Логико-вероятностные методы моделирования сценариев аварий в шахтах

Рассмотрены вопросы безопасности угольных шахт, учитывающими не только стандартные условия их функционирования, но и влияние внешних воздействий, ошибок персонала при ведении горных работ и эксплуатации средств управления и автоматизации. Показана взаимосвязь между причинами аварий и источниками опасности (ИО). Выполнен анализ методов исследования безопасности шахт, позволяющих в той или иной степени выявлять наиболее опасные причины и условия возникновения подземных аварий. Показано, что на горных объектах, несмотря на крайне малую, но ненулевую вероятность, аварии все же происходят из-за плотностей вероятностей редких опасных ситуаций, приводящих к тяжелым последствиям. Утверждается целесообразность логико-вероятностных методов моделирования сценариев возможных аварий, которые интерпретируются причинно-следственными диаграммами появления цепочки происшествий. На основании нормирования частот появления нештатных ситуаций (НшС) при угледобыче дано обоснование перехода от весов различных инициирующих условий к их вкладам в аварийные ситуации (АС). Разработаны имитационные модели принятия решений при оперативном содержательном анализе АС, включающие оценку весов и вкладов горно-геологических, горнотехнических факторов и ошибок персонала в риск возникновения взрыва метана, пожаров и загазирования выработок при нарушениях в дегазационных системах.

Куприянов В. В., Бондаренко И. С. Логико-вероятностные методы моделирования сценариев аварий в шахтах // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 7. – С. 114–131. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_7_0_114.

Куприянов Вячеслав Васильевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: Kupriyanov.VV@misis.ru, ORCID ID: 0000-0003-3793-8361,
Бондаренко Инна Сергеевна¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: i.bondarenko@misis.ru, ORCID ID: 0000-0002-4160-8413,
¹ НИТУ «МИСИС».

Бондаренко И.С., e-mail: i.bondarenko@misis.ru.

1. Серегин А. С., Фазылов И. Р., Прохорова Е. А. Обоснование безопасных условий работы горнотранспортных машин с двигателями внутреннего сгорания по фактору выделения загрязняющих веществ // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 11. — С. 37—51. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_11_0_37.

2. Рудаков М. Л., Смирнякова В. В., Алмосова Я. В., Каргополова А. П. Факторный анализ производственного травматизма в целях совершенствования процедур обучения работников безопасности труда при ведении работ по добыче угля // Безопасность труда в промышленности. — 2021. — № 5. — С. 82—87. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-5-82-87.

3. Лебедев В. С., Скопинцева О. В. Остаточные газовые компоненты угольных пластов: состав, содержание, потенциальная опасность // Горный журнал. — 2017. — № 4. — C. 84—86. DOI: 10.17580/gzh.2017.04.17.

4. Смирняков В. В., Смирнякова В. В. Трудноуправляемые факторы в статистике причин аварийных пылегазовых взрывов в угольных шахтах России // Горный журнал. — 2016. — № 1. — C. 30—34. DOI: 10.17580/gzh.2016.01.07.

5. Kavanagh P. Health and safety are about prevention and response. URL: https://www.canadianminingjournal.coin/features/health-and-safety-are-about-prevention-and response / (дата обращения 10.02.2022).

6. Brune J. The methane-air explosion hazard within coal mine gobs // Mining Engineering. 2014, vol. 2, pp. 1—7.

7. Rybak J., Adigamov A., Kongar-Syuryun C., Khayrutdinov M., Tyulyaeva Y. Renewableresource technologies in mining and metallurgical enterprises providing environmental safety // Minerals. 2021, vol. 11, no. 10, article 1145. DOI: 10.3390/min11101145.

8. Бондаренко И. С. Разработка планов-прогнозов на основе технико-экономических показателей горнодобывающих предприятий // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 3. — С. 97—107. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_3_0_97.

9. The Coalmining History Resource Centre: [ofits.sait]. URL: http://www.cmhrc.co.uk/site/ disasters/ (дата обращения 30.01.2022).

