автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Развитие методов оценки и обеспечения взрывобезопасности применения электрической энергии в тупиковых выработках угольных шахт

Донецкий государственный технический университет

■"Т ОД

Спиваковский Алексей Валериевич

УДК 622.817.5:614.84:331.45:622.012.2

Развитие методов оценки и обеспечения взрывобезопасности применения электрической энергии в тупиковых выработках угольных шахт

Специальность 05.26.01 - " Охрана труда " Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Донецк 2000

Диссертацией является рукопись

Работа выполнена в Донецком государственном техническом университете Министерства образования и науки Украины, г. Донецк.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Ковалев Александр Петрович, профессор кафедры "Электроснабжение промпредприятий и городов" Донецкого государственного технического университета.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Дзюбан Виталий Серафимович заместитель директора по научной работе, Украинский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт взрывозащищенного и рудничного электрооборудования, г. Донецк.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник Погорельский Абрам Евсеевич, руководитель Испытательного сертификационного центра взрывозащищенного и рудничного электрооборудования, г. Донецк.

Ведущая организация - Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ) Министерства топлива и энергетики Украины, г. Макеевка

Защита состоится_7 июля_2000г.

в 12 час_00 мин. на заседании

специализированного совета Д11.052.05 в Донецком государственном техническом университете (83000, г. Донецк, ул. Артема, 58, ауд. 1.201).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ДонГТУ (83000, г. Донецк, ул. Артема, 58, II уч. корп.).

Автореферат разослан_5 июня_2000 г.

Ученый секретарь специализированного

№.Ж-1с№< и О

ученого совета Д 11.052.05, доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Согласно статистических данных МакНИИ за последние 10 лет (1988-1997) от электрических источников на угольных шахтах Украины произошло 30 взрывов метановоздушной смеси и угольной пыли, из них 16 взрывов произошли в тупиковых выработках. В 75% случаев взрывы газа в тупиковых выработках возникают при повреждении кабелей и нарушении взрывозащиты электрооборудования.

Поэтому задачи, связанные с прогнозированием уровня взрывобезопасности, наиболее опасных в отношении взрыва (тупиковых) выработок и разработкой организационных и технических мероприятий, способных уменьшить вероятность взрывов в них, являются весьма актуальными и их решение служит интересам экономики Украины.

Значительный вклад в постановку и решение задач по оценке вероятности появления таких событий, как взрыв, пожар, случаи поражения людей электрическим током при эксплуатации электрооборудования, разработку организационных и технических решений по предотвращению аварий в шахтах внесли: П.Ф. Ковалев, В.П. Колосюк, В.П. Коптиков, А.Г. Мнухин, H.A. Кизимов, А.Б. Ихно, B.C. Торгашев, З.М. Иохельсон, Ю.В. Товстик, B.C. Дзюбан, Я.С. Риман, А.Е. Погорельский, H.A. Черников, А.П. Ковалев, М.И. Макаров, Л.И. Колесник, A.A. Каймаков, В.И. Серов, В.Г. Соболев, Г.И. Разгильдеев, В.В. Щуцкий, Ф.П. Шкрабец, Е.Ф. Цаненко и другие исследователи.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Настоящая работа является составной частью научно-исследовательских разработок, выполняемых по гостеме 019U008274 "Развитие теоретических основ оценок и методов прогнозирования пожаробезопасности систем электроснабжения на промышленных и бытовых объектах".

Цель работы. Разработка математической модели процесса формирования вероятного взрыва метановоздушной смеси от источника инициирования взрыва электрического происхождения и методики оценки взрывобезопасности применения электрической энергии в тупиковой выработке угольной шахты.

Идея работы заключатся в решении проблемы по снижению вероятности возникновения взрывов в тупиковой выработке угольной шахты, при эксплуатации в ней электрооборудования, до нормируемого ГОСТ 12.1.010-76 значения за счет выбора оптимальных с точки зрения

безопасности сроков контроля за атмосферой выработки, сроков профилактики средств защит и электрооборудования.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели в работе использовались аналитические и экспериментальные методы исследований, базирующиеся на основных понятиях теории вероятностей и надежности. Аналитические исследования и математическое моделирование выполнялось с применением ЭВМ.

Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту, и их новизна:

1. На основе теории однородных марковских случайных процессов разработана новая математическая модель, позволяющая прогнозировать уровень взрывобезопасности тупиковой выработки угольной шахты при эксплуатации в ней электрооборудования, отличающаяся от известных тем, что кроме частоты появления взрывов, определяется стандарт и функция распределения интервалов времени между появлениями аварий, вероятность нахождения системы в течении времени г в любом из возможных состояний.

