Моделирование рисков возникновения простоев и аварийных ситуаций технологического оборудования горных предприятий

© В.Л. Петров, С.Н. Гончаренко, A.C. Парсегов, 2012

УДК 622.022:624.11

В.П., Петров С.Н., Гончаренко А.С. Парсегов

МОДЕЛИРОВАНИЕ РИСКОВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПРОСТОЕВ И АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Проведено моделирование риска возникновения простоев и аварийных ситуаций технологического оборудования горных предприятий. Получены вероятностные оценки риска возникновения аварийных ситуации. Произведена сравнительная оценка величины ущерба от аварийной ситуации и затрат на плановый ремонт и техническое обслуживание оборудования.

Ключевые слова: технологическое оборудование, оценка риска аварийных ситуаций, простои оборудования, срок службы оборудования.

Основным фактором, снижающим эффективность функционирования и экономическое благополучие российских горнодобывающих предприятий является старение парка горного оборудования. На сегодняшний день темпы старения оборудования опережают его воспроизводство и модернизацию. Среди всего множества видов технологического оборудования горных предприятий более 60 % выработало свой ресурс. Эксплуатация техники в таком состоянии постоянно приводит к росту затрат на ее содержание, что в конечном итоге приводит к неукоснительному увеличению себестоимости добычи и переработки продукции горного производства. На сегодняшний день величина прироста расходов на эксплуатацию и ремонт оборудования на горнодобывающих предприятиях во много раз опережает рост стоимости производимой продукции.

Анализ условий функционирования технологического оборудования на горном предприятии показывает,

что их средний срок службы составляет 8лет ±2 года, при нормативном сроке 10 лет. В таком случае наблюдается возрастающая тенденция повышенной аварийности, уменьшения межремонтных циклов и увеличения затрат на техническое обслуживание оборудования.

Кроме того, к добывающему производству на сегодняшний день предъявляются довольно высокие требования по эффективности функционирования парка добывающих машин. Они должны обеспечивать высокую производительность, обладать надлежащим уровнем безопасности и надежности. При этом эффективность эксплуатации оборудования в своей основе предполагает минимизацию затрат на содержание и ремонт машин и оборудования при максимизации производительности труда и соблюдении правил безопасности в условиях временных и финансовых ограничений. В этой связи необходимо решить комплекс проблем, связанных с возникновением различного

рода простоев и аварийных ситуаций на производстве и необходимостью обеспечения промышленной безопасности при функционировании достаточно большого количества технологического оборудования, практически выработавших свой ресурс.

В этом случае техническое состояние технологического оборудования является определяющим фактором надежности, влияющим на возникновение отказов оборудования, аварий и несчастных случаев.

В этой связи необходимо определить понятие риска возникновения простоев и аварийной ситуации, который представляет собой меру опасности, характеризующую возможность (вероятность) возникновения простоев и аварийной ситуации на технологическом оборудовании и величину ущерба от ее последствий за определенный промежуток времени.

Исходя из этого в работе предлагается, алгоритм анализа риска возникновения простоев и аварийных ситуаций технологического оборудования горных предприятий, состоящий из следующих основных этапов:

Этап 1. Организация и планирование работ по проведению анализа риска возникновения аварийных ситуаций:

— организация и нормирование времени работы технологического оборудования;

— статистический анализ временных показателей работы технологического оборудования;

— определение времени и причин простоев в работе технологического оборудования

Этап 2. Идентификация возможных опасностей функционирования технологического оборудования:

— определение потенциальных источников возникновения простоев и аварийной ситуации;

— анализ условий возникновения и развития аварийных ситуаций;

— определение факторов риска аварийных ситуаций.

Этап 3. Оценка риска возникновения простоев и аварийных ситуаций технологического оборудования:

— определение частоты возникновения простоев и аварийных ситуаций;

— оценка последствий и величины ущерба от возникновения простоев и аварийных ситуаций;

— обобщение (сводка и группировка) показателей риска возникновения простоев и аварийных ситуаций;

— моделирование рисковых показателей и определение доверительных интервалов параметров риска.

Этап 4. Разработка рекомендаций по уменьшению риска простоев и аварийных ситуаций:

— разработка комплекса мер по уменьшению вероятности возникновения простоев и аварийных ситуаций;

— разработка комплекса мер по уменьшению тяжести последствий (ущерба) от возникновения простоев и аварийных ситуаций;

— определение эффективности разработанных мероприятий.