10. Bise C. J. Modern American coal mining: methods and applications. Englewood, Colorado: SME, 2020. 566 p.

11. Скопинцева О. В., Ганова С. Д., Демин Н. В., Папичев В. И. Комплексный метод снижения, пылевой и газовой опасностей в угольных шахтах // Горный журнал. — 2018. — № 11. — C. 97—100. DOI: 10.17580/gzh.2018.11.18.

12. Amez I., León D., Ivannikov A., Kolikov K., Castells B. Potential of CBM as an energy vector in active mines and abandoned mines in Russia and Europe // Energies. 2023, vol. 16, no. 3, article 1196. DOI: 10.3390/en16031196.

13. Kabanov E. I., Korshunov G. I., Magomet R. D. Quantitative risk assessment of miners injury during explosions of methane-dust-air mixtures in underground workings // Journal of Applied Science and Engineering. 2020, vol. 24, no. 1, pp. 105—110. DOI: 10.6180/ jase.202102_24(1).0014.

14. Хенли Э. Дж., Кумамото Х. Надежность технических систем и оценка риска. — М.: Машиностроение, 2004. — 528 с.

15. Кабанов Е. И. Определение допустимого профессионального риска травмирования работников угледобывающих предприятий // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 5. — С. 167—180. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_ 5_0_167.

16. Сухорукова М. А., Иванников А. Л. Оценка рисков аварий на транспортных средствах на рудниках // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 6-1. — C. 224—232. DOI: 1025018/0236-1493-2020-6-1-0-224-232.

17. Куприянов В. В., Бондаренко И. С. Обеспечение безопасности железнодорожных перевозок промышленных грузов на горнодобывающих предприятиях // Безопасность труда в промышленности. — 2021. — № 4. — С. 56—62. DOI: 10.24000/0409-2961-20214-56-62.

18. Vostrikov A. V., Prokofeva E. N., Goncharenko S. N., Gribanov I. V. Analytical modeling for the modern mining industry // Eurasian Mining. 2019, no. 2, pp. 30—35. DOI: 10.17580/ em.2019.02.07.

19. Питерсон Дж. Теория систем Петри и моделирование систем. — М.: Мир, 1984. — 264 с.

20. Соловьев А. Е. Оценка катастрофических изменений в поведении техносферы угольной шахты и карьера при неполноте данных // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2004. — № 4. — С. 166—167.

21. Куприянов В. В., Темкин И. О., Бондаренко И. С. Исследование временных характеристик аварийных ситуаций в угольных шахтах // Безопасность труда в промышленности. — 2022. — № 1. — С. 39—45. DOI: 10.24000/0409-2961-2022-1-39-45.

22. Соловьев А. Е. Модели и алгоритмы принятия оптимальных решений при минимизации риска аварийных ситуаций: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.13.01. — М.: МГГУ, 2007. — 22 с.

23. Рябин И. А., Парфенов Ю. М. Определение характеристик важности совокупности элементов энергетической системы при исследовании ее безотказности // Энергетика и транспорт. — 1991. — № 1. — С. 44—57.

24. Темкин И. О., Клебанов Д. А., Дерябин С. А., Конов И. С. Построение интеллектуальной геоинформационной системы горного предприятия с использованием методов прогнозной аналитики // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3. — С. 114—125. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-3-0-114-125.

25. Khayrutdinov M. M., Golik V. I., Aleksakhin A. V., Trushina E. V., Lazareva N. V., Aleksakhina Y. V. Proposal of an algorithm for choice of a development system for operational and environmental safety in mining // Resources. 2022, vol. 11, no. 10, article 88. DOI: 10.3390/ resources11100088.

26. Temkin I., Deryabin S., Konov I., Kim M. Possible architecture and some neuro-fuzzy algorithms of an intelligent control system for open pit mines transport facilities // Frontiers in Artificial Intelligence and Applications. 2019, vol. 320, pp. 412—420. DOI: 10.3233/FAIA190205.

27. Semenov A. S., Kruk M. N. Project risk analysis and management decision-making in determining the parameters of ore quarries // Journal of Industrial Pollution Control. 2017, vol. 33, no. 1, pp. 1024—1028.

28. Shurunov A., Sheremeev A., Kaeshkov I., Kolesnikov M., Bikkulov M., Uchuev R., Solodov S., Islamov R., Saitgareev I. Application of the HW with MSHF investigations to manage the development of low-permeability reservoirs / Society of Petroleum Engineers — SPE Russian Petroleum Technology Conference 2020, RPTC 2020. DOI: 10.2118/201911-MS.