2. Впервые получены зависимости интенсивности появления взрывов в тупиковой выработке угольной шахты от частоты и длительности появления коротких замыканий в кабельных сетях, надежности системы аэрогазового контроля (АГК), сроков ее профилактики, частоты и длительности появления опасной концентрации метановоздушной смеси и сроков ее контроля.

3. Впервые получены зависимости интенсивности появления взрывов в тупиковой выработке угольной шахты от частоты и длительности появления однофазного замыкания фазы на землю, надежности защитного заземления, надежности системы аэрогазового контроля (АГК), сроков их профилактики; частоты и длительности появления опасной концентрации метановоздушной смеси и сроков ее контроля.

4. Впервые получены зависимости интенсивности появления взрывов в тупиковой выработке угольной шахты от частоты появления и длительности существования коммутационных искрений, ослабленных и опасно нагретых контактов во взрывозащенном электрооборудовании, надежности взрывозащиты этого электрооборудования и системы аэрогазового контроля (АГК), сроков их профилактики; частоты и длительности появления опасной концентрации метановоздушной смеси и сроков ее контроля.

Обоснование и достоверность научных положении, выводов и

рекомендаций_подтверждается корректным применением

основополагающих теоретических и экспериментальных методов исследования: теории однородных марковских процессов; теории матриц;

теории вероятностей; моделирования явлений на ЭВМ; соответствием объема данных наблюдений ГОСТ 22782.6-84; удовлетворительной сходимостью результатов оценки взрывобезопасности тупиковой выработки с данными отраслевой статистики; гипотезами о видах распределения исследуемых случайных величин, подтверждаемых с доверительной вероятностью не ниже 0,95 и предельной относительной ошибкой не выше 0,2; положительными результатами внедрения разработанной методики расчета и рекомендаций.

Научное значение работы состоит в разработке математической модели и зависимостей, позволяющих прогнозировать уровень взрывобезопасности; в уточнении методики оценки взрывобезопасности тупиковой выработки при эксплуатации в ней электрооборудования.

Практическое значение работы заключается в разработке методики расчета, позволяющей оценить уровень взрывобезопасности применения электрической энергии в тупиковой выработке угольной шахты, сравнить результаты с существующими в отрасли нормами и выбирать сроки контроля за: атмосферой выработки, средствами защитного отключения, взрывозащитой электрооборудования и его заземлением, которые обеспечивают нормируемый уровень взрывобезопасности, а значит -повысить безопасность проведения проходческих работ.

Реалпзаппя выводов и рекомендаций работы. Предлагаемые в работе математические модели и формулы легли в основу разработанной двумя организациями МакНИИ и ДонГТУ методики: "Методика оценки взрывобезопасности тупиковой выработки при эксплуатации электрооборудования". Использование этой методики на шахте "Красноармейская-западная №1" позволило научно обосновать сроки профилактики средств защиты при которых обеспечивается нормируемый уровень взрывобезопасности.

Апробация работы Результаты диссертационной работы докладывались на международном коллоквиуме "Вероятность и статистика", посвященном 80-летгао И.И. Гихмана (Донецк, 1998 г), на международной конференции "Проектирование шахт и выбор оборудования" (Днепропетровск, 1999 г.), на расширенном заседании кафедры "Охрана труда" ДонГТУ (12.11.1999), на 4-й международной научной конференции "Эффективность и качество электроснабжения промышленных предприятий" (Мариуполь, 2000 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, из них 5 - в ведущих специальных изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 разделов и заключения. Она содержит 123 страницы машинописного текста, включая 21 рисунок, 7 таблиц, список использованной литературы из 72-х источников и приложений на 29 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрена актуальность проблемы, указана цель работы, идея, изложены основные научные положения и результаты, выносимые на защиту и их новизна.

Первый раздел работы посвящен статистической оценке взрывобезопасности выработок угольных шахт при эксплуатации электрооборудования. За период с 1988 по 1997 гг. из 30 взрывов, происшедших на угольных шахтах Украины, 19 - произошли при воздействии электрического источника воспламенения на взрывоопасную метановоздушную смесь выработки. Распределение числа взрывов по выработкам за этот период приведено в табл. 1.

Таблица 1

Распределение случаев взрывов за период 1988-1997 гг. на угольных шахтах Украины от электрических источников по выработкам и

интенсивность их появления

Но- Места взрывов Среднее Коли- Интен- Доверительный

мер число чество сивн- интервал с

вы- выра- взрывов ость доверительной

ра- боток в от появле- вероятностью

бот- отрасли, электри- ния а = 0,95

ки N ческого источника взрывов, Н, Угод

1 2 3 4 5 6

1 Тупиковая выработка 2353 12 5,10-10^ [ 2,94-Ю"4; 7,74-10^1

2 Лава 1079 2 1,85-Ю"4 [ 3,29-10"5; 4,40-10^1

3 Вентиляционная

выработка участка 1079 0 - -

4 Откаточный штрек 1380 2 1,45-10"' [ 2,58-Ю"5; 3,44-10"4]

5 Другие выработки 5019 3 5,98-10"5 [ 1,63-10"5; 1,25-104]

Определен статистический уровень взрывобезопасности выработок угольных шахт Украины. Показано, что наиболее опасными в отношении взрыва на сегодняшний день остаются тупиковые выработки.

