автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка методики прогнозной оценки вероятности возникновения аварий в шахтах Подмосковного бассейна

^С На поааах рукописи

О

ос: о

КОТЛЕРЕВСКАЯ Людмила Викторовна

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗНОЙ ОЦЕНКИ ВЕРОЯТНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙ В ШАХТАХ ПОДМОСКОВНОГО БАССЕЙНА

Специальность 05.26.01 - "Охрана труда"

Автореферат диссертации, на соискание ученой степзни кандидата технических наук

Тула «97

Работа выполнена в Тульском государственном университете

Научный руководитель - доетор технических наук, профессор

Николай Михайлович Качурин

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Олег Николаевич Русак

кандидат технических наук, доцент Александр Михайлович Лебедев

Ведущая организация - Тульское региональное отделение Академии горных наук

Защитадиссертации состоится " ^ " ОИ^й^Л^С, 1997 г. в часои на заседании диссертационного совета Д 063.47.06 в

Тульском государственном университете по адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека Тульского государственного университете.

Автореферат разослан " НЛх&Ёр&у 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. технических наук, доцен-

7 СШ.

И.В. Панферов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аетуальмость проблемы. Анализ статистической информации по аварийности а угольной промышленности России в целого, а такжэ на угледобывающих предприятиях Подмосковного бассейна позволил сделать вызод, что около 90 % аварий происходит в горных выработках угольных шахт.

С созданием высокопроизводительной горной техники появились возможности значительного повышения нагрузок на лаву и увеличения скорости подвиганий забоев подготовительных выработок. Одновременно с ростом гг.у^Зины разработки угольных пластов и нагрузки на очистные забои все острее проявляется несоответствие между техническими возможностями угледобычи и эффективностью способов защиты от воздействия опасных факторов людей, выполняющих подземные работы.

Переход к разработке пластов на больших глубинах, стремление к максимальной концентрации и интенсификации горных работ существенно повышают вероятность возникновения крупных аварий в угольной промышленности. Однако до настоящего времени ' Правила безопасности а угольных и сланцевых шахтах" не. предусматривают экспертную оценку опасного состояния шахт по вероятности возникновения аварий того или иного вида. Практика эксплуатации угольных шахт свидетельствует, что показатели вероятности возникновения аварий и времени безаварийной работы не учитываются при разработке планов профилактических мероприятий, а также планов ликвидации аварий. Вместе с тем вероятность возникновения аварии является количественной характеристикой опасного состояния объекта (будь то шахта или угледобывающее производственное объединение в целом).

Перспектива дальнейшей работы Подмосковного бассейна предусматривает проведение крупномасштабной реструктуризации и диверсификации, создание на базе действующих шахт энерго- -сырьевых производств, повышение потребности в подмосковном буром угле путем переориентации областей его использования, что в значительной степени снизит остроту социальных проблем угледобывающего региона, позволив сохранить существующие рабочие места. При этом существенно повышаются требования безопасности к подземным горным работам. Таким образом, разработка методики прогнозной оценки вероятности возникновения аварий в шахтах Подмосковного угольного бассейна является актуальной научно-технической проблемой.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с трагическими планами межвузовских. научно-технических программ "Прогноз" и "Экологически чисток горноз произзодство".

Цель» работы являлось установление закономерностей интенсивности возникновения различных видов аварий в шахтах Подмосковного бассейна, необходимых для повышения достоверности прогноза аварийной опасности шахт и установления периодичности профилактических мероприятий, снижающих вероятность аварий.

Идея работы заключается в том, что достоверный прогноз вероятности возникновения аварий возможен на основе рзтроспек-тивного анализа динамики аварийности и тохнико-зкономичасмис показателей работы шахт, а оценку эффективности профилактических мероприятий следует осуществлять по врзмени безаварийной работы.

Основные, научныо положения работы заключаются с следующем:

поток возникновения аварий в технологическом процесса добычи угля является нестационарным, обладает свойствами ординарности и отсутствия последействия, поэтому для оценки вероятности возникновения аварий различного вида следуат использовать неоднородное пуассонозскоо распределение;

ориентировочная прогнозная оценка вероятности возникновения аварий осуществляется по величине интенсивности аварий, вычисленной по соответствующему временному тренду;

уточненная прогнозная оценка вероятности возникновения аварий основана на использовании значения интенсивности аварий, рассчитанного по многомерной модели, включающей совокупность технико-экономических показателей работы шахты, влияющих на результативный признак;

достоверный прогноз аварийной опасности шахт на основе ретроспективного анализа может быть осуществлен только при постоянном ежегодном пополнении базы данных количественными показателями аварийности и технико-экономическими показателями, что позволит уточнять параметры временных трендов и пересчитывать коэффициенты математических моделей.

