Спосіб прогнозування аварійних ситуацій в підземних гірничих виробках

1. Спосіб прогнозування аварійних ситуацій в підземних виробках, що включає контроль параметрів гірничого масиву, визначення періоду загрозливого стану, який відрізняється тим, що періодично визначають і контролюють біолокацією інтегральні параметри системи гірничий масив виробки, а саме - знаки вертикальної полярності (ВП) і одночасно напрямок обертання локального торсійного поля (ТП) системи, причому сполучення параметрів: верхній знак ВП "плюс", нижній знак "мінус" та правосторонній напрямок обертання U 1 3 №47889 Україна, МПК (2006) E21F5/00, Е21С 39/00. Спосіб прогнозування викидонебезпечності масиву гірських порід / Гаркушен-ко B.I. та ін. (Україна). - №2001107074; Заявл. 18.10.2001, опублікований 15.07.2002.]. Недоліками відомого способу є: - неможливість прогнозування викиду вугілля, порід та газу в результаті дій інших факторів, наприклад - нерівномірність примусової дегазації вугільного пласта та вміщуючих порід; - неможливість прогнозування конкретного місця та часу будь-яких аварійних ситуацій та аварій в шахті, зокрема: спалахи і вибухи метаноповітряної суміші, обвали породи, аварії на гірничодобувному, гірничотранспортному та електротехнічному обладнанні, прориви води в виробки, травмування гірників, теплові удари, тощо. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу прогнозування аварійних ситуацій в підземних виробках, в якому шляхом нових технологічних операцій та їх послідовності досягається можливість оперативного і більш вірогідного прогнозування будь-якої аварійної ситуації та виявлення місця і моменту (часу) аварії в підземних виробках, за рахунок цього виникає можливість своєчасного прийняття комплексу додаткових заходів безпеки: підсилення контролю за небезпечною зоною, регулювання вентиляції виробок, відключення електроенергії (при необхідності), додаткове чергування гірничорятівників безпосередньо на шахті, що загалом дозволяє уникнути аварії або суттєво зменшити її негативні наслідки, а головне - зберегти життя і здоров'я гірничоробітників. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі, що включає контроль параметрів гірничого масиву, визначення періоду загрозливого (несприятливого) стану, відповідно до винаходу, періодично визначають і контролюють біолокацією інтегральні параметри системи гірничий масив виробки, а саме - знаки вертикальної полярності (ВП) і одночасно напрямок обертання локального торсійного поля (ТП) системи, причому, сполучення параметрів: верхній знак ВП «плюс», нижній знак «мінус» та правосторонній (по ходу стрілки годинника) напрямок обертання локального ТП оцінюють як комплексний показник безаварійного стану системи, а сполучення параметрів: верхній знак ВП «мінус», нижній знак «плюс» та правосторонній напрямок обертання локального ТП оцінюють як завчасний сигнал можливої аварійної ситуації в системі, після чого визначають період виникнення стану системи з параметрами: верхній знак ВП «мінус», нижній знак «плюс» та лівосторонній (проти ходу стрілки годинника) напрямок обертання локального ТП, сполучення яких оцінюють як комплексний сигнал того, що аварійна ситуація в системі виникла. Крім того, показники ВП та напрямок обертання локального ТП визначають дистанційно на моделях системи гірничий масив-виробки, причому ці показники спочатку визначають для системи в цілому, а при наявності їх сполучення, яке оцінюють як комплексний сигнал про можливу аварійну ситуацію, визначають 45451 4 методом біолокації місце та час її виникнення в системі. На Фіг.1-2 представлена схема розподілу знаків ВП в поперечному перерізу виробки (1) і схема правостороннього (по ходу стрілки годинника) обертання локального ТП в плані виробки (2). Фіг.3-4 показує схему зворотнього розподілу знаків ВП в поперечному перерізу виробки (3) і схему правостороннього обертання локального ТП в плані виробки (4). Фіг.5-6 ілюструє схему зворотнього розподілу знаків ВП в поперечному перерізу виробки (5) і схему лівостороннього (проти ходу стрілки годинника) обертання ТП (6). На Фіг.7 зображена схема послідовного переходу станів системи гірничий масив - виробка, t часовая вісь; t0 - момент початку контролю за станом системи; Dt0 - тривалість нормального стану системи; tс - момент появи інтегрального сигналу про можливу аварійну ситуацію; Dtс - тривалість загрозливого (несприятливого) стану системи; tа момент виникнення аварійної ситуації; Dtа - тривалість аварійної ситуації чи аварії та їх негативних наслідків; tн - момент настання безаварійного стану системи; Dtн - тривалість стану системи після аварії. Спосіб прогнозування аварійних ситуацій в підземних виробках реалізується таким чином. Для аналізу стану окремих виробок, дільниць чи шахти в цілому виготовляють їх моделі. Апробація даного способу на діючих шахтах Донбасу показала, що для визначення і контролю інтегральних параметрів системи достатньо графічних моделей: схеми підземних виробок і вентиляції шахти, плану і технологічних схем гірничих робіт, виготовлених згідно з діючими вимогами [Правила безпеки у вугільних шахтах: НПАОП 10.0-1.01-05.