Методы оценки аэрологического риска на угольных шахтах

© В.К. Ушаков, С.В. Баловцев, 2006

УДК 622.86

В.К. Ушаков, С.В. Баловцев

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ АЭРОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

В настоящее время система обеспечения аэрологической безопасности на угольных шахтах имеет низкую эффективность, о чем свидетельствуют результаты выполненного статистического анализа по аварийности и травматизму рабочих.

Решение данной проблемы предполагает выполнение комплекса работ, связанных с анализом и оценкой риска возможных аварий, происходящих вследствие отклонения параметров шахтной атмосферы от их нормативных значений.

Анализ аэрологического риска - процесс решения сложной задачи, требующий рассмотрения широкого круга вопросов и проведения комплексного исследования и оценки горно-геологических, технических и антропогенных факторов. Суть анализа риска состоит в построении всех возможных сценариев возникновения и развития аварий и обусловленных ими чрезвычайных ситуаций, а также оценке частот и масштабов реализации каждого из построенных сценариев, построение показателей с помощью математических моделей и статистических данных. Обязательной частью анализа является оценка риска, т.е. определение величины (меры) риска и величины возможного ущерба в случае аварийной ситуации.

173

Общепринятых методик анализа аэрологического риска в горной промышленности не существует. Рекомендуемые федеральными органами (МЧС России и Ростехнадзор) методики носят фрагментарный характер и не позволяют в полном объеме реализовать важные практические задачи. Решения в области обеспечения аэрологической безопасности основываются на мнение экспертов и практиков, а не научной методологии. Следствием этого является несостоятельная и непоследовательная политика по управлению риском. Поэтому разработка алгоритмического обеспечения процесса управления аэрологическим риском и методика его оценки является первоочередной, актуальной задачей.

Выделим три возможных подхода к оценке аэрологического риска.

Первый подход является статистическим, суть которого состоит в статистическом анализе аэрологической безопасности. Модельный подход заключается в построении моделей воздействия опасных факторов, приводящих к отказу шахтных вентиляционных систем (ШВС).

При отсутствии надежных исходных данных применяется третий подход - экспертно-социологический, основанный на социологических опросах инженерно-технического персонала.

При выборе методов анализа аэрологического риска необходимо учитывать:

- этапы функционирования объекта,

- опыт и квалификацию исполнителей,

- источники информации (статистика, документация, результаты экспертизы, опросы специалистов и др.),

- наличие ресурсов для проведения анализа.

Необходимо помнить, что для использования сложных

количественных методов анализа требуется значительный объем информации. Во избежание неточных показателей риска важно учитывать и такие показатели, как экспертные оценки, возможность компромиссных решений, мнения различных специалистов в горной промышленности.

Рассматривая вышеперечисленные подходы к оценке риска, можно сделать вывод, что принятие решений по снижению аэрологического риска на угольных шахтах должно

174

быть основано на всех трех подходах, т.к. каждый из них является дополнением предыдущего. Не стоит забывать, что практическим инструментом исследования уровня аэрологических опасностей является количественный анализ риска. Методы оценки аэрологического риска на угольных шахтах должны представлять достаточно четкий и понятный процесс решения поставленной задачи для специалистов, связанных с эксплуатацией, обслуживанием и надзором объектов ШВС, и служить наглядной иллюстрацией к простейшим вероятностным моделям.

Анализ методов показывает, что для принятия решений по управлению аэрологическим риском на угольных шахтах наиболее приемлемыми являются методы деревьев отказов и событий. Если соответствующее дерево событий или отказов дополнено статистическими данными, то специалист, даже не обладая основательными знаниями по теории вероятностей, может не только найти наиболее критический вариант развития событий, но и оценить ожидаемый риск. Методы отражают функциональные взаимосвязи элементов ШВС в виде логических схем. Деревья отказов позволяют предсказывать, во что может развиться тот или иной отказ ШВС, а деревья событий, наоборот, помогают проследить принципы, которые способны вызвать нежелательное событие (например, взрыв газа).

Приведем характерные особенности каждого метода.

Дерево отказов представляет собой сложную логико-графовую структуру возникновения отказов ШВС и аварий, состоящую из последовательности комбинаций неисправностей элементов.

С помощью анализа дерева отказов фактически делается попытка количественно выразить риск дедуктивным методом. Деревья отказов идентифицируют событие, создающее аэрологический риск, после чего проводится анализ ситуации, при которой может возникнуть такое событие. Анализ дерева отказов может проводиться очень детально на многих уровнях.

При построении дерева отказов необходимо помнить, что практическая ценность дерева зависит от тщательности оценки верхнего события, в данном случае отказа ШВС. Если

175

конечное событие сразу определить не удается, то производят прямой анализ работы ШВС с учетом изменения состояния ее работоспособности, рассматривают возможные комбинации событий и определяют их последствия. Такой анализ может проводиться на разных уровнях.