Новизна основных научных и практических результатов: разработана методика прогнозной оценки вероятности возникновения аварий в шахтах Подмосковного бассейна, отличающаяся тем, что динамика интенсивности возникновения аварий уточняется по мере развития существующей базы данных;

обосновано представление потока возникновения различных видов аварий в шахтах Подмосковного бассейна неоднородным

пуассснсвским ра'спрзделанием, отличзющзося тем, что интенсивность аоарий описывается многомерной модель», учитывающей влияние технико-эхонсмических показателей на аварийность;

• разработаны деревья откззов по основным видам аварий п шахтах Подмосковного бассейна;

установлены закономерности временных трендов интенсивности различных видов ааари'й и технико-экономических показателей, влияющих на аварийность;

создана математическая модель функционирования шахты Пэд'^осковнсго 'бассейна по фактору безопасности;

разработан пакет прикладных программ для персональных ЭВМ типа IBM PC, позволяющий реализовать методику прогноза вероятности возникновения аварий в шахтах Подмосковного бассейна.

Достоверность научных попож-зннй, пыводоз и рекомендаций подтверждается:

корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием методов математической статистики, теории вероятностей, теории надежности и риска, современных достижений вычислительной техники;

достаточным объемом вычислительных экспериментов, проведенный з процессе ротроспект^знсго исследования аварийности;

удовлетворительной сходимостью расчетных значений с фактическими данными интенсивности аварий и технико-зкономических показателей (в среднем отклонения Не превышали 30 %),

Пра'сгичоскоа зкзчонпз работы. Разработанная методика оценки вероятности возникновения аварий была использована на шяитах Подмосковного бассейна и позволила получить достоверные прогнозные оценки аварийной опасности угольных шахт, а также оценить гффзсткеность комплекса профилактических мероприятий. Предложенная мэтодик-з после соответствующей адаптации ггри наличии фактической информации по аварийности и технико-зкоксмичвским показателям работы можзт быть использована для прспюза цероятности возникновения аварий на шахтах других угле-дбСь'вг:ощ1ю бассзйнов. Оценка еррмени безаварийной работы шгдоы позволяет свовзрзмвнмь осуществлять мероприятия, на-преаленныа на йрадотвращенма кпарий, снижая том самым воз-мо;хный материальный ущэрО, я также ущерб жизни и здорозыо работающих. '

Рваикзацмя раО'ать!. Оейосныа неучкыз и практические результаты диссертационной работы fii ¡ядрены а ОАО "ТуЛауголь". КЬмююкг программных ервдета мэтодика прогнозной оценки вероят-нссти возникновения аварий а Шахтах Подмосковного бассейна по-

ззоляет вести гштоматизирозанную базу данных по азг.рийност»с и технико-экономическим показателям и оперативно без значительных трудозатрат осуществлять прогнозироаание. Результаты исследований были использованы в Тульском государственном университете при выполнении • госбюджетных и хоздоговорны:; научно-исследоаательсхий работ, при выполнении прикладных исследспа-ний б Тульском региональном отдалении Академии горных наук, а также в процессе обучении студентов специальности 330500 "Безопасность технологических процессов и производств".

Апробация :>г,боть!. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в делок и отдальны.п e's разделы догладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды ТулП/ (г. Тула, 1995-1997 гг.), ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 1995-1397 гг.), 1-й Международной конференции "Проблемы создания экологически чистых и ресурсосберегающих .технологии доьыч« полезных ископаемых и переработки отходов горного производства" (г.Тула, 1996 г.), 2-й Международной конфаренцу;« по экзяогкчаияилу образоаанию "Между школой и университетом" (г.Тула, 1Û0S г.), 1-й Международной Конференции по проблемам екопогни и безопасности жизнедеятельности "Наука и зкологичвеко» обркзоааниз. Практика и перспективы" (г.Тула, 1097 г.).

Публикации. По результат«;.; научны» исслгдсваиай кмостсл G публикаций.

О&ьем рзЗаты. Диссертационная рябота изложено из 133 страницах машинописного текста, состоит из б разделов, содержит 34 таблицы, 18 рисункоз, слизок литерами из 116 накаленоаени:!.

Автор диссертационной рзйоты выргхздт гпуЗагую Благодарность д.т.н., проф. Э.М. Соколопу го йзетогдоую изтодкчаглую помочь, а та;окз сотрудникам кафедры - нгролопи, -охраны труда и окружающей среди за содейстст и лодябряфу при прокадейии научных исследований.

OCKOSNOS СОДЕРКЗДИЖг Kf&OYU

Проблема достоверного прогноза серойтцооти Бозн^маеон'ла ппарий в шахтах на теряет cscisl £}ктуеяьно«и m пруте*;,».« бсэго периода существозения горной пдоодил-здности. D Рсс«:; "всзЗую остроту она приобрела по врзыя ¡ccîsGhjîi.riCoïu ïîs-

раходного периода. И Педмоскозный бассеЛн гсяяотся, дайеркэо,

самым показательным объектом, где реструктуризация и диверси-фчкзцчя угледобывающих предприятий протопают на фоке общего снижения уровня безопасности подземных горных работ. Комплексное u.v/чснис проблемы аварийной опасности угольных шахт была организовано по инициативе академика A.A. С коч> ¡некого, В.Б. Комарова, А.И. Ксенофонтсаой и d значительной мере разработано в научном плана в Московском государственном горном университете 1С.3. Ушэкоэым, Б.Ф. Кириным, Н.В. Нпу--!':;ным идр.