К.: Вид. «Відлуння», 2005.-399 с.]. Відомо, що реальні об'єкти та їх моделі інформаційно пов'язані між собою через єдине інформаційне та торсійне поле: об'єкт і його модель генерують подібні торсійні випромінення і локальні ТП [Шипов Г.И. Теория физического вакуума: Теория, эксперименты и технологии. 2-е изд. - М.: Наука, 1996. - 450 с.]. При зміні стану об'єкта його локальне ТП може змінити напрямок обертання, наприклад: з правостороннього (по ходу стрілки годинника) на лівостороннє (проти ходу стрілки годинника). Нами експериментальне встановлено, що аналогічні зміни показників ВП і ТП реєструються і на моделі об'єкта. Крім того, кожний об'єкт має свою характеристику ВП. При нормальному стані об'єкта його верхня частина (ЯН) має знак «плюс», а нижня частина (ІНЬ) — знак «мінус». При порушенні стану об'єкта розподіл знаків його ВП може змінитись [Гуляев Э.А., Гуляева Ф.И. Влияние обратных полярностей в нашей жизни //Исцелить себя - просто. Статьи. - Одесса: Изд-во «Optimum», 2008. С.164-171]. Знаки ВП об'єктів та напрямок обертання ТП визначають методом біолокації. Нами експериментальне встановлено, що сполучення нормального розподілу знаків ВП 5 45451 «плюс» зверху, а «мінус» знизу з правостороннім напрямком обертання локального ТП означає безаварійний стан (Фіг.1-2). А зворотнє сполучення показників ВП: «мінус» зверху, а «плюс» знизу та лівосторонній напрямок обертання локального ТП означає, що аварійна ситуація виникла (Фіг.5-6). Між нормальним і аварійним станами виробки є перехідний (загрозливий) стан, коли полярність виробки змінена на зворотню при збереженні правостороннього обертання ТП (Фіг.3-4). Точка 1 на графіку послідовного переходу станів виробки (Фіг.7) показує момент t0 початку періодичного контролю: визначення знаків ВП і напрямку обертання локального ТП. Точка 2 позначає момент tс появи сигналу про можливу аварійну ситуацію. Проміжок часу Dt0 між точками 1 і 2 характеризує тривалість безаварійного стану виробки: знак «плюс» ВП зверху, «мінус» знизу, правостороннє обертання локального ТП. Точка 3 позначає момент tа настання аварійної ситуації чи аварії. Проміжок часу Dtс між точками 2 і 3 характеризує тривалість загрозливого стану об'єкта: знак «мінус» ВП зверху виробки, знак «плюс» знизу, а локальне ТП обертається по часовій стрільці правостороннє обертання. Момент настання аварійної ситуації визначають, згідно виразу (1) 6 tа = tс + Dtс. + Dtв, (1) де tа - момент настання аварійної ситуації в часі; tс - момент появи сигналу про аварійну загрозу; Dtс - тривалість загрозливого стану виробки; tс=tmDtс; tm - момент поточного часу, коли було виявлено комплексний сигнал про можливу аварійну ситуацію; DtP - запізнення сприйняття оператором сигналу - визначається методом біолокації; Dtв відхилення від значення Dtс. В результаті ретроспективного аналізу множини аварій, які відбулися на різних шахтах Донбасу (табл. 1), нами виявлена невідома раніше закономірність, яка полягає в тому, що незалежно від виду, часу та місця аварії, особливостей гірничого масиву, технології гірничих робіт, проміжок часу (Dtс) між моментом появи завчасного сигналу про можливу аварійну ситуацію та моментом її настання практично не змінюється і становить в середньому 11 годин 30 хвилин при максимальному відхиленні 19 хвилин. Точка 4 на Фіг.7 позначає момент настання безаварійного стану виробки: знак «плюс» зверху, знак «мінус» знизу, правостороннє обертання локального ТП. Таблиця 1 Приклади випередження завчасних сигналів про аварії, що відбулися на шахтах Донбасу Випередження сигналу про аварію 1 31.07.02р. Вибух газу і пилу в монтажному хіднику лави 11 год. 25 хв. 2 18.11.07р. Вибух, пожежа, обвалення в виробках 11 год. 41 хв. 3 01.12.07р. Вибух газу в лаві 11 год. 45 хв. 4 21.01.01р. Вибух газу на вентиляційному штреку 11 год. 11 хв. 5 13.07.02р. Пожежа