Второй раздел посвящен обзору существующих методов оценки взрывобезопасности выработок угольных шахт.

Показано, что в некоторых случаях для оценки взрывобезопасности выработок можно использовать известную в теории надежности формулу:

я; 1—у ,, (1)

) ( т т д ' ^ у

где Н*— интенсивность взрыва от /-го минимального совмещения; Л

интенсивность переходов 1-го элемента из безопасного состояния в опасное; /л ¡- интенсивность переходов /-го элемента из опасного состояния в безопасное;

Анализ формулы (1) показал, что в том случае, если в системе, состоящей из т элементов имеется хотя бы один необслуживаемый в процессе эксплуатации элемент (//->0), пользоваться формулой (1) нецелесообразно, так же ее нельзя использовать и в том случае, когда найдется пара элементов, у которых Л ,» Л и ¡и ¡» /л j , или , если для какого-то одного либо нескольких элементов Л,» и у .

Третий раздел посвящен разработке математической модели процесса формирования взрыва в тупиковых выработках угольных шахт при эксплуатации в них электрооборудования.

Анализ всех возможных ситуаций, приводящих ко взрыву в тупиковой выработке, показал, что максимальное число событий, формирующих его, равно пяти.

Рассмотрим систему, состоящую из пяти элементов: х1,х2,....,х5. Пусть состояние каждого из них описывается случайным марковским процессом %к (?), к = 1,5, с двумя состояниями: 0 - безопасное, 1 — опасное. Обозначим через Л кп/л к параметры рассматриваемых процессов.

При этом: Л к - интенсивность переходов из неопасного в опасное состояние, ¡л к - из опасного в неопасное.

Взрыв в тупиковой выработке наступает в момент случайной встречи рассматриваемых процессов в состоянии, когда все ^¿(/) = 1,(л = 1,5) (рис.1). Задача состоит в том, чтобы зная параметры процессов, определить среднее время до первого взрыва г1( дисперсию а\, зависимость вероятности нахождения системы в каждом из состояний от времени р1 (?),

; = 1,31 и функцию распределения интервалов времени до первого взрыва

Для решения поставленной задачи выразим значения г ^ст,, А(0.^1(0 через параметры известных процессов Х\(!),Х2^)>Х&)>Х

Для этого совокупность этих процессов рассмотрим как процесс Маркова с 25 = 32 дискретными состояниями и непрерывным временем.

Система в любой момент времени ? может находится в одном из конечного множества состояний:

£ {е, (0,0,0,0,0), е2 (1,0,0,0,0),..., е32 (1,1,1,1,1)} ■

При случайном попадании системы в состояние е32 (1,1,1,1,1) происходит взрыв в тупиковой выработке (рис. 1).

Этот процесс полностью описывается матрицей интенсивностей переходов, которую можно изобразить в виде:

я5 ( ) 0 0

А4 0 •я5 0 Л2 А. Л3 я4

М 5 Ms С 0 Ms 4 0 0 0 0 л3 1

00 . . о ц 2ц хц ъц 4 0 0. . . 0 -Ел я,

00 0 0 0.. . 0 0 1

(2)

где A4, А!4 - квадратные матрицы (16x16), отличающиеся между

собой только диагональными элементами. Все искомые параметры процесса найдем из системы уравнений, записанной в матричной форме:

р(0=р(0-(р-1), (3)

32

32

- вектор-строка; ;=1

где Р(г) = р,(г) - вектор-строка; Р(г) = р,(г)

1. I

I - единичная матрица; Решение системы уравнений ищется при начальных условиях:

^(0)= \,Рг (о) = 0,Р3 (о) = 0,.. ,Р32 (о) = 0.

Значения г 1 и а? находятся из систем уравнений:

т = (4)

<т2=(2-Г<-1 )т-Гч, (5)

где N = (I - О)1 - фундаментальная матрица; О -получается из матрицы интенсивностей переходов Р, исключением из нее поглощающего состояния (последняя строка и последний столбец); - вектор-столбец у

которого все элементы равны 1; = сг = [сг1]^1], =[г,2] '] -

вектор-столбцы.

