Введение к работе
Актуальность работы. Ухудшение горно-геологических условий разработки угольных пластов с одновременным ростом производительности очистных забоев вызывает необходимость развития и совершенствования методов и систем обеспечения метанобезопасности высокометанообильных шахт, доля которых в России достигает 48%.
Состояние промышленной безопасности и противоаварийной устойчивости угольных шахт в настоящее время нельзя оценить как удовлетворительное, о чем свидетельствуют практически не снижающееся количество взрывов газа и угольной пыли, а также пожаров, влекущих за собой максимальный ущерб с катастрофическими последствиями. Анализ статистических данных по травматизму на угольных шахтах показывает, что уровень риска смертельного травматизма для работников подземных профессий составляет: в Германии – 0,1210-3 чел/год; Польше – 0,1810-3 чел/год; Австралии – 0,2110-3 чел/год; Великобритании – 0,3110-3 чел/год; США – 0,4510-3 чел/год; России – 0,4810-3 чел/год; Украине – 0,8410-3 чел/год.
Наибольшее количество взрывов связано с неудовлетворительным проветриванием, как правило, это обусловлено применением опасных схем проветривания выемочных участков, т.к. действующая нормативная база не определяет область применения рекомендуемых вариантов схем проветривания.
В связи с вышеизложенным разработка метода оценки и управления аэрологическим риском аварий на выемочных участках угольных шахт при различных схемах вентиляции участка на основе выявления закономерностей реализации рисков, связанных с газообильностью очистного забоя и пылеобразующей способностью пласта для принятия решений по предотвращению и минимизации последствий чрезвычайных ситуаций на угольных шахтах, является актуальной научной задачей.
Целью работы является разработка метода оценки и управления аэрологическим риском аварий (чрезвычайных ситуаций) на выемочных участках угольных шахт при различных схемах вентиляции на основе установления зависимостей аэрологического риска от газообильности выемочного участка и пылеобразующей способности угольного пласта.
Идея работы состоит в том, что для оценки аэрологического риска используются показатели реализации аварий (чрезвычайных ситуаций) на выемочном участке по пылевому и газовому факторам, обусловленным горно-геологическими и технологическими условиями, и степени уязвимoсти схемы вентиляции выемочного участка в зависимости от его аэродинамических параметров.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
-
Под аэрологическим риском аварий на выемочном участке следует понимать меру опасности, характеризующую возможность возникновения аварий, связанных с отклонением параметров шахтной атмосферы от их нормативных значений, установленную для схемы вентиляции выемочного участка определенной уязвимoсти. Под уязвимостью схемы проветривания выемочного участка следует понимать свойство вентиляционной системы выемочного участка терять способность к выполнению заданных функций в результате негативных воздействий опасных факторов.
-
Алгоритмическое обеспечение расчетов оценки и снижения аэрологических рисков аварий на выемочных участках основано на построении «дерева отказов», учитывающего причинно-следственные связи горнотехнических, горно-геологических и организационных факторов, приводящих к отказам вентиляции в шахте и чрезвычайным ситуациям.
-
Оценка аэрологического риска аварий на выемочном участке включает фоновую составляющую, определяемую с учетом газоносности, фильтрационно-коллекторских свойств, пылеобразующей способности, прочностных характеристик пласта и вмещающих пород, и системную, величина которой зависит от газообильности и уязвимости схемы проветривания выемочного участка.
-
Снижение аэрологического риска выемочных участков по газовому и пылевому факторам на основе использования установленных зависимостей аэрологического риска от газообильности выемочного участка и пылеобразующей способности угольного пласта, топологии и схемы вентиляции участка способствует предотвращению и минимизации последствий чрезвычайных ситуаций на высокогазообильных шахтах.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются достаточным объемом и представительностью статистической выборки, высокими значениями показателей тесноты статистической связи в полученных уравнениях регрессии (коэффициент корреляции не ниже 0,9), удовлетворительной сходимостью результатов моделирования и натурных экспериментов, а также результатами, полученными другими авторами (расхождение не превышает 15-20 %).
Научное значение работы заключается в обосновании структуры и методики оценки аэрологического риска аварий на выемочных участках на основе установленных зависимостей реализации рисков, связанных с газообильностью очистного забоя, пылеобразующей способностью разрабатываемого пласта и степенью уязвимости схемы вентиляции участка, что позволяет предотвратить и минимизировать последствия чрезвычайных ситуаций на высокогазообильных угольных шахтах, разрабатывающих пласты, опасные по взрывам пыли.
Практическая значимость исследований состоит в разработке инженерной методики оценки и управления аэрологическим риском аварий на выемочных участках угольных шахт, применение которой при проектировании и эксплуатации действующих угольных шахт позволит предотвратить и минимизировать последствия чрезвычайных ситуаций.
Реализация работы. Результаты исследований и рекомендации использованы при разработке новой редакции санитарно-эпидемиологических правил и нормативов СанПиН 2.2.2948-11 «Гигиенические требования к организациям, осуществляющим деятельность по добыче и переработке угля (горючих сланцев) и организации работ», а также в проектах разработки пластов 26а и 29а Филиала «Шахта «Есаульская» ОАО «ОУК «Южкузбассуголь» (2011 г.).
Апробация работы. Основное содержание и отдельные положения работы докладывались на Международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность и устойчивое развитие» (Москва, МГГУ, 2004 г.), на конкурсе на лучший научно-инновационный продукт в рамках XIII Международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Горное дело и окружающая среда. Инновации и высокие технологии XXI века» (Москва, МГГУ, 2009 г.), на научных симпозиумах «Неделя горняка» (2008 – 2013 гг.); на научных семинарах кафедры «Аэрология и охрана труда» (МГГУ, 2008 – 2013 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 научных работ (в том числе 13 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения; содержит 17 таблиц, 42 рисунка, список литературы из 131 наименования и 2 приложения.
Автор выражает благодарность д.т.н., проф. кафедры высшей математики МГГУ Ушакову В.К. за содействие и методическую помощь.