у вибраному просторі лави 11 год. 45 хв. 6 12.04.06р. Обвалення породи у виробці 11 год. 30 хв. Обвалення породи в монтажному хіднику ла7 В 30.08.01 р. 11 год. 45 хв. ви 8 В 07.12.05р. Спалах газу в лаві 11 год. 13 хв. 9 В 12.04.01 р. Займання метану в лаві 11 год. 16 хв. 10 д 03.02.85 р. Вибух газу в конвейерному штреку 11 год. 33 хв. Середній проміжок часу між завчасним сигналом і аварією: 11 год. 30 хвилин № п/п Символи шахти А А А Б Б Б Дата аварії Характер та місце аварії Примітка: У зв'язку з конфіденційністю даних про аварії назви шахт представлені символами. Контроль за станом підземних виробок по даному способу здійснюється шляхом періодичного тестування їх методом біолокації. Періодичність тестування виробок визначають з таким розрахунком, щоб залишався достатній час для виконання запобіжних заходів проти можливої аварійної ситуації чи аварії. Спочатку тестують систему в цілому, наприклад - шахту, як систему гірничий масив - виробки. Потім тестують окремі дільниці та виробки. Аналіз аварій на шахтах Донбасу показав, що комплексний сигнал про можливу аварійну ситуацію появляється не тільки в аварійній виробці чи дільниці, але і по шахті в цілому. Приклад прогнозування аварійної ситуації на шахті. Сигнал про можливу аварію виявлено оператором біолокації о 10 годині ранку (tm ). Методом ретроспективного аналізу (зворотнього відрахування часу події методом біолокації) виявлено, що сигнал про можливу аварійну ситуацію появився фактично о 8 годині 47 хвилин. Запізнення сприйняття оператором сигналу Dtp=10 годин - 8 годин 47 хвилин = 1 година 13 хвилин. На основі дослідження багаточисельних аварій на шахтах Донбасу встановлено, що Dtс=11 годин 30 хвилин при відхиленні ± 19 хвилин. Таким чином, розрахунковий прогноз моменту настання аварійної ситуації 7 45451 згідно з виразом (1) становить ta=8 год.47 хв. + 11 год. 30 хв. ± 19 хв. = 20 год. 16 хв. ± 19 хв. Враховуючи те, що аварійність в підземних виробках має вірогідний характер, а також з метою підвищення безпечності прогнозу аварій та прискорення виконання профілактичних заходів рекомендується збільшувати резерв часу до 1 години в прогнозний момент настання аварійної ситуації, 8 тобто в даному прикладі для виконавців профілактичних заходів вказують, що аварійна ситуація чи аварія можуть виникнути о 20 годині 16 хвилин ± 1 година. В таблиці 2 приведено розрахункові дані прогнозу аварійних ситуацій на шахтах Донбасу. Фактичні відхилення прогнозу становило від 2 хвилин до 20 хвилин. Таблиця 2 Приклади прогнозування аварійних ситуацій на шахтах Донбасу № п/п Символ шахт 1 2 3 4 5 6 7 А А А Б Б Д Д Прогноз аварійної ситуації Дата Час 15.03.09р. 09 год. 49 хв. 18.03.09р. 11 год.44 хв. 28.03.09р. 00 год. 43 хв. 01.04.09р. 18 год. 30 хв. 16.04.09р. 00 год. 30 хв. 03.04.09р. 23 год.50 хв. 14.04.09р. 02 год.40 хв. Аварійна ситуація виникла Дата Час 15.03.09р. 10 год. 00 хв. 18.03.09р. 12год. 00 хв. 28.03.09р. 0 год. 45 хв. 01.04.09р. 18 год. 45 хв. 16.04.09р. 0 год. 30 хв. 03.04.09р. 23 год. 30 хв. 14.04.09р. 03 год. 00 хв. Відхилення прогнозу - 11 хв. - 16 хв. + 2 хв. + 15 хв. 0 - 20 хв. + 20 хв. Примітка: тестування шахт і виробок методом біолокації виконувалось по схемам вентиляції шахт Перевагою запропонованого способу прогнозування аварійних ситуацій в підземних виробках є можливість оперативного одержання завчасного сигналу про будь-яку аварійну ситуацію чи аварію, що можуть відбутися в підземних виробках і прийняття запобіжних заходів безпеки. Спосіб дозволяє визначити місце та час аварій, у тому числі: раптові викиди породи, вугілля та газу, спалахи і вибухи газу, пожежі, обвали породи, аварії на гірничодобувному, гірничо-транспортному та електротехнічному обладнанні, прориви води в виробки, травмування гірників, теплові удари та ін. Таким чином, спосіб прогнозування аварійних ситуацій в підземних виробках забезпечує підвищення безпеки гірничих робіт в них, зниження травматизму гірників і матеріальних збитків від аварій. Запропонований спосіб буде найбільш ефективним на вугільних шахтах, небезпечних по газу, пилу, та раптовим викидам породи, вугілля та газів. Крім того, даний спосіб може бути застосований для прогнозування аварійних ситуацій при проходці та експлуатації виробок метрополітену, транспортних тунелів, підземних складів, сховищ та спеціальних підземних будов військового призначення. 9 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 45451 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601