Обеспечение безопасного функционирования экскаваторно-автомобильных комплексов угледобывающих предприятий
На правах рукописи
ЗАРИПОВА СИРЕНА НАИЛЕВНА
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
БЕЗОПАСНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ЭКСКАВАТОРНО-АВТОМОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Специальность 05.26.01 - Охрана труда (отрасль горная)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Кемерово – 2008
Работа выполнена в Техническом институте (филиале) Государственного
образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова» в г. Нерюнгри
Научный консультант
Доктор технических наук, профессор Квагинидзе Валентин Суликоевич
Официальные оппоненты:
Доктор технических наук, профессор Герике Борис Людвигович
Доктор технических наук, профессор Павлов Архип Федорович
Доктор технических наук, профессор Сысоев Андрей Александрович
Ведущая организация: Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН
Защита диссертации состоится 20 мая 2008 года в 14.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.102.03 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» по адресу: 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28. Факс (3842) 58-26-87, 58-30-75.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет».
Автореферат разослан 20 апреля 2008 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета Лесин Ю.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В последние годы российский угольный рынок динамично развивается. Рост производительности труда, интенсивности производства достигается, в основном, путем внедрения в производство передовой техники и прогрессивной технологии. Несмотря на насыщение угольных разрезов высокопроизводительным горно-транспортным оборудованием, количество аварийных отказов, а также неплановые простои не сокращаются. Продолжительные простои техники нарушают ритмичность работы угольных разрезов, затрудняют своевременное выполнение организационных мероприятий. Все это обусловливает увеличение нагрузки на работников, обслуживающих горно-транспортное оборудование, отрицательно сказывается на результатах труда, приводит к возрастанию тяжести производственных травм и уровня профессиональных заболеваний.
Возросшая интенсивность производственных процессов, динамика условий функционирования производственных систем существенно изменили требования к обеспечению устойчивости их функционирования. Потребовались не однократно устанавливаемые оптимальная структура и параметры системы, а оптимальное сопровождение этих систем, которое обеспечивало бы высокую степень адаптивности к динамично меняющимся внутренним и внешним условиям функционирования производственных систем.
Вслед за изменениями горного производства обновляются и проблемы охраны труда и промышленной безопасности. Решая эти проблемы, рассматривать их следует не «вообще», а применительно к конкретной ситуации, к сложившемуся состоянию горного производства. Это обусловливает необходимость дальнейшего совершенствования технологических процессов и управления ими с учетом конкретных производственно-технических, горно-геологичес-ких, природно-климатических и социально-экономических условий, повышает актуальность разработки методологии прогнозирования и средств обеспечения безопасного и эффективного функционирования экскаваторно-автомобильного комплекса как основного объекта, определяющего уровень аварийности, производственного травматизма и профессиональной заболеваемости на угольных разрезах.
Целью работы является теоретическое обоснование и разработка средств, обеспечивающих безопасное функционирование экскаваторно-автомобильного комплекса угледобывающего предприятия.
Задачи исследования:
- выявить наиболее опасные технологические процессы угольных разрезов;
- изучить условия эксплуатации горно-транспортного оборудования с позиций безопасности и эффективности экскаваторно-автомобильных комплексов;
- исследовать влияние собственно-производственных и внешних условий на показатели производственного травматизма и профессиональной заболеваемости среди работников, обслуживающих экскаваторно-автомобильный комплекс;
- разработать способы оптимизации технологических процессов, влияющих на безопасное и эффективное функционирование экскаваторно-автомо-бильных комплексов;
- разработать методологию управления безопасным и эффективным функционированием экскаваторно-автомобильного комплекса;
- разработать программное обеспечение для организации управления безопасным и эффективным функционированием экскаваторно-автомобильного комплекса.
Методы исследований. Системный анализ и научное обобщение результатов теоретических исследований; обработка статистических данных, прогнозирование показателей производственного травматизма и профессиональной заболеваемости методами теории вероятностей, математической статистики и математического программирования; математическое моделирование процессов взрыва; статистическое моделирование взаимодействия горно-транспорт-ного оборудования; программирование; производственный эксперимент.
Научные положения, защищаемые в диссертации:
1. Наиболее опасными являются технологические процессы угольных разрезов, связанные с эксплуатацией и ремонтом карьерных экскаваторов и автосамосвалов, на которые приходится 89,5% опасных и 65,5% вредных производственных факторов. Уровень производственного травматизма находится в прямолинейной зависимости от продолжительности аварийных простоев карьерных экскаваторов и автосамосвалов; причины аварийных простоев машин, существенно влияющих на безопасное и эффективное функционирование экскаваторно-автомобильного комплекса, в 60% случаев являются организационными.