При выполнении условия: г^сТ) (свойство экспоненциального распределения) функции распределения времени до первого взрыва, если в начальный момент времени система находилась в состоянии е\ , можно представить в виде:

м

Точная оценка интенсивности взрыва у'-го минимального совмещения опасностей определяется следующим образом:

я;Т) = У (7)

В общем случае, когда условие г^сх, не выполняется, то /;'/(0 находим:

1=1

гдер,{() - находится из системы уравнений (3). Если выполняется условие: (11»с1[,/ = 1,5; с/5 «с/,,/ = 1,4 и заданы сроки профилактики элементов: 01,02,03,04и выполняется условие

©/А

<0,1, тогда Г)можно найти следующим образом:

-^--(9)

П©,2 /=1

где (¡1, - средние интервалы времени нахождения г-го элемента в безопасном и опасном состоянии соответственно

Системы уравнений (3), (4), (5), матрица интенсивностей переходов (2) положены в основу разработки методики оценки вероятности возникновения взрывов в тупиковой выработке угольной шахты при эксплуатации в ней электрооборудования.

Четвертый раздел посвящен разработке методики оценки взрывобезопасности тупиковых выработок. Все электрооборудование, которое эксплуатируется в тупиковой выработке, разделим на три группы (г = 1,з): 1 - взрывозащищенное электрооборудование с нормально искрящими частями; 2 - взрывозащищенное электрооборудование с нормально неискрящими частями; 3 - электрооборудование, в котором нет искрящих частей, а не искрящие части не имеют взрывозащиты.

Из множества опасностей, встречающихся на участке, способных в сочетании с другими опасностями привести к взрыву было отобрано только 13. Остальные опасности встречаются реже отобранных в 100 и более раз, и посему в расчет не принимались.

1 - Отключаемое короткое замыкание (КЗ). 2 - Неотключаемое КЗ без последующего горения изоляции. 3 - Неотключаемое КЗ с последующим горением изоляции. 4 - Отключаемое однофазное замыкание (03). 5 - Неотключаемое 03. 6 - Ослабленный искрящий или опасно нагретый контакт в оболочке - с нормально не искрящими частями. 7 - Коммутационное искрение в оболочке с нормально искрящими частями. 8 - Нарушение взрывозащиты оболочки - с не искрящими частями. 9 - Нарушение взрывозащиты - с искрящими частями. 10 - Отказ защитного заземления. 11 - Появление взрывчатой концентрации метана. 12 - Отказ аппаратуры контроля воздуха. 13 - Отказ приборов автоматического контроля метана.

Разделение электрооборудования на три группы (1=3), учет к = 13 видов опасности, позволило каждый элемент системы, формирующий взрыв в тупиковой выработке, представить в виде события которое характеризуется двумя параметрами: ^-среднее время до появления к-то события и ¿к - средняя длительность его существования.

Дерево, описывающее формирование взрыва в тупиковой выработке приведено на рис. 2.

Используя исходные данные табл. 2, полученные МакНИИ при обследовании тупиковых выработок угольных шахт Донбасса, "дерево" рис. 2, системы уравнений (4) и (5), была получена следующая оценка

интенсивности взрывов в тупиковой выработке от электрических

20

источников: = £Я<Т) = 6,78 • 10"4 1/год.

/=1

Из анализа полученных результатов видно, что значение ЯцТ) =6,78-10"41/год, полученное по предлагаемой методике, попадает в доверительный интервал с доверительной вероятностью 0,95, построенной при обработке статистических данных о взрывах в тупиковой выработке [2,94-Ю"1; 7,74-10^], приведенных в табл. 1. Приближенные методы, описанные в разделе 2, отличаются от точного в 10 и более раз.

Следовательно, предлагаемый в работе метод оценки взрывобезопасности можно использовать как для оценки существующего уровня взрывобезопасности в отрасли, так и для прогнозирования взрывобезопасности конкретных выработок.

Исследования показали, что практически все взрывы в тупиковых выработках происходят при преднамеренном загрубленпп или отключении средств системы АГК. Таким образом, повышеш1е надежности срабатывания элементов АГК мало влияет на общий уровень взрывобезопасности. Решение проблемы следует искать в правильной научно обоснованной организации контроля за работоспособностью АГК, и другими факторами, влияющими на взрывобезопасность выработки.

В том случае, если контролировать: газовую среду в тупиковой выработке через 0, = 6 ч, проверять работоспособность элементов системы АГК - через 02 = 03 = 24 ч; взрывозащиту оболочки, внутри которой -элементы с нормально искрящими частями - через 03 = 6 ч, ослабленный искрящий или опасно нагретый контакт в оболочке - с нормально не искрящими частями - через 0П =012 = 018 = 019 = 730ч, взрывозащиту оболочки - с нормально не искрящими частями, через 06 = 0]3 = 6 ч, проверять реле утечки через 024 = 6 ч, контролировать целостность заземляющей сети - через 025 = 730 ч, то интенсивность взрывов на участке будет равна - //(р = 8,84 • 10~7 год, то есть взрывобезопасность выработки будет полностью обеспечена: Н^ кЮ'6 \/год.