Фундаментальные и прикладные аспекты проблемы оценивания вероятностей возникновения аварий на сложных технологических объектах в целом и у тпьных шахтах, п частности, сформулиро-.заны в работах Ю.Н. Арсеньева, В.Я. Балтайтисз, М.В. Бесчэстного, Н.М. Качурина, Е.И. Рогова, Ю:Л. Муромцева, О.Н. Русака, Э.М. Соколова, В.А. Фатуева и др. Анализ основных научных и практических результатов, полученных d Московском государственном горном университете, Санкт-Петербургском горном институте, ИГД ия. A.A. Скочннского, Академ-пи горных наук, Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, а также яер-спектппные направления развития систем управления"сложными технологическими объектами по фактору безопасности позволили сформулировать цель п идею работы.

Цель и идея работы, а также современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме обусловили необходимость постановки и решения следующих задач:

1. Обосновать количественные и качественные показатели аварийной опасности угольных шахт, обеспечивающие управление технологическим процессом угледобычи по фактору безопасности.

2. Создать автоматизированную базу данных на основе ретроспективного анализа динамики аварийности шахт Подмосковного угольного бассейна и установить закон распределения вероятности возникновения аварий различного вида.

3. Методом корреляционного анализа выявить группу технико-экономических факторов, оказывающих влияние на состояние аварийности шахт Подмосковного угольного бассейна.

4. Установить регрессионные зависимости динамики изменения • количества аварий, технико-экономических показателей, а также многофакторные зависимости интенсивности аварий; оценить их адекватность применительно к условиям Подмосковного бассейна.

5. Разработать методику оценки вероятности возникновения аварий в угольных шахтах, позволяющую получать достоверные прогнозные значения периодов безаварийной работы

6. Разработать комплекс прикладных программ для IBM PC, по- ' зооляющих оценить вероятность возникновения аварии любого вида в шахтах Подмосковного бассейна.

Прослеживая динамику аварийности на шахтах России за 1990-95 гг. можно сделать вывод о том, что абсолютное число ааз-рий неуклонно снижается, а число азарий, отнесенных на 1 млн.т угля, добытою подземным способом, напротив растет.

Многолетняя статистика аварийности на угольных шахтах свидетельствует, что основной удельный вес в сбщвм баланса составляют подземные аварии. Основными видами крупных аварий в шах- . тах являются эндогенные и экзогенные пожары, взрывы метана и угольной пыли, внезапные выбросы угля и газа, породы и газа, обрушение пород кровли, прорывы подземных вод и пульпы.

Так же как на предприятиях угольной промышленности России в целом, наиболее часто встречающимися видами аварий в шактах Подмосковного бассейна являются эндогенные и экзогенные пожары, на долю которых в совокупности приходится порядка 70 % от общего количества аварий. Несмотря на то, что мотан встречается редко и в малых количествах, аварии, связанные с нарушением состава рудничного воздуха, периодически возникают. В последние годы отмечен рост числа аварий, сзязанных с прорывами воды в горные выработки.

О работе шахт Подмосковного угольного бассейна можно судить по основным технико-экономическим показателям (ТЭП), анализ динамики которых за период с 1988 по 1996 гг. позволил заключить, что имеет место тенденция их- устойчивого снижения (за исключением себестоимости угля). Однако следует отметить различные темпы этого процесса. Так, за 9 лот проведение вскрывающих и подготовительных .выработок сократилось в 12,6 раза, годовая и среднесуточная добыча угля уменьшились более чем в 6 раз. При этом среднесуточная нагрузка на один очистной забой сократилась лишь в 1,7 раза и в период 1993-1996 гг. оставалась практически постоянной. Среднесписочная численность рабочих по добыче угля и производительность их труда сократились в среднем в 2,5-3 раза. Себестоимость 1 т угля, добываемого подземным способом, за рассматриваемый период возросла в 14800 раз, что связано, в основном, с инфляционными процессами.

Подобное технико-экономическое состояние шахт Подмосковного бассейна можно объяснить общим кризисом, переживаемым угольной отраслью, сложностью работы в рыночных, условиях, отсутствием необходимого финансирования, трудностями со сбытом угля, множеством социальных проблем.

s

S настоящее рремя s cccnrase ОАО "Тулзуголь" добычей угля 13 шахт и одно оазрэзоупраплениэ. К числу перспеетилных огнеезны три шахты - "Подмсскойная", "Бзльковская", "БельцеЕская:' и разрззоуправление "Ушгковское".