В качестве объекта исследования в работе рассматривался рудник северо-восточного региона со сложными горно-геологическими условиями, добывающий ме дно-никелевые руды. Предварительный статистический анализ основных форм отчетных документов по использованию технологического оборудования за три прошедших года показал, что при достаточно

Основные виды технологического оборудования рудника

№№ Вид Тип оборудования Среднесписочное число машин, Средняя производительность

работ штук среднесписочной машины, м3/среднесписочное число машин

2009 2010 2011 2009 2010 2011

Погрузочно-доставочные машины

1 — ST — 8BR 4 7 8 17229 14882 15840

2 0 \о — KSS М-14 4 4 2 9591 5486 3787

р. X ¡5 о Самоходные буровые установки

3 - BOOMER — Н136, Н353 3 1 1 32249 37698 9366

4 - BOOMER L2D - 1 2 - 40009 39795

5 Э" 0 - BOOMER — Н128, Н282 1 1 - 15365 9076 -

6 (0 i - SIMBA — H254 2 - 1 4046 - 10820

7 - SOLO 1020 1 1 1 2285 4841 8726

X is Погрузочно-доставочные машины

8 0 \о - ST — 8BR 2 2 2 12892 11371 11928

9 (0 Р. - ST — 5R 3 2 2 9163 9106 9573

10 X S -KSS M-14 4 4 3 8138 9343 5816

о 0) к 0 Самоходные буровые установки

11 - BOOMER — H136, H353 - 0,8 1 - 35107 34604

12 X 0 - BOOMER — H128, H282 5 5 4 34024 36332 31442

13 с - MINIMATIK — 205D 4 4 -/5 43053 39148 35014

14 (0 X -MK —2 1 1 -/1 18851 23455 15825

0 Погрузодоставочные машины.

15 - ST — 8BR 2 1 1 - - -

16 \о (0 р. р о >s к со 0 X - ST — 5R 2 2 2 - - -

17 -R1300 1 1 1

Статистические характеристики основных технико-экономических показателей рудника за 2009—2011 гг.

№№ Наименование Единица Макси- Мини- Среднее Стандарт^ Размах Коэффи-

показателя измерения мальное мальное значение ное откло- циент ва-

значение значение нение риации, %

1 Добыча тыс. у.е. 268,03 227,01 249,39 20,53 41,01 8,23

8 § 6. 3 0 Подготовительные м 338 159 240,12 89,63 179,00 37,33

9 й Е 0 и со ь «>8 Нарезные м 1030 762 906,67 134,14 268,00 14,80

10 С * Э я и о. Эксплуатационные м 121 43 75,21 39,20 78,00 52,11

11 Объем горной массы м3 73816 61435 68749,09 6224,40 12381 9,05

12 Объем закладываемых пустот м3 76842 56886 68050,58 10001,49 19956 14,70

14 Производительность по горной выработке м3/чел 44,90 38,20 41,92 3,36 6,70 8,01

15 Производительность по добыче у.е./чел 161,45 137,42 151,58 12,08 24,03 7,97

24 Итого затрат на добычу тыс. руб 262279 192481 229250,79 34915,71 69798 15,23

25 Себестоимость ед. продукции руб/у.е. 1200,29 795,89 924,54 206,61 404,40 22,35

26 Среднесписочное число машин штук 6 4 4,72 0,87 2,00 18,38

27 Простои всего час. 10863 4691 7091,19 2031,14 6172 28,64

28 X 3 к ППР час. 2982 300 1262,82 774,21 2682 61,31

29 н и &  к Резерв час. 2026 976 1348 588,09 1050 43,63

30 а- 0 I ГС 8 Регламентированные час. 1656 1092 1357,1 226,85 564 16,72

31 я и с Итого час. 6664 1588 2987,56 1582,52 5076 52,97

32 к р 0) Аварии час. 1961 372 760,59 440,60 1589 57,93

33 со 0 и 0 г Е 0) к со н У Фронта работ час. 2695 286 732 671,47 2409 91,73

34 е й Е- Я о. С 0) Запасных частей час. 3963 95 1630,57 1404,52 3868 86,14

35 и Н ^ 0 к и н У ГСМ час. 34 7 20,83 11,05 27,00 53,05

36 о; -9 Л 3 гу СО я н О Энергии час. 364 72 173,27 82,26 292 47,47

37 0 а 0) Прочие час. 2159 174 1563,33 591,19 1985 37,82

38 \0 Л- Итого час. 5859 2578 3993,96 1097,84 3281 27,49

39 а) Я к Производительность средне- план м3/среднесп 45211,8 26052,6 38055,27 7798,69 19159, 20,49