Предлагаемая в работе методика оценки взрывобезопасности тупиковой выработки позволяет предлагать новые нормы, при которых будет обеспечен нормируемый ГОСТ 12.1.004-76 уровень взрывобезопасности.

ЛпЛ

Л

Ы

л

л

п ЛГ

Л0).

Хг®

*3(0

О

*з(}).

0

1 ■

0

1 О

а{1) "о

а,(,) а«

а

(Ч

4

а,

а

(о)

а

(о)

а

(о)

а,

(о)

а

(о)

/?(„0)

Л4

№

А

(0)

м°>

г!11 И4 И" И11 ИМ4

у(Ч у(Ч

/8 /9

/о

Г]

Г (Ч

г(20)

° о

И0'

/ 4

Г Г1

г?«

У 8

гО)

г (О

Г(°)

Л1)

,1°)

м

■д-

Рис. 1 Возможная реализация однородных марковских случайных процессов, описывающих формирование взрыва в тупиковой выработке при эксплуатации электрооборудования.

£

Таблица 2.

Исходные данные для расчета уровня взрывобезопасности тупиковых выработок угольных шахт.

Номер Код Параметры Номер Код Параметры

опасного опасного процессов'", ч опасного опасного процессов*, ч

события события события события

Х1,к <0 ] Х1,к <0 Ъ

1 2 3 4 1 2 3 4

1 хо,и 341 1,1 13 х2,& 340 6

2 х0,\2 305 6 14 х2,1 326 5,6-Ю"5

3 х0,\3 210 6 15 х2,2 2810 2,8-Ю"4

4 х\,1 0,17 2,8-10° 16 х2,3 8250 0,017

5 х1,9 350 6 17 х2,4 136 5,6-Ю"3

6 168 6 18 х2,5 810 6

7 475 5,6-Ю"5 19 х2,6 178 6

8 х1,2 738 2,8-Ю"4 20 *3,1 325 5,6-10"5

9 х1,3 5620 0,017 21 х3,2 586 2,8-Ю"4

10 х\,4 243 5,6-10"5 22 х3,3 6200 0,017

11 х1,5 536 6 23 х3,4 171 5,6-10°

12 х1,6 1368 6 24 680 6

25 ^0,10 238 6

* среднее время до появления и длительность существования события.

выработке.

выводы

В диссертационной работе дано новое решение актуальной для угольной промышленности Украины научной задачи, состоящей в разработке математической модели, объясняющей процесс формирования взрыва в тупиковой выработке угольной шахты при эксплуатации в ней электрооборудования. Предложенная в работе методика позволяет дать количественную оценку уровня взрывобезопасности и выбрать такие организационные и технические мероприятия при которых будет обеспечен уровень взрывобезопасности, нормируемый ГОСТ 12.004-76.

Основные научные и практические результаты выполненной работы:

1. Впервые определен статистический уровень взрывобезопасности участков угольных шахт Украины. Показано, что наиболее опасными в отношении взрыва на сегодняшний день остаются тупиковые выработки, в них происходит 63% взрывов от электрических источников. Интенсивность взрыЕОв в них составляет Н - 5,1 • 10"41/ч.

2. Выявлено, что практически все взрывы метановоздушной смеси в тупиковых выработках происходят при преднамеренном загрублении средств автоматического контроля за средой выработки (системы АГК). Таким образом, повышение надежности срабатывания элементов системы АГК существенно не влияет на общий уровень взрывобезопасности. Решение задачи повышения эффективности АГК в обеспечении взрывобезопасности следует искать в правильной научно обоснованной организации контроля за работоспособностью этой системы.

3. Установлено, что распределения интервалов времени между взрывами от КЗ в кабельных линиях и от электрооборудования не противоречат гипотезе об экспоненциальном виде функции распределения этих случайной величины с параметрами М£\= 1621 ч и М%2= 5540 ч, соответственно.

4. Анализ статистических данных МакНИИ показал, что средний интервал времени между загазированиями тупиковой выработки составляет 341ч, а средняя длительность аварийных остановок ВМП составляет 1,1ч.

5. Анализ логико-вероятностных методов и формулы, описывающей поведение системы, состоящей из т параллельно соединенных резервных элементов ("холодный" резерв), имеющих различные интенсивности отказов и восстановлений, с абсолютно надежным переключателем, показал, что эти методы неприменимы для решения задачи оценки взрывобезопасности тупиковой выработки угольной шахты.

6. Обосновано, что взрыв в тупиковой выработке происходит при совмещении в пространстве и времени не более пяти событий, имеющих различную частоту появления и длительность существования.

