Введение к работе
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, Н.А. Кизимов, А.Б. Ихно, B.C. Торгашев, З.М. Иохельсон, Ю.В. Товстик, B.C. Дзюбан, Я.С. Риман, А.Е. Погорельский, Н.А. Черников, А.П. Ковалев, М.И. Макаров, Л.И. Колесник, А.А. Каймаков, В.И. Серов, В.Г. Соболев, Г.И. Разгильдеев, В.В. Щуцкий, Ф.П. ПІкрабец, 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 источішка 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:
-
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 t в любом из возможных состояний.
-
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 (АПК), сроков ее профилактики, частоты и длительности появления опасной концентрации метановоздушной смеси и сроков ее контроля.
-
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.
-
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.
Реалтанпя 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-летию 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.