При изучение фактической аварийности шахт Подмосковного бассейна производился ретроспективный анализ данных посредством зыделення тренда, позволяющего выявить дотзрминирозпн-ну:о составляющую временного ряда. Адекватность тренда исходным данным оценивалась по величине коэффициента корреляции. Уптпноалено, что наиболее значимыми внешними факторами, спигющими на количество аезрий, является группа ТЭП, характеризующих работу угледобывающего производственного объединения. Оценка влкпкнп внешних факторов на количество аварий осуществлена методом корреляционного анализа. В процессе исследований было доказано, что з соответствии с предлагаемой метод.¡кой количественную оценку аварийной опасности шахт и производственны* объединений s целом целесообразно производить по величине вероятности возникновения аварий; позволяющей оценить период безаварийной работы рассматриваемого объекта. Отличительной особенностью настоящей методики является se динамичность, что предг.олэгазт с:;сзгодкое пеполнзниз базы дрнкых по аварийности количествен! :ыми показателя за истекший год и перерасчет коэффициентов соотаатствумщях математических моделей.

При определении аффективности профилактических мероприятий от конкретного пида аварий з технологическом процессе добычи угля (ТПДУ) подземным способом, оценка опасности лрсиязсд-стзенных сигуацкЛ, ряграСогкэ пг.снор- ликвидации' аварии следует принимать во енк''бнке ссксскь'.э показатели аварийности к без-яяпскости шахт. С точки гроини безопасности ТПДУ характеризуется еапичиисП pitc:n, под вторым понимается вероятность чзлоаечэ-си«-и материальны;', потэрь э cnyvco азврпи. Основным покггате-лса г.ггзр^йнастн рассматр::аг«мого технологического' процесса яз-гяатся функция рйяпрздояпнкл количества аварий. Теоретическая р^спрйдояс»!:« оп«од?ллэт пероятность того, что функцко-м»?з&£ми<э ТПДУ без езврчЗ мзкьшз нЬготораго наперед заданного 1, (врзмзни безаварийной работы), т.о. Р{Т<1>.

Значительны;! практический интерес представляет таюке интенсивность мгсннкиезедкз) аварий, котергя а соответствии со ста-тйстн«о«8Ш опредалзниэгд трактуется как количество аварий, при-ходгщюхя а год нп одну шахт/.

Дксг.!'.з инфершцк« по динчм:«« возникновения аварий раз: i''V-'чзго с»дс |:ззас.-!::-зт п";сл;оч-!ть, что кнтсчс:<вко."4я возкикноса-

ния аварий изменяется во времени. Следовательно, потоки отказов в системах обеспечения жизнедеятельности шахты являются нестационарными. При этом физически обоснованной представляется гипотеза об ординарности и отсутствия последействия для рассматриваемых потоков. Таким образом, базовой закономерностью будет являться неоднородный пуассоновский закон распределения

I \

Q{i)(t) = 0} = Р{Т > i} = exp -Ja(x)dx ,

о /

где rj(t) - количество аварий во временном интервале (0,t).

Введем неотрицательную и неубывающую функцию W(t) = M ¡i](t)] , численно равную математическому ожиданию числа аварий за время t. Эта функция практически всегда дифференцируема, и существует величина (¿>(t)=dW(t)/dt, которая представляет собой параметр потока аварий. Тогда функция W(t) будет являться ведущой функцией потока аварий. Очевидно, что co(t) - a(t) ~Л((), t

i<V{f) = Ja(x)dx. о

Анализ динамики интенсивности возникновения аварий розничного вида показывает, что даже для одного вида аварий.возможна аппроксимация a(t) несколькими видами функций. То есть получим несколько законов распределения по каждому виду аварий. Поэтому необходимо теоретически обосновать алгоритм» критерии выбора закона распределения для дальнейшего использования. Пусть анализируется статистическая информация по некоторому количеству шахт NiU на временном интервале (0, t) с шаге?,-¿si= tj - (/., = 1 год, тогда на интерзале (thb tj змпиричэскоа распределение аварии j -го вида, (то есть каждому виду аварии присвоим конкретный номер) P/fJ = Рц будет определяться по формула:

р _ v Jj M у . .. '' киNaA+Nj(tk) ^Nmk+Njk

где Nfi - количество аварий j -го вида на к -м временном таге; .il/» с (О, t\); Ншк - количество шахт, работавших на к-ом временном шаге.

Ведущая функцию потока аварий j -го вида в / -й момент времени для m -го вида аппроксимирующей функции имеет следующий вид:

о

где <Лт(0 - функция с номером ш, аппроксимирующая для у'-го вида аварий.

Вероятность аварий Р,™ на каждом интервале а следовательно их теоретическое количество М^, (то есть количество аварий /-го еида при аппроксимирующей функции на к-ом временном шаге), определяется по формуле:

йц

Р<тк = >> {Л?Л<-1 < '/Д)< = I ' " -

гдо - плотность распределения.

Номер аппроксимирующей функции тср,, а следовательно, и вид закона распределения определяются, исходя из условия минимальности расчетного значения критерия согласия (К.Пирсона или Колмогорова-Смирнова) при рваном уровне значимости.