7. Предложена математическая модель, позволяющая объяснить процесс формирования взрыва в тупиковой выработке при эксплуатации электрооборудования. Получены зависимости вероятности взрыва от частоты и длительности существования опасного электрического источника огня, надежности средств защиты: взрывозащиты (РВ), системы аэрогазового контроля (АГК), сроков их профилактики, частоты возникновения опасной среды и контроля за ней.

8. Получены новые логические "деревья" формирования взрыва в тупиковой выработке, при эксплуатации трех групп электрооборудования и при учете 13 видов опасных событий.

9. Разработанная в диссертации математическая модель легла в основу разработки двумя организациями ДонГТУ и МакНИИ документа: "Методика оценки взрывобезопасности тупиковых выработок угольных шахт, при эксплуатации в них электрооборудования." Предлагаемая методика оценки взрывобезопасности тупиковых выработок позволяет целенаправленно выбирать организационные мероприятия (выбор оптимальных с точки зрения безопасности сроков профилактики средств защиты и контроля газовоздушной среды), позволяющие выйти на нормируемый уровень - Н0 = 1(Гб год"1.

10. Проверка точности предлагаемой методики показала, что полученная в работе расчетная интенсивность взрывов в тупиковой выработке (исходные данные МакНИИ), используя точный метод расчета,

=6,79-10-* Угод, попадает в доверительный интервал

¡0.95 - [2,94-Ю"4; 7,74-Ю"4], полученный при обработке экспериментальных данных о взрывах, происшедших в тупиковых выработках Украины в течение 10 лет с 1988 года по 1997 год включительно. Все остальные существующие методики не обеспечивают желаемую точность т.е. полученные значения Но по другим методикам не попадают в полученный по экспериментальным данным доверительный интервал.

Основные публикации по теме диссертации

1. Сшшаковский А.В. Разработка математической модели процесса формирования взрывов в тупиковой выработке угольной шахты при эксплуатации электрооборудования. // Сборник научных трудов ДонГТУ.

Серия: электротехника и энергетика, выпуск 4: Донецк: ДонГТУ. - 1999-С. 210-213.

2. Ковалев А.П., Сппваковский A.B. Оценка безопасности тупиковых выработок угольных шахт Украины при эксплуатации электрооборудования. // Mechanizacja i automatizacja gomictwa (Польша). -1999.-№8-9.-С. 152-153.

3. Коптиков В.П., Ковалев А.П., Сппваковский A.B. Об уровне взрывобезопасности участков угольных участков Украины // Взрывозащищенное электрооборудование: Сб. науч. тр. УкрНИИВЭ.-Донецк. - 1998,-С. 168-172.

4. Ковалев А.П., Сппваковский A.B. Об оценке безопасности технологических объектов, опасных в отношении взрыва и пожара. // Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия: электротехника и энергетика, выпуск 2: Донецк: ДонГТУ,- 1998,- С. 116-117.

5. Коптиков В.П., Ковалев А.П., Сппваковский А.В О статистическом уровне взрывобезопасности участков угольных шахт Украины. // «Уголь Украины», - 1999.-№ 5.-С. 36-38.

6. Ковалев А.П., Колесник Л.И., Спиваковский A.B. Применение марковских процессов при определении вероятности возникновения аварий и катастроф. // Донецкий коллоквиум «Вероятность и статистика», посвященный 80-летию И.И. Гихмаиа. Тезисы докладов. - Донецк. - 1998. -С. 20-21.

7. Ковалев А.П., Муха В.П., Сппваковский A.B., Чурсинова A.A., Колесник Л.И., Нагорный М.А. Оценка пожаробезопасности шахтных кабельных сетей // Взрывозащищенное электрооборудование: Сб. науч. тр. УкрНИИВЭ. - Донецк. - 1998. - С.172-177.

8. Ковалев А.П., Сппваковский A.B., Чурспнова A.A., Шевченко O.A., Колесник Л.И., Нагорный М.А. Оценка уровня безопасности технологических объектов // Взрывозащищенное электрооборудование: Сб. науч. тр. УкрНИИВЭ,- Донецк.-1998,- С. 177-180.

9. Ковалев АЛ., Спиваковский A.B., Нагорный М.А. Использование логико-вероятностных методов для оценки надежности структурно-сложных схем электрических аппаратов и систем электроснабжения // Взрывозащищенное электрооборудование: Сб. науч. тр. УкрНИИВЭ.-Донецк.- 1998,-С. 191-198.

10. Ковалев А.П., Муха В.П., Чурспиов В.И., Спиваковский A.B. О выборе наиболее эффективной с точки зрения пожарной безопасности схемы питания подземных потребителей шахты, напряжением 6-10 кВ. // Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия: электротехника и энергетика, выпуск 2: Донецк: ДонГТУ. - 1998,- С. 118-122.

