of proces discovering heart of origin fire and, as corollary - more well-founded notification of mine controller about place and time beginning of fire and operative limitation zones of aerate of mine ventilation network by prolucts of combustion;

- verification of correctness realization of accident evacuation of miners.

Effectiveness of receipting results consist in diminution expenditures for the realization measures of plan liquidation of accidtnts, improvement conditions of use means of against-accident defence for the determination of it's primary tasks.

Results of investigations were used in the time of working out and introduction on mines of coal branch recommendations for perfection systems against-accident defence and were included in a section of normative document.

Key words: system of against-accident defence, products of burning, plan of liquidation of accidents, criterion of estimation of effectiveness, exogen fire, safety of work of miners, mine ventilation network.

Размещено на Allbest.ru

...