Качественный анализ последовательности процессов и состояний технологического объекта, приводящих к созникновению аварий, возможен с использованием метода построения дерева отказов. Постооены деревья отказоа для шахты в целом, для системы вентиляции, кропи горных выработок и системы защиты от экзогенный по-жзрсэ. Для других видоз аварий, таких как эагазированиз Горных выработок, прорывы воды, эндогенные пожары деревья отказоп выглядят весьма просто, но исходные события для них, как правило, изучены недостаточно, ток как сни определяются, в первую очередь, физико-химическими процессами, протекающими в горном массиве. Выполненный анализ свидетельствует о том, что о настоящее время целый ряд исходных событий нельзя точно оценить, поэтому следует формировать базу данных но Подмосковному бассейну в целом и выявлять статистические связи мзжду технологическими параметрами и параметрами риска.

Математическая модель функционирования шахты Подмосковного бассейна по фактору безопасности может быть представлена следующим образом:

Р((0-=охр[-|Л,(г)с/г1,

и

где РД) - функция безопасности щахты по /-аду виду аварий;

Я,- - оценка среднестатистической Интенсивности азарии 1-го айда.

Следовательно, задача управления безопасным функционированием шахты сводится к осущссталепню мероприятий, позволяющих обеспечить следующий условны:

,\(1)->тт или Р,(() ->тах .

Так как имеет место многофакторная связь аварийности с горно-геологическими '¿гг), физико-химическими (Гфх), технпко-зкоиошческими и социальными факторами, то в самом общем видо

Однако для решения практических задач прогноза аварийности и реальных условиях работы ОАО "Тулауголь" уаиболее значимой и доступной для количественной оценки является группа ТЗЛ. Поэтому ¡/¿тематическая модель функционирования шахты Подмосковного бассейна по фактору безопасности позволяет получить ссягь интенсивности возникновения аварий с основными ТЭП работы шахты и с общем виде может быть представлена сладуюш,образом:

= '(0/ + ку '^год+ к'Л - Ввод* кИ '&сут + '^иаб +

где М»оз - производственная мощность, т; 04оа - годовой объем до-бы.чи угля, т; Осут - среднесуточна» добыча угля,, т/сут; йПе-среднесуточная нагрузка на один очистной забой, т/сут; -

срсднедействующая длина линии очистных забоев, щ - про-

ведение ¡¿скрывающих и подготовительных выработок, м; Ртп -среднемесячная производительность труда рабочего на дсЗыче угля, т/мес.

Ориентировочная прогнозная оценка вероятное?;: ооаиихиоаа-ния азарий в шахтах Подмосковного б&ссвГма мажет быть осуществлена на основе однопзрамвтричесхих моделей трйндег 'ютааг-о ности аварий. Проведенные бычиояйтояйнуз 5£Язр}1.*.шт>1 похрз2-ли, что ряд моделей временных трендов ннген&и&нэсад («жкратнпго вида аварий имеет практически ревкыз значения кагс^щиентоз корреляции. При выборе тренда в данном с;1учг,-> следует исходить из критерия прооюты рьсчотсь. Для наиболее }:сспрсстрен^;1»Ьй. видоа аварий (эндогенных и окзогекнык пзя&раз, оЗщой сиари'Дхи-сти) рекомендуется, руководствуясь физи^.ски^и соаЗра>.»ит;м, учитывать так«« следующий фай-: Я^цг-МО) -> П1Ш, гдо - п;<з-

гнознов значение интенсивности /-го вида аварий на у+7-й год; ЛД>/ -фактическое значение интенсивности 1-го вида аварий за последний /-Й год, включенный в базу данных по аварийности.

Установлено, что интенсивность эндогенных пожаров может быть удовлетворительно описана экспоненциальной заоисимостьга, для описания интенсивности экзогенных пожаров, обрушений; прорывов воды следует использовать линейную зависимость, степенная модель соответствует интенсивности общей азарийности.

Дпя основных видов аварий выявлены законы распределения интенсивности. Так, интенсивность эндогенных пожаров и обрушений горных выработок подчиняется нормальному, экзогенных пожаров - экспоненциальному, оЬщей аварийности - логнормальному законам распределения.

Анализ результатов обработки временных рядов интенсивности аварий показывает, что в целом осуществлять экстраполяцию, используя тренды, можно только на короткий период времени (не болзз одного года) и для приближенных оценок. Сравнительно низкие значения коэффициентов корреляции говорят о том, что на рззультатнвный признак накладывается влияние целого ряда случайных факторов, учат и изучение которых являются обязательными для достоверного прогноза значений интенсивности аварий.

Методика прогнозной оценки вероятности возникновения аварий о шахтах Подмосковного бассейна реализована на примере двух шахт ОАО "Тулауголь" - "Подмосковная" и "Бельковская", отнесенных к числу перспективных. Для проектируемых шахт, а также шахт, недавно введенных о эксплуатацию и на имеющих достаточного количества статистической информации, в соответствии с методикой рекомендуется в качестве начального приближения использовать модель среднестатистической шахты. Таким образом в работе произведена оценка вероятности возникновения аварий в шахте "Бельцевская", введенной в эксплуатацию в 1997 г.