11. Ковалев А.П., Муха В.П., Спиваковский A.B. Оценка взрывобезопасности тупиковой выработки угольной шахты при эксплуатации электрооборудования. // Сборник научных трудов ДонГТУ.

Серия: электротехника и энергетика, выпуск 4: Донецк: ДонГТУ. - 1999 — С. 199-204.

12. Ковалев А.П., Спиваковский A.B. О преобразовании «звезда-треугольник» при расчетах надежности сложных по структуре схем. // Электричество,- 1998. -№10. - С. 70-74.

13. Белоусенко И.В., Ковалев А.П., Спиваковский A.B. Безопасность, степень риска и инвестиции в промышленность., // «Безопасность туда в промышленности». - 1999. -№ 7. - С. 37-38.

14. Ковалев А.П., Спиваковский A.B., Мурашова A.A., Оценка пожаробезопасности кабельных сетей. // Mechanizacja i automatizacja gornictwa (Польша). - 1999. - №8-9. - С. 28-30.

15. V.P. Koptikov, A.P. Kovalyov, A.V. Spivakovsky & A.A. Chursinova Blind workings explosion hazard estimation procedure at Ukrainian coal mines // Proceedings of the eight international symposium on mine planning and equipment selection & the international symposium on mine environmental and economical issues Dnipropetrovsk/Ukraine. - C. 401-405

Личный вклад соискателя: [2] - выводы по анализу причин возникновения взрывов при эксплуатации электрооборудования; [3] - обработка статистической информации о взрывах; [4] - окончательный вид формулы вычисления коэффициента эффективности схемы; [5] - анализ процесса формирования аварии; [6] -статистический анализ; [7] - обработка статистической информации и анализ причин возникновения пожаров в кабельных сетях; [8] - анализ условий возникновения аварии на технологическом объекте; [9] - идея использования решения задачи оценки надежности системы при отказах типа «обрыв цепи» для решения задачи при отказах типа «короткое замыкание»; [10] - выводы по результатам статистического анализа; [11] - дерево формирования взрывов; [12] -решение системы уравнений; [13] - рассмотрение понятия риска; [14] -перечень опасностей; [15] - системы уравнений.

АН0ТАЦ1Я

Сш'ваковський О.В. Розвиток методов ощнки 1 забезпечення вибухобезпеки застосування електрично! енерги в тупикових виробггках вугшьних шахт. - Рукопис.

Дисертащя на здобуття вченого ступеня кандидата техшчних наук за спещ'альнютю 05.26.01 - "Охорона пращ". Донецький державний техшчний университет, Донецьк 2000.

Дисертащя присвячена питаниям розвитку метод1в ощнки вибухобезпеки тупикових виробггок вугшьних шахт при використанш в них електрично! енерги.

Вщповщно до статистичних даних про вибухи метаноповггрянш cyмiшi у вугшьних шахтах Украши за останш 10 рогав визначено, що самими небезпечними у вщношенш вибуху е тупиков! виробггки. Найбшыне часто причиною запалення е джерело електричного походження. Загальногалузева штеисишпсть вибухлв у цих виробтаах вщповщно до статистики бгпьш шж у сто раз1в перевищуе нормований ДЕРЖСТАНДАРТ р1'вень.

Виявлено, що практично ум вибухи метаноповггрянш сумнш в тупикових вироб1тках вщбуваються при навмисному загрубленш засоб!'в автоматичного контролю за середовищем вироб1тки (системи АГК). Таким чином, пщвищення над1Йносп спрацьовування елеменпв системи АГК мало значно впливае на загальний р1вень вибухобезпеки. Р1шення задач! пщвищення ефективносп АГК у забезпечентп вибухобезпеки варто шукати в правильнш науково обгрунтованш оргатзацй контролю за працездатшстго ще! системи або ршенш техшчно! задач! по пщвищенню надшносп елеменп'в системи АКГ вщ- помилкових спрацьовувань, що часто провокують й загрублення.

У роботл зроблений анализ кнуючих методик 1 моделей розрахунку можливосп катастрофи на технолопчному об'екп. Дано оцшку придатносп наближених метод1в для рнпення под!бних задач, розглянут! умови, при який вщом1 метода дають прийнятний результат.

На тдстав1 теори кшцевих ланцюпв Маркова розроблена математична модель, що пояснюе процес формування вибуху метанопов1тряшй сум1ип в тупиковш виробтп в1д електричних джерел запалення, що вцф1зняеться вщ вщомих ттм, що кр:'м частота появи вибух^в, визначаеться стандарт 1 функшя розподшу штервал1в часу М1Ж появами авар!й, можливкть перебування системи в переб!гу часу I у любому ¿з можливих сташв, плюс що дозволяе

давати оцшку р1вня вибухобезпеки виробтси на значно бшып широкому д1апазош значень вихщних даних.