2. Интенсивность производственного травматизма, обусловленная в 75,2% случаев влиянием контролируемых факторов производства и характеризующаяся суточной и сезонной периодичностью, представляет собой пуассоновский нестационарный поток событий; максимальные относительные отклонения суточной и сезонной волн, достигающие 20,4% и 16,6% соответственно, наблюдаются в начале смены и осенью, при этом вероятность наступления того или иного числа несчастных случаев за определенный промежуток времени зависит не только от длины этого промежутка, но и от момента его начала.
3. Воздействие вредных факторов производства на организм работника, обслуживающего экскаваторно-автомобильный комплекс, на 52,8% неустранимо в силу сочетания особенностей технологического процесса и климата, при этом определяющим фактором является вибрация, далее – шум и охлаждающий микроклимат. Доля специфических и неспецифических нарушений здоровья под сочетанным воздействием вредных факторов находится в прямолинейной зависимости от стажа работников и от величины превышения предельно допустимого уровня фактора, причем увеличение значений причинных факторов на 1% приводит к увеличению частоты нарушений в среднем на 5,3% и 9,1% соответственно.
4. Снижению уровня производственного травматизма среди работников, обслуживающих экскаваторно-автомобильный комплекс, способствуют:
- высокие показатели коэффициентов технического использования и технической готовности горно-транспортного оборудования;
- увеличение контингента машинистов экскаваторов и ремонтных рабочих с высокими квалификационными разрядами и со стажем не менее 5 лет;
- уменьшение глубины разрабатываемого участка карьера, среднего расстоя-ния транспортирования горной породы, а также количества неблагоприятных дней.
Снижению уровня профессиональной заболеваемости способствуют:
- увеличение ресурса горно-транспортного оборудования;
- уменьшение глубины разрабатываемого участка карьера, среднего расстояния транспортирования горной породы, а также контингента работников со стажем не менее 5 лет.
5. Повышение уровня безопасности и экономической эффективности экскаваторно-автомобильного комплекса обеспечивается уменьшением количества, увеличением грузоподъемности и доли большегрузных автосамосвалов, оперативным распределением последних по экскаваторам путем моделирования взаимодействия погрузочного оборудования и автотранспорта как замкнутой многоканальной системы массового обслуживания с ожиданием при ограниченной длине очереди.
6. Снижение аварий, несчастных случаев и профессиональных заболеваний, а также потерь от простоев погрузочно-транспортного оборудования достигается путем перехода от однократных организационно-технических решений, принятых на основе анализа информации о производственно-технических, горно-геологических, горнотехнических, природно-климатических и социально-экономических условиях производства, к системе непрерывного контроля над меняющейся ситуацией и обеспечением системы управления производством, в том числе охраной труда и промышленной безопасностью, управляющим сопровождением.
Научная новизна работы:
1. Выявлено, что наиболее опасными и вредными для здоровья работников угольных разрезов Южной Якутии являются технологические процессы, связанные с эксплуатацией и ремонтом карьерных экскаваторов и автосамосвалов, что определило основным объектом исследования экскаваторно-автомобиль-ные комплексы.
2. Установлена зависимость между уровнем производственного травматизма и продолжительностью аварийных простоев карьерных экскаваторов и автосамосвалов, обусловленных причинами организационного характера, низкой эффективностью системы управления технологическими комплексами.
3. С использованием многофакторного дисперсионного анализа обоснована значимость влияния времени суток и времени года на интенсивность производственных травм, что объясняет нестационарность пуассоновского потока опасных событий, приводящих к несчастным случаям, и позволяет строить тренд-циклические модели интенсивности производственного травматизма; при этом вероятности наступления того или иного числа несчастных случаев за какой-нибудь промежуток времени, рассчитанные на основе тренд-циклических моделей интенсивности травматизма, зависят не только от длины этого промежутка, но и от момента его начала.
4. Определены прогностические вероятности частоты и тяжести неблагоприятных реакций организма человека на воздействие вредных факторов технологического процесса и климата, учитывающие нозологическую форму заболевания, профессию, возраст и стаж работника, обслуживающего экскаваторно-автомобильный комплекс; установлены зависимости доли специфических и неспецифических нарушений здоровья работников под воздействием единичных, сочетанных действий двух и более вредных производственных факторов, которые позволили определить темпы прироста, оценить вклад вибрационного и шумового компонентов в развитие этих нарушений.