Уточненная прогнозная оценка вероятности возникновения аварий, учитывающая влияние ТЭП работы шахт на аварийность, требует проведения регрессионного анализа данных ТЭП с целью осуществления их прогноза.

Проведение регрессионного анализа данных ТЭП работы указанных шахт позволило сделать вывод, что процедуре выделения временных трендйв должен предшествовать процесс сглаживания исходных данных, что позволит получить более точные прогнозные оценки. Сглаживание произведено методом скользящего среднего по 7 точкам с учетом краевых эффектов.

По сглаженным данным были получены различные модели, трендоа. Анализ результатов показыаает, что высокие значения коэффициентов корреляции имеют место практически для всех видов зависимостей. Оптимальной будет интерполяция пс модели, для которой R -> max, где R - коэффициент корреляция. Однако результаты вычислительных экспериментов свидетельствуют, что ряд моделей, обладающих хорошими интерполяционными свойствами, не может быть использован для прогноза ТЭП, так как дззт явно заниженные значения. Поэтому при осуществлении прогнозирования, следует принимать во внимание .также соображения физической адекватности.

Приведем эмпирические зависимости для получения протезных оценок ТЭП для шахты "Подмоскоаная": производственная мощность, т

Мгод= -780317,615 + 257732,251-?-128,785-Г; (1)

годовой объем добычи угля, т

D30d= 307133924,511- iC3770,017 • f; (2)

среднесуточная добыча угля, т/сут

Dcym = -43987^89 + ехр(42,294 - 0,016 • t); (3)

среднесуточная нагрузка на один очистной забой, т/сут ®ъаб - -41^78,425 + ехр(43,95145 -0,01668 - f); • " (4) средне-действующая длина линии очистных забоев, м La 3 = -11170153,885 + 11245,545 • t -2,8287 -t2; (5)

проведение вскрывающих и подготовительных выработок, м l-nofe- ехр(531,0491-0,2623 f); (б)

среднемесячная производительность труда рабочего по добыче угля, т

Ртр = -820,514 + ехр(42,952-0,01814-i); (7)

Значения коэффициентов корреляции для моделей временных трендов (1)-(7) изменяются от 0.850 до 0.990, что свидетельствует о высокой степени их адекватности.

Практические расчеты, выполненные на основе существующей базы данных по аварийности и ТЭП работы шахт "Подмосковная", "Бельковская", а также среднестатистической шахты ОАО "Тулауголь" показали, что оценить вероятность возникновения аварий возможно следующим образом:

P,tf/) ='1-ехр -(Л,), .{ti-U)

гдз (Л,), - прогнозное среднао значение инт-знсипноста. i-ro айда

пззряЛ d мсмэнт времени t¡, 1/год; tj-U - длительность ор-змзнксго пнторзаяа прогноза.

Той как наиболее достоверны:! прогноз может быть осуществлен лишь на один год вперед, т.е. í2-t% ~ 1, то расчетная формула по оценка вероятности возникновения аварий примет вид:

Р^-Ы-ехр!"-^]. ^ (8)

Оценка орзмзни безаварийной работы шахты по конкретному .жду -зоарий мочот оыть произведена по формуле:

Ъ -о.;),! ■

Средина знача ¡но интаксирности /-го вида аварий дли t¡ года рассчитывается по модели множественной линейной регрессии, 1;кп:амаю1дей соаохутюсгь ТЗП.

Приведем модели для оценки интенсивности лозмикнезэниг? различных видев взгйрий на прп,\-;?р-з шзхты "Лодмосксзная":

ондоган! 1ыо пожары Л, =7,402833-10"2 +5,134070-10"7 -A'/3oa-2,03G£)G3-1G-9 -Оэоа+ +4,033373 -10-* Dcyrn + 1,735040 • 10"J ■ DUs3 - 9,202470 .цг4 • > + 1,120732 • Ю~4 • ¿пойэ- 2,037040 • • pnj

зхзогенннз r.owpH - - '

Л\ = 3.603Я93 • 10"1 - 2£f№3a2 • 10"3 • eá + 1,024322 • 10-5 • O oí!-

-1,071161-10 3 • Dcyn - 1,632 i 11-10"- -0 + 5,443340-10"3 •/..--7,450344-10~4 -tnaa3+ 4,357*33- Í0~2 -P(ij|i ¡ (10)

оЗрушоннэ горных выработок

= -1,343431- 1Q~'f -1,318320 • 4C"r • ?.1аой+ 4.174230 -10"7 • Dsod- '

-1017023 • 10~4 ■ Os).m-7,f)7-<4?S-10"4 - D„sfS + ■

+7,110071-10'4 • LiCl¡- 3,í!4O350 • 1ГЭ - Lnt>et+ 4,784840 -10~3 -Ягор ; (Ц)