40 ч 0 списочной машины, годовая факт исочное чис- 26402 16460,8 22297,22 3265,34 9941,2 14,64

X 0 ло машин

41 я и Фонд времени оборудования час. 10829 5786,5 7708,48 1371,88 5042,5 17,79

42 Отработано оборудованием смен 812 481 620,91 96,53 331,00 15,54

часов 4909,5 21087 3237,21 830,50 2801,5 25,65

Таблица 3

Расчет показателей использования технологического оборудования

№№ Наименование показателя Условное обозначение Расчетная формула

1 Коэффициент полноты использования машин (характеризует полноту использования оборудования) Кп Кп = Тф / Тпл, где Тф - фактически отработанное время, исчисляется как сумма времени использования машин на основной работе и выполнении вспомогательных операций, час; Тпл = Треж — Тппр; Треж = кол-во рабочих дней*кол-во рабочих дней в сутки; Тппр - время проведения планово-предупредительных ремонтов.

2 Коэффициент внутрисменного использования оборудования Кс Кс = Тф/(Тс*Пс), где Тс - число смен, отработанных за учитываемый период; Пс - продолжительность смены, час.

3 Коэффициент интенсивного использования оборудования (характеризует достигнутый уровень производительности Ки Ки = Пф / Пп, где Пф, Пп - соответственно фактическая и плановая производительность (выработка) оборудования в единицу времени работы

4 Коэффициент готовности (характеризует надежность оборудования Кг Кг = Тф / (Тф + Трем), где Трем - время неплановых простоев из-за неисправности машин (аварийные), час.

Таблица 4

Статистические характеристики коэффициентов использования технологического оборудования

Наименование Погрузочно-доставочные машины Самоходные буровые установки

показателя Очистные работы Проходческие работы Очистные работы Проходческие работы

Кп Ки Кг Кс Кп Ки Кг Кс Кп Ки Кг Кс Кп Ки Кг Кс

Максимальное 0,76 0,96 0,97 0,92 0,79 0,87 0,96 0,88 0,61 1,01 0,92 0,86 0,77 0,96 0,89 0,94

значение Минимальное 0,50 0,39 0,68 0,71 0,43 0,61 0,70 0,61 0,25 0,36 0,71 0,52 0,44 0,56 0,75 0,60

значение Среднее значение Стандартное от- 0,60 0,09 0,70 0,16 0,81 0,09 0,80 0,06 0,55 0,11 0,79 0,07 0,85 0,09 0,79 0,07 0,44 0,11 0,66 0,23 0,82 0,06 0,75 0,11 0,62 0,09 0,78 0,11 0,83 0,04 0,81 0,09

клонение Размах Коэффициент 0,26 15,2 0,57 23,5 0,28 12,0 0,21 7,4 0,36 19,6 0,26 8,84 0,25 10,38 0,27 8,64 0,36 25,49 0,65 35,9 0,20 7,74 0,34 15,07 0,33 14,89 0,40 13,36 0,13 5,08 0,34 11,04

вариации, %

Регрессионный анализ основных технико-экономических показателей и коэффициентов использования технологического оборудования

о С

к и со о и

¡3

и

0) 3 со о о.