5. Установленные зависимости между уровнями производственного травматизма, профессиональной заболеваемости и показателями, характеризующими техническое состояние горно-транспортного оборудования, горнотехничес-кие, погодно-климатические и социальные условия производства, позволяют управлять безопасным функционированием экскаваторно-автомобильного комплекса путем оперативного реагирования на изменения окружающей обстановки.
6. Разработан способ обеспечения безопасности и экономической эффективности экскаваторно-автомобильного комплекса, позволяющий оперативно управлять количественным и качественным составом используемой техники, минимизировать неплановые простои погрузочного оборудования и автотранспорта, вредное воздействие факторов технологического процесса на организм работника, обслуживающего экскаваторно-автомобильный комплекс.
7. Разработан алгоритм мониторинга информации о меняющихся внутренних и внешних условиях функционирования экскаваторно-автомобильного комплекса, позволяющий выбрать индикаторы мониторинга, получить качественные и количественные модели показателей производственного травматизма и профессиональной заболеваемости, прогнозировать значения исследуемых показателей, проводить сравнительный анализ фактических и прогнозных значений, оценить эффективность управления охраной труда и промышленной безопасностью.
8. Разработана модель автоматизированной системы управления экскаваторно-автомобильным комплексом, позволяющая комплексно решать вопросы надежности, безопасности, экономической эффективности погрузочного оборудования и автотранспорта, улучшения условий труда обслуживающего персонала.
Личный вклад автора состоит в научном обосновании и развитии перспективного направления по созданию автоматизированных систем управления горным производством, что включает: анализ факторов производственного травматизма и профессиональной заболеваемости в климатических условиях угольных разрезов Южной Якутии; прогнозирование показателей производственного травматизма и профессиональной заболеваемости; установление степени влияния факторов производства на уровень безопасности производства; разработку моделей оптимизации параметров технологических процессов, методологии организации управления производством, в том числе охраной труда и промышленной безопасностью, алгоритма мониторинга экскаваторно-автомо-бильного комплекса, пакетов программ по управлению взаимодействием экскаваторов и автосамосвалов, по управлению персоналом, по управлению охраной труда и промышленной безопасностью.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом исходной статистической информации; применением эффективных теоретически обоснованных методов исследования; адекватностью и высокой степенью точности полученных математических моделей; согласованностью полученных теоретических результатов и результатов компьютерного моделирования с практическими наблюдениями.
Научное значение работы заключается в развитии теории управления производством. Установлены новые связи, уточнены и развиты ранее известные подходы к исследованию показателей безопасности производства и оптимизации погрузочно-транспортных работ, что позволило дать научное обоснование и разработать методологию управления экскаваторно-автомобильным комплексом, средства обеспечения безопасного и эффективного функционирования комплекса как основного объекта, определяющего уровень аварийности, производственного травматизма и профессиональной заболеваемости на угольных разрезах Южной Якутии.
Практическое значение работы:
- оптимизированы параметры взрывных работ, влияющих на безопасность и эффективность экскаваторно-автомобильного комплекса;
- разработана и реализована модель взаимодействия подразделений угледобывающего предприятия в области охраны труда и промышленной безопасности;
- разработана концепция автоматизации управления экскаваторно-автомо-бильным комплексом;
- разработана модель организации автоматизированного управления экскаваторно-автомобильным комплексом;
- решена задача оперативного управления взаимодействием карьерных экскаваторов и автосамосвалов, формирования автотранспортного парка для безопасного и эффективного функционирования экскаваторно-автомобильного комплекса;
- разработаны и внедрены: информационно-программный комплекс «Управление взаимодействием экскаваторов и автосамосвалов», информационная система «Автоматизированное рабочее место специалиста по охране труда и промышленной безопасности», информационный программно-методический комплекс «Управление персоналом».
Реализация результатов работы. Научные и практические результаты работы, направленные на повышение безопасности и эффективности открытых горных работ, нашли применение на угольных разрезах «Нерюнгринский», «Кангаласский» и автобазе технологического автотранспорта ХК «Якутуголь».
Основные результаты анализа и моделирования показателей производственного травматизма, профессиональной заболеваемости, технико-эксплуатаци-онных показателей горно-транспортного оборудования, оптимизационные модели технологических процессов составляют базу учебных курсов «Безопасность горного производства», «Математические методы и моделирование в горной промышленности» специальности «Открытые горные работы» и «Теория вероятностей и математическая статистика», «Введение в математическое моделирование» и «Математические методы и моделирование в горной промышленности» специальностей «Математика» и «Прикладная математика и информатика» в Техническом институте (филиале) Якутского государственного университета им. М.К. Аммосова в г. Нерюнгри.