Застосування алгебри матриць дозволило знайти точне рйпення задача Для виробництва обчислень складеш програми для ЕОМ, що виконують матричш операци, i дозволяють вирйпувати задачу одшки вибухобезпеки застосування електрично! eneprii в тупикових виробтсах, а так само оцшку можливосп авари для будь-яко! технолопчно! системи. При програмуванш застосоваш спещальш метода опттпзаци матричних опсрацш, що дозволяс значно прискорити процес обчислень.

Отримано HOBi залежносп штенсивносп появи вибуху в тупиковш виробгеку вугшьно! шахти, вщ частота i тривалосп появи коротких замикань у кабельних мережах, частота комутацшних ¡скршь у вибухонепроникливих оболонках ¡з частинами, що нормально шкрять, появи небезпечно нагрггих контакпв у вибухонепроникливих оболонках i3 частинами, що нормально не юкрять, появи замикань на землю; надшносп засоб1В захисту: вибухозахисту (РВ), захисного заземления; системи аерогазового контролю (АГК): апаратури контролю метану (АКМ), апаратури контролю повиря (АКВ); TepMiHiB raiboi' профшактики; частота виникнення небезпечного середовища i тривалосп И ¡снування.

На гидстав1 отримано! математично! мoдeлi разом ¡з МакНДГ розроблена "Методика оцшки вибухобезпеки тупикових виробп-ок вугшьних шахт, при експлуатаци в них електроустаткування." Вщгювщно до niei методики можна для конкретно! виробтй на тдстав1 опрацювання статистично! шформацн дата оцшку р1вня вибухобезпеки застосування в нш електрично! енерги i розрахувати термши профшактики устаткування i контролю за середовищем, що дозволяють вивести вибухобезпеку на нормований ДЕРЖСТАНДАРТ 12.1.010-76 piBeHb.

Ключове слово: вибухобезпека, метаноповпряна сумш, тупиковий виробшж, випадков1 процеси, частота вщмов, кшцев1 марковские ланцюги, ¿нтенсившсть появи вибух1в.

АННОТАЦИЯ

Спиваковский A.B. Развитие методов оценки и обеспечения взрывобезопасности применения электрической энергии в тупиковых выработках угольных шахт. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 - "Охрана труда". Донецкий государственный технический университет, Донецк 2000.

Диссертация посвящена вопросам развития методов оценки взрывобезопасности тупиковых выработок угольных шахт при использовании в них электрической энергии. Разработана математическая модель, объясняющая процесс формирования взрыва метановоздушной смеси от электрических источников воспламенения. Получены новые зависимости интенсивности появления взрыва в тупиковой выработке угольной шахты, от частоты и длительности появления электрического источника огня; надежности средств защиты: взрывозащиты (РВ), защитного заземления; системы аэрогазового контроля (АГК); сроков их профилактики; частоты возникновения опасной среды и длительности ее существования. Разработаны программы для решения этих задач на ЭВМ. На основании полученной математической модели разработана "Методика оценки взрывобезопасности тупиковых выработок угольных шахт, при эксплуатации в них электрооборудования." Результаты работы апробированы на шахте "Красноармейская-западная №1" объединения "Донуголь".

Ключевые слова: взрывобезопасность, метановоздушная смесь, тупиковая выработка, случайные процессы, частота отказов, конечные марковские цепи, интенсивность появления взрывов.

ABSTRACT

Speavakovsky A. V.

The development of methods and substantiation of solutions on explosion safety at collieries' deadlock developments under conditions of the electric equipment complexes operating in them. - Manuscript.

The dissertation to get the candidate scientific degree of engineering sciences on a specialty 05.26.01 - "Labor protection". Donetsk state technical university, Donetsk 2000.

The dissertation is devoted to development of the methods of explosion safety evaluation at collieries' deadlock developments for wants of use in them an electrical energy. The mathematical model explained shaping process of air-methane mixture explosions' intensity an collieries' deadlock developments from frequency and duration of an electrical source of fire emerging, the protection reliability, explosion protection (EP), protective grounding, system of air monitoring (AMS),

terms of their preventive maintenance, frequency if dangerous environment occurring and duration of its existing are obtained.

The computing programs for solving these problems are created. The "Methods of explosion safety evaluation at collieries' deadlock developments under conditions of the electric equipment complexes operating in them" , based on the above mathematical model are developed. The work outcomes are tested at mine "Krasnoarmeyskaja zapadnaja №1" of "Donugol" enterprise.

Key words:' explosion safety, blind development, casual processes, frequency of refusals, Markovs circuits, intensity of occurrence of explosions.