\0 0) 3

О X

о 8

я

и

о \0

3 и н и К а-О

6 \о я о. 0) к

и 3

О X

о о. С

о \0 я о. 0) 3 И н и К а-О

6 \о я о. 0) к

и 3

О X

о о. С

Кп Кс Кг Ки

Кп Кс

Кг

Ки

Кп Кс Кг Ки

Кп Кс

Кг

Ки

Статистически значимых зависимостей выявить не удалось

Производительность среднесписочной машины

Итого затрат на добычу (3) 3 = -6,3497 ' Пф + 765925 К2 = 0,61

Итого затрат на добычу (3) 3 = 21,328 ' Тф + 528360 К2 = 0,56

Себестоимость единицы

С = -0,042'Пф + 3290,8 К2 = 0, 4543

Добыча

Л = 0,0017 ' Пф + 727,27 К2 = 0,531

Простои всего

Пф= -0,2956 ' £Пр + 16333 К2 = 0, 481

Отработано оборудованием

Себестоимость единицы

С = 0,0462 ' Тф + 2428,2 К2 = 0,1512

Добыча

Л = 0,0112 •Тф + 664,63 К2 = 0,642

Простои всего

Тф = -0,7321 ' £Пр + 15487 К2 = 0,5313

Статистически значимых зависимостей

выявить не удалось Статистически значимых зависимостей выявить не удалось

Производительность среднесписочной машины

Итого затрат на добычу (3) 3 = 8,7281 ' Пф + 493139 К2 = 0,532

Себестоимость единицы

С = 0,034" Пф + 2015,3 И2 = 0,4633

Добыча

Д = 0,0033 ' Пф + 674,1 К2 = 0,614

Итого затрат на добычу

3 = 9,8704 ' Тф + 585451 И2 = 0,622

Себестоимость единицы

С = 0,0208 ' Тф + 2557,9 И2 = 0,4624

Отработано оборудованием

Простои всего

Пф = -1,1305 ' £Пр + 30314 К2 = 0,4945

Добыча

Простои всего

ЕПр)

Д = 0,0052" Тф = -0,2412 " Тф = -0,2972 "

Тф+694,7 1Пр + 13364 1ПРнпл+11909

= 0,518 К2 = 0,5735 И2 = 0,667 Статистически значимых зависимостей _выявить не удалось_

Простои непланируемые

(ЕПрнпл) Пф = 0,7923 "1ПРнпл + 17496 К2 = 0,5303

Простои непланируемые

(ЕПрнпл) Тф = -0,8523 " 1Прнпл + 12490 К2 = 0,5913

Простои непланируемые

Простои планируемые

(1Прпл) Пф = 0,949 "1ПРпл + 25133 К2 = 0,5115

Производительность среднесписочной машины (Пф) Тф = -0,2467 ' Пф + 18821 И2 = 0,5230

Рис. 1. Проходка горных выработок (а) и объем горной массы (б) на руднике за 2008-2011 гг.

Рис. 2. Динамика коэффициентов использования технологического оборудования рудника

Рис. 3. Анализ чувствительности добычи от коэффициентов использования по-грузочно-доставочных машин (Ки, Кг (ПДМ)) и самоходных буровых установок (Ки, Кг (СБУ)) на проходческих (а) и очистных (б) видах работ

Рис. 4. Оценка влияния непланируемых и общих простоев на показатели использования технологического оборудования погрузочно-доставочных машин (а, б) и самоходных буровых установок (в, г) соответственно на очистных работах

высокой степени оснащенности всех видов работ современным высокопроизводительным оборудованием (табл. 1) на предприятии наблюдаются крайне не стабильные тенденции его использования (стандартное отклонение, коэффициент вариации) (табл. 2).

Кроме того, на сегодняшний день на предприятии имеет место стойкая тенденция роста затрат (как материальных так и временных), связанных с использованием оборудования по причине возникновения аварий, отсутствия запасных частей, организа-

ционным причинам, в связи с увеличением случаев производственного травматизма, поэтому первоочередной задачей предприятия должно являться снижение уровня этих показателей и выявление факторов оказывающих на них непосредственное влияние.

Учитывая, что большую часть проходки горных выработок составляют нарезные выработки (рис. 1), а объем горной массы добывается в основном из очистных выработок, то дальнейший анализ использования технологи-

ческого оборудования рассматривался на очистных и нарезных видах работ.

Для анализа работы технологического оборудования были рассчитаны коэффициенты его использования (табл. 3, 4).

Анализ динамики (рис. 2) данных коэффициентов для каждого типа оборудования (погрузочно-доставоч-ные машины и самоходные буровые установки) на очистных и проходческих работах позволил выявить, что в течение исследуемого периода коэффициенты практически на всех видах работ были ниже 1, что свидетельствует о неэффективности использования оборудования.

На основе метода наименьших квадратов была построена корреляционная матрица и проведен регрессионный анализ основных технико-экономических показателей и коэффициентов использования технологического оборудования (табл. 5). На основании коэффициентов регрессионной зависимости был проведен анализ чувствительности добычи и затрат от коэффициентов использования погрузоч-но-доставочных машин (ПДМ) и самоходных буровых установок (СБУ) на проходческих работах (рис. 3), который позволил выявить наиболее значимый коэффициент готовности (Кг), зависящий от времени отработанного оборудованием ((Тф= !(ЕПрнпл)) (табл. 5), в структуре которых значительную часть занимают простои, связанные с отсутствием запасных частей 65 % и простои по причине аварий 38 % соответственно. Следовательно, снижение уровня вышеуказанных простоев повлечет за собой увеличение Тф и соответственно Кг, и как следствие увеличение объема добываемой руды.