аггазирайЕичз гернЫх swpsSoraK Х*4 - -3,493743-10"1 + ñ.^20170• 1Ó"f • MasS-1,205973• 10~9 -D30d + +<1231417 ■ ИГ* • - 4,430410 • 10"1 - Оиа3'+

+Г>Л'17Г:34-1Г4 •!, , + 3,44■ 10"s -1ПС!ЙЗ + ■ VT^-P^ip)

прорывы воды в горные выработки Л'Б =1,510562 -1,423502 Ю"6-Мгод+&,161862-10 в •Огод-

-5,746730-Ю-4 0сут-8,8'18028 10"1 829507-Ю-3

-3.688564-10'4-¿.лой,-3,934566-10^-Ртр ; (13)

общая аварийность Д*6 = 1,431593-3,495086• 10~3 • Мгоб+ 2,131904• Ю-5-Огод~

-2,113994 • 10"3 • Осут - 1,729281- Ю-2 - 0Ьаб + 3,340129 • 10~3 • 1.заб -

-9,614489 -10-4 -1.пойг+ 2,221626-10~2-Ртр ; СИ)

Математические модели (0-14) имеют высокие значения коэффициентов корреляции, принадлежащие интерзалу 0,834...0,974, и лишь для загазирования горных выработок /?=0,673.

Вычислительный эксперимент, проведенный по зазисимостяы (8}-(14), позволил получить для шахты "Подмосковная" следующий прогнозные значения интенсивности и вероятности возникновения аварий на 1997 г., соответственно: эндогенные пожары - 0,0308 и 0,0381, экзогенные пожару - 0,0935 и 0,0893, обрушение горных выработок - 0,0021 и 0,0020, загазирование. горных вьфаботок - 0 и 0, прорывы воды в горные выработки - 0,0249 к 0,02*10, общая аварийность - 0,1329 и 0,1244.

Таким образом, в диссертационной работе на примере ща;;т ОАО "Тулауголь" реализована методика прогнозной оценки сгроят-ности возникновения различных видов подземных аварий. Достоверность расчетных результатов ло оценке интенсивности аварий, вероятности их возникновения на 1997 г., а также прогнозному времени безаварийной работы шахты по конкретному виду аварий к общей аварийности подтверждается выводами, сделанными специалистами на основе экспертного анализа.

Изучение процесса течения аварий показывает, что устранить причины возникновения аварий значительно лзгчо, чокз прекратить их развитие. Минимизировать риск функционирования технологического объекта возможно с использованием систем искусстпснноги интеллекта, экспертных систем представления гнекий. Задачами те,-ких систем является формирование и накопление Оааы дамнык а пс • казателях аварийности, проведение качественного и ¿ошчэстейннй-го анализа информации о функционировании -тсяиологичзсцого объекта, идентификация и прогнозирование состояний, расчет сооте-т-ствующих режимов работы.

«

В диссертации разработана методика прогноза аварийной опасности угольных шахт, программная реализация которой может служить п~.:шым составным элементов описанных выше систем. Главная цель метсдичосгсго подхода, зяппхенная в математическом обеспечении прогноза вероятности возникновения аварий в шахтах, - это'сделать возможным аычислител^ый эксперимент, моделирующий функционирование технологического объекта угледобычи ■ по фактору безопасности. Результаты вычислительного эксперимента как на стадии проектирования, тгк и а процессе эксплуатации шахты поззолят получить необходимый объем информации дг.я принятия решений по обеспечению безаварийной работы шахты. Программный комплекс методики прогнозной сценки вероятности боэникиопония аварий вютчает как стандартные средства Microsoft Windows Statisílca 4.3, так и специально разработанный пакет прикладных программ на языке Turbo Pascal 7.0

Структурная схема программной реализации методики прогнозной оценки вероятности возникновения аварий в шахтах Подмосковного бассейна представлена на рисунке.

Высокая цена отказов, особенно катастрофических, с системе обеспечения-жизнедеятельности шахты выдвигает на первый ппан задачу их предупреждения, что возможно благодаря разработке профилактических мероприятий и своевременному вводу их з действие. Знание прогнозной оценки периода безаварийной работы шахты, являющейся результатом реализации предлагаемой методики на конкретном технологическом объекте, позволяет установить периодичность профилактики по конкретному виду аварий, а также общей аварийности. Динамичность методики обеспечивает ежегодную корректировку показателя периода безаварийной работы объекта, что дает возможность лицу, принимающему решение, оперативно реагировать на изменение фактического состояния аварийности и принимать эффективные управленческие решения, качество которых определяется уровнем его квалификации. Таким образом, методику прогнозной оценки вероятности возникновения аварий рекомендуется использовать в качестве системы поддержки принятия решений, направленных на предотвращение аварии.

В работе приведены общие рекомендации по предупреждению наиболее распространенных и наносящих значительный ущерб видов аварий, которые использованы на шахтах ОАО "Тулауголь", а также при выполнении прикладных исследований в Тульском региональном отделении Академии горных наук.