29. Bliznyuk V. V., Parshin V. A., Savinov N. S., Selivanov A. A., Tarasov A. E. Features of measurements the IR radiation power of a laser diode used in active optoelectronic systems for studying flows // Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 2127, no. 1, article 012047. DOI: 10.1088/1742-6596/2127/1/012047.

30. Рогалев А. Н., Соколов В. П., Соколова Ю. В., Милюков И. А., Братухин А. Г. Методология обоснованного применения цифровых технологий для создания конкурентоспособной высокотехнологичной продукции // Международный журнал машиностроения и технологий. — 2018. — № 9(10). — С. 670—678.

31. Le Dinh H., Temkin I. O. Application of PSO and bacterial foraging optimization to speed control PMSM servo systems // IEEE 7th International Conference on Communications and Electronics, ICCE 2018. 2018, vol. 2018, pp. 196—201, article 8465728. DOI: 10.1109/ CCE.2018.8465728.

32. Baca M., Ivannikov A. L., Rybak J. Numerical modelling of various aspects of pipe pile static load test // Energies. 2021, vol. 14, no. 24, article 8598. DOI: 10.3390/en14248598.

33. Neudakhina Y., Trofimov V. About designing an intelligent system for forecasting electric power consumption based on artificial neural networks // CEUR Workshop Proceedings. 2021, vol. 2843, article 024.

34. Tulsky V., Shevlyugin M., Korolev A., Subhanverdiev K., Murzintsev A., Zhgun K., Silaev M., Khripushkin N., Baembitov R. Application of ETAPTM eTraXTM software package for digital simulation of distribution network that feeds an AC traction power supply system // E3S Web of Conferences. 2020, vol. 209, article 07011. DOI: 10.1051/e3sconf/202020907011.

35. Бабырь К. В., Устинов Д. А., Пеленев Д. Н. Повышение электробезопасности обслуживающего персонала в условиях неполных однофазных замыканий на землю // Безопасность труда в промышленности. — 2022. — № 8. — С. 55—61. DOI: 10.24000/04092961-2022-8-55-61.

36. Rogalev A., Rogalev N., Kharlamova D., Shcherbatov I., Karev T. Development of solutions for increasing the combustion efficiency of hydrogen in water vapor in a hydrogen-oxygen steam superheater // Inventions. 2023, vol. 8, no. 1, article 6. DOI: 10.3390/inventions8010006.

37. Litvinenko V. S., Tsvetkov P. S., Dvoynikov M. V., Buslaev G. V. Barriers to implementation of hydrogen initiatives in the context of global energy sustainable development // Journal of Mining Institute. 2020, vol. 244, no. 4, pp. 428—438. DOI: 10.31897/PMI.2020.4.5.

38. Зайцева Е. В. Вопросы стратегического управления предприятиями цементной промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 2. — С. 214—220. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-02-0-214-220.

39. Цыгляну П. П., Ромашева Н. В., Фадеева М. Л., Петров И. В. Инжиниринговые проекты в топливно-энергетическом комплексе России: актуальные проблемы, факторы и рекомендации по развитию // Уголь. — 2023. — № 3. — С. 45—51. — DOI: 10.18796/00415790-2023-3-45-51.

40. Litvinenko V. S. Correction to: Digital economy as a factor in the technological development of the mineral sector // Natural Resources Research. 2020, vol. 29, no. 3, pp. 1521—1541, DOI: 10.1007/s11053-019-09568-4. Natural Resources Research. 2020, vol. 29, no. 5, article 3413. DOI: 10.1007/s11053-020-09716-1.

41. Гончаренко С. Н., Лачихина А. Б. Мониторинг инцидентов безопасности геоинформационной системы управления и контроля деятельности промышленного предприятия // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 3. — С. 108—116. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_3_0_108.

42. Зайцева Е. В., Медяник Н. Л. Автоматизация процессов интегрированного планирования производства и продаж продукции горноперерабатывающих предприятий цементной отрасли // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 2. — С. 111—123. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_2_0_111.