Для СБУ и ПДМ на очистных работах значимым коэффициентом являет-

ся коэффициент интенсивного использования оборудования (Ки) (рис.3), зависящий от производительности среднесписочной машины. Регрессионный анализ выявил зависимость производительности среднесписочной машины СБУ на очистных работах от общих простоев ((Пф= = ^£Пр)), и производительности ПДМ на очистных работах от непланируемых простоев ((Пф=!(ЕПрнпл)), основная доля которых приходится на простои, связанные с отсутствием запасных частей 15 % и 37 % соответственно (рис. 4). Таким образом для увеличения производительности оборудования, которая повлечет за собой увеличение Ки и соответственно добычи, необходимо снижать простои связанные с отсутствием запасных частей.

Следовательно, для повышения объема добываемой руды и снижения материальных и временных затрат, связанных с использованием оборудования необходимо: увеличить производительность среднесписочной машины и время отработанное оборудованием на очистных и проходческих работах для погрузочно-доставочных машин и самоходных буровых установок на очистных работах за счет уменьшения простоев связанных с отсутствием запасных частей, что повлечет за собой увеличение коэффициента интенсивного использования и коэффициента готовности оборудования.

Кроме того, проведенный анализ позволил выявить, что увеличить время отработанное оборудованием для самоходных буровых установок на проходческих работах, возможно путем уменьшения простоев по причине аварий, вследствие чего произойдет увеличение коэффициента готовности оборудования и как следствие объема добываемой руды.

Поэтому, одними из основных факторов, влияющих на работу оборудования и объем добычи, являются простои, связанные с отсутствием запасных частей и простои по причине аварий.

Таким образом, основными факторами, оказывающими влияние на эффективность использования технологического оборудования являются: простои, связанные с отсутствием запасных частей и простои по причине аварий. Следовательно, повышение эффективности использования технологического оборудования возможно с первоочередной реализацией мероприятий связанных с уменьшением величины вышеуказанных простоев.

С учетом ряда технических и организационных ограничений получены следующие результаты:

1. Айвазян С. А. Статистическое исследование зависимостей. -М., Статистика, 1982.

2. Гончаренко С.И., Жуковский С.А. Анализ влияния производительности технологического оборудования на эффективность функционирования горнорудного предприятия. Горный информационно-аналитический бюллетень. — М.: МГГУ, № 10 (Отдельный выпуск «Информатизация и управление»), 2008.

3. Гончаренко С.И. Оценка влияния эффективности использования технологического оборудования на результаты производственно-хозяйственной деятельности горнодобывающего предприятия. Горный информационно-аналитический бюллетень. — М.: МГГУ, №10, 2007.

4. Федунец И.И., Гончаренко С.И. Механизм повышения технологической эффек-

1) зависимости уровня риска возникновения аварийных ситуаций от времени работы оборудования при существующих условиях функционирования (Ri=0,0821 e0'1986t, R2=0,98) и при условии реализации предлагаемых мероприятий (R2=0,064 e0,2084t, R2=0,96);

2) зависимости суммарной экономической эффективности от реализации комплекса мероприятий от времени работы оборудования (Э= = 0,1306 e°'2012t, R2=0,93);

3) предложен комплекс мероприятий по снижению уровня риска возникновения простоев и аварийных ситуаций, позволяющий снизить ущерб от аварийных ситуаций на (4,17 %). При этом произойдет увеличение периодичности капитальных ремонтов на 12,9 % (6,45 года вместо 5 лет);

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

тивности функционирования горнодобывающего предприятия в структуре компании в условиях неполноты информации. Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий: Матер. VI Международной конференции. - Владикавказ: «Терек», 2007.

5. Романов B.C. Бутуханов A.B. Риски предприятия как составная часть рисков. Моделирование и анализ безопасности, риска и качества в сложных системах: Труды международной научной школы МА БРК-2006. — СПб. — НПО «Омега», 2001. — 223 с.

6. Методически указания по проведению анализа риска опасных промышленных объектов. РД 08-120-96.25с

7. Родионов H.C., Ганзен Г.А, Кирсанов А.Н., Теслинов М.И. Горное и буровое оборудование — М.: Недра, 2003, 445с . Г7ТШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Петров Вадим Леонидович — доктор технических наук, профессор,

Гончаренко Сергей Ииколаевич — доктор технических наук, профессор, gs16@mail.ru,

Парсегов А.С. — аспирант,

Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru 292