Приведем простейшее дерево отказов, характеризующее взрыв газа в шахте (рис. 1).

Графовая структура дерева состоит из стандартных символов событий и логических символов.

Более сложное дерево, характеризующее отказ ШВС, может состоять из множества ветвей, учитывающих влияние опасных факторов.

Для исключения субъективных ошибок, для повышения точности и полноты описания объекта и его действий необходима проверка правильности построения дерева экспертами.

ность появления аварии в течение задаваемого интервала времени по всем возможным маршрутам.

Расчет вероятности возникновения аварии производится с учетом применяемых при построении логических символов И, ИЛИ.

Вероятность Э(А) выходного события А при независимости входных событий А1, А2, ..., Ап определяют по формулам

Взрыв газа

Качественный

анализ дерева отказов заключается в сопоставлении различных мар-шрутов от начальных событий к конечному и определении критических, т.е. маршрутов с наибольшей вероятностью отказа ШВС, приводящего к аварии на шахте. При количественном исследовании необходимо рассчитать вероят-

176

5(А) = П ^(А,), Рис. 1. Пример построения дерева отказов (1) _

5 (А) = 1 -П [1 - 5 (А,)],

,=1

где 5(А,) вероятность события А,.

По формуле (1) вероятность определяют, если используется логический символ И. При символе ИЛИ применяется формула (2).

С помощью дерева событий можно проследить последовательность аварии. Последовательностью аварии (сценарием) называется набор обстоятельств (отказов самой ШВС и внешних воздействий на нее), ведущих к аварии. В отличие от деревьев отказов деревья событий имеют более полное физическое содержание. Деревья событий дают картину физических

Отказ вентилятора

местного проветри-

Выход из строя Отключение вания в тупиковой Нарушение

трансформатора электроэнергии выработке проветривания

\ \ \ \ Р5

\ Рз Рб

\ Р

\ Р Р4

Р2

Рис. 2. Пример построения дерева событий

(P0, 1

Р6 -

вероятности возникновения событий)

процессов, приводящих элементы и систему к критическим состояниям.

Последовательности потенциальных событий определяются, начиная с исходного события и последующего анализа прочих событий, вплоть до того момента, когда авария происходит или предотвращается (рис. 2).

177

Дерево событий изображают слева направо и начинают с исходного события. Исходным событием является любое событие, которое может привести к отказу ШВС. В дереве событий исходные события связаны со всеми другими возможными событиями - ветвями, а каждый сценарий представляет собой путь развития аварии, состоящий из набора таких разветвлений. Определив все исходные события и организовав их в логическую последовательность, можно получить большое число потенциальных сценариев аварии. С помощью анализа дерева событий можно определить пути развития аварии, которые вносят наибольший вклад в риск из-за их высокой вероятности или потенциального ущерба.

Метод позволяет описать сценарии аварий с различными последствиями от различных исходных событий и определить взаимосвязь отказов систем с последствиями аварии, сократить первоначальный набор потенциальных аварий и ограничить его лишь логически значимыми авариями, а главное, идентифицировать верхние события для анализа дерева отказов.

При анализе риска нельзя пренебрегать возможностью реализации «эффекта домино», при котором авария на одном из технологических блоков приведет к нарушению работы соседних блоков, что вызовет дальнейшее развитие аварии. Термин «эффект домино» можно использовать и при анализе аварий в ШВС, например, взрыв газа или пыли может стать причиной возникшего пожара. Изучение отдельных видов аэрологического риска неизбежно приведет к недостоверным оценкам со всеми вытекающими последствиями. Риск необходимо исследовать комплексно. Анализ ветвей и путей развития аварии позволит вносить изменения в конструкцию или эксплуатационные процедуры с учетом этих путей, обусловливающих наибольший вклад в суммарный аэрологический риск. Внедрение методов деревьев отказов и событий позволит своевременно принимать меры по снижению вероятности аварий на угольных шахтах.

Коротко об авторах

178

Ушаков В.К. - профессор, доктор технических наук, Баловцев С.В. - ассистент, аспирант кафедры «Аэрология и охрана труда»,

Московский государственный горный университет.

- © С.В. Баловцев, 2006

УДК 622.86

С.В. Баловцев

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ АЭРОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА НА ОСНОВЕ УЧЕТА КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Оценка аэрологического риска на угольных шахтах основывается на анализе причин (отказы технических устройств, ошибки персонала, внешние и внутренние воздействия, нарушение проветривания) возникновения и условий развития аварии [1, 2].

Нарушения нормального функционирования шахтной вентиляционной системы (ШВС) могут приводить к самым тяжелым последствиям как экономического, так и социально-

179