Рис. Структурная схема программной реализации методики прогноза вероятности возникновения авармй в шэхтгх

ЗАКЛЮЧЕНИЙ

В диссертационной рсботе депо новоо решение актуальной научной задачи установления зглоноглериестсй интенсивности воз-никноз"кия различных видов пвзгшй з шахтах Подмосковного бассейна и разработки методики прогноза вероятности возникновения ???ар:1й в ¡пахтах, позволяющей повысить достоверность прогноза ¡»арийкой опасности на основе ретроспективного анализа динамики азарий и ТЭП работы шахт, что имеет важное значение для угольной промышленности о пзриод реструктуризации и дизеагфмкпции технологически" процессов.

Основные научные й практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Выполнен ретроспективный анализ фактической аварийности угольных шахт Подмосковного бассейна с целью изучения динамики временных рядов количества и интенсивности аварий. Установлено, что показателями, опредеплгащими аварийную опасность угольных шахг, являются функция распрэделения аварий, вероятность возникновения аварий во временном интервала (1ь 1г), интенсивность аварий, а безопасность шахт характеризуется функцией бозопасности, вероятностью безаварийной работы в интерзале ((■„ У, средней длительностью периода безаварийной работы.

2. Получены статистические характеристики количества и интенсивности основных видов крупных аварий на угольных шахтах Подмосковного бассейна, описывающие общую картину состояния аварийности исследуемого объекта.

3. Установлены временные регрессионные зависимости количества и интенсивности основных видов аварий, возникающих в шахтах Подмосковного бассейна, позволяющие осуществлять кратковременный прогноз указанных показателей (наиболее достоверный - на 1 год вперед).

4. Установлена многофакторная связь интенсивности возникновения азарий с технико-зкономическими показателями работы шахт и разработана математическая модель функционирования угольной шахты Подмосковного бассейна, в основе которой лежит пуассоновский поток распределения вероятности возникновения аварий, который позволяет рассматривать ее как объект автоматизированной системы управления по фактору безопасности.

5. Разработана методика прогнозной оценки вероятности возникновения аварий в шахтах Подмосковного бассейна, реализована на примера двух шзхт ОАО "Тулзуголь" - "Подмосковная" и "Бсльковскзя", а также среднестатистической шахгы. Адекватность разработанных математических моделей подтверждается удоялет

верительной сходимостью расчетных результатов с фактическими данными интенсивности аварий и технико-экономических показателей (в среднем отклонения не превышали 30 %).

С. Разработан комплекс программных средств на базе IBM PC, позволяющий осуществлять прогнозирование вероятности возникновения апарий в шахтах Подмосковного угольного бассейна с использованием стандартного математического обеспечения Microsoft Office. Комплекс программных средств успешно апробирован при решении указанных задач в ОАО "Тулауголь".

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работая:

1. Качурин Н.М., Котлареаская Л.В. Динамика интенсивности возникновения аварий в шахтах Подмосковного бассейна // Изаестия ТулГУ. Серия: "Экология и безопасность жизнедеятельности". Выпуск 3 - Тулз: ТулГУ, 1937,-С.305-310.

2. Качурин Н.М., Котлеревская Л.В. Проблемы экологии и безопасности ь горной промышленности России // Научно-практическая конференция "Экология и общественность". Тезисы доклэдое. Тула, 1997. С.149-150.

3. Качурин Н.М., Шейнкман Л.З., Котлеревскея Л.О. Прогнозирование вероятности возникновения аварий на угольный предприятиях Н\ Меодунар. конф. по пробл. экологии и безопасности жизнедэдт. "Наука и •лсопсгическоа образование. Практика и перспективы". Тезисы докл. Тула, 19Q7. С.217-219.

4. Качурин ИЛА., Котлерасская Л.В. Сбязь физико-матсматичсской подготовки школьников с качеством изучения проблем экологии и безопасности в промышленности // 2 Маждунар. конф. по экологическому образованию "Между школой и университетом". Тезисы докл. Тула, 1GSS. С.334-383. . .

5. Качурин ИМ., Шейншен Л.Э., Котлереаскай Л.В. Методические положения прогнозной оценки вероятности еаарий -на горных продприя-гиях И 1 Мгждунг.р. конф."СоэД5НИ;"' экологичос:си чистых и ргсурсосберг?-raiooiiix технологий добычи попззных искогсюмых и пзрерабсткг, отходов горнего производства". Тезисы докл. Тула, 1SS3. C.12G-127.

Г .

Подписано с печать -п. //. 07 г. Фермат бумаги 80x84 1/16. Буягсгр пшогргсЬ. f' Z. Офсетная печать. Усл. реч. л. л Усл. кр.-отт. J, :. Уч.-изд. г.. 'Л Tnpœx 500 ас Звкса « •> . Тульский гогуцгваеьнный унизь-пситвт. 30C-SC0, Тулз, пр. Яен«на. Подраздйлс?|пе опарзтиылч'; полиграф:,« Тульского гс~уд.-^к-.тс1..; ною умиеь-рситета. ЗООйОО, 7ул«. ул. г^г^кка, 18!.