ОАО «НЦ ВостНИИ»
Анализ и управление риском крупных аварий на угольных шахтах России
А.Ф. Павлов
Наиболее крупные аварии на угольных шахтах все более стали характеризоваться взрывами метана и угольной пыли, перерастающими в обширные пожары в сети горных выработок и в выработанном пространстве. Это обстоятельство побудило выполнить анализ причин возникновения и выявить возможные пути их предотвращения.
В историческом плане проблема взрывов метана и угольной пыли существует так же долго, как и сами угольные шахты. При этом нельзя утверждать, что эта проблема не решалась или плохо решается. Дело в том, что горное производство и угольные шахты находятся в постоянном развитии и изменении, а вслед за ними обновляется сама проблема взрывов метана и угольной пыли. Поэтому, изучая и решая эту проблему, приходится ее рассматривать не вообще, а применительно к конкретной ситуации, к сложившемуся состоянию горного производства, то есть к конкретному времени и состоянию угольных шахт с их конкретными горно-геологическими, производственно-техническими и социально-экономическими условиями.
Основным исходным материалом для систематизированного анализа крупных аварий являются акты специального расследования. При этом анализ любого происшествия представляется вполне самостоятельной работой. Каждая такая работа начинается с краткого описания происшествия с последующим выявлением причин, актуальных проблем и возможных направлений их решений. Здесь вполне допустимыми являются сравнения, ссылки на другие происшествия с целью показать, что подобное уже встречалось и прежде. В результате каждая такая работа завершается предложениями по основным направлениям предотвращения подобных аварий и снижения производственного травматизма. В итоге представляется систематизированное изложение знаний о механизмах возникновения и развития крупных аварий.
Выявление и систематизированное изложение знаний о механизмах, влекущих за собой возникновение и развитие крупных аварий в угольных шахтах, а также представление этих механизмов в диалектическом их обновлении вслед за развитием техники и технологии горного производства способствует лучшему их пониманию. Знание этих механизмов необходимо, так как оно позволяет лучше организовать поведение людей как в аварийных, так и в предаварийных ситуациях и служит убедительным доказательством правильности или неправильности предлагаемых мероприятий по их предотвращению.
Основная идея сводится к тому, что во все времена (как прежде, так и теперь) все было и есть дело рук человеческих, но лишь с различием в разные времена. Различия эти были обусловлены происходившими изменениями среды природной, техногенной, социальной. В подтверждение этому уместно вспомнить вполне справедливые слова Герберта Саймона: «Человек сам по себе прост. Сложность его поведения определяется сложностью окружающей его среды» 1. Как показывает исторический опыт горного производства, среда эта постоянно менялась, менялось и поведение людей. Неизменным оставалось одно - все зависело и продолжает зависеть от поведения людей, а поведение людей - от организации управления производством, персоналом, в том числе охраной труда и промышленной безопасностью.
Понимание данного факта привело к тому, что объектом исследования в настоящей работе стали крупные аварии угольных шахт, а предметом исследования - системы управления производством, персоналом, в том числе охраной труда и промышленной безопасностью на этих шахтах.
Для природной, техногенной и социальной среды угольных шахт характерно большое разнообразие. Природная горно-геологическая среда в историческом плане представляется относительно неизменной, а ее многообразие условно разделяется на два вида. Первое - это месторождения пологих и наклонно залегающих угольных пластов и второе - месторождения крутых и крутонаклонных угольных пластов.
При этом на каждой отдельно взятой шахте:
- на любой исторический момент времени между природной, техногенной и социальной средой устанавливается и существует определенное соответствие;
- определяющей основой этого разнообразия является природная и техногенная среда;
- социальная среда, постоянно опаздывая в своем приспособлении, лишь стремится соответствовать и природной, и техногенной среде.
Однако разнообразие техногенной среды не является устойчивым, неизменным. Техногенная среда, приспосабливаясь к природной среде, постоянно меняется, вовлекая в адекватные изменения социальную среду.
В историческом плане состояние и развитие техногенной среды, а вслед за нею и среды социальной можно представить несколькими характерными периодами, сравнительно устойчивыми этапами. В обозримом историческом плане для России таковыми являются:
1944-1950 годы - военные и послевоенные;
1951-1985 годы - начало механизации и интенсификации горных работ;
1986- 2000 годы - «перестройка» и «реструктуризация»;
современный этап горного производства.
Ниже приведен анализ причин и условий возникновения аварий на каждом из этих этапов развития угольной промышленности СССР и России.
Военные и послевоенные годы
Военные и послевоенные годы для угольных шахт были особенными. В организационном плане работа шахты характеризовалась тем, что в ней на подземных работах работали и женщины, и репрессированные, и заключенные; горными мастерами, а нередко и начальниками участков - практики; директорами и главными инженерами, как правило, техники. Обстоятельства требовали того, чтобы на каждой шахте был свой учебный пункт. Строгая дисциплина труда обеспечивалась через нарядную систему, которая регламентировала действия всех работников рабочих профессий и запрещала им делать что-либо помимо того, что указано в наряде.
Вместе с тем потребность страны военных и послевоенных лет в угле заставляла работать угольные шахты более интенсивно и напряженно. Сеть горных выработок шахты становилась все обширнее и сложнее. Для организации оперативного управления нештатными ситуациями в аварийной обстановке для диспетчерской службы стало явно не хватать доведенной до каждого рабочего места сети подземной и поверхностной технологической связи.
В техническом плане центром внимания для главного механика были и остаются стационарные установки подъема, вентиляции, водоотлива и т.п. Механизация подземных работ ограничивалась преимущественно откаточным транспортом и буровзрывными работами. Это обстоятельство делало привлекательным для отработки месторождения с крутым и крутонаклонным залеганием угольных пластов, где повсеместно использовались камерные и щитовые системы разработки. Месторождения с пологим залеганием угольных пластов при сплошной системе разработки и при отсутствии развитого конвейерного транспорта не могли конкурировать с ними.
Безусловно, и метан, и угольная пыль уже представляли серьезную угрозу. Стали возникать выбросы угля и газа. Но в условиях повсеместного крепления горных выработок деревянной крепью наиболее крупные аварии возникали из-за эндогенных и экзогенных пожаров.
Характерной особенностью крупных аварий того времени, причиной их возникновения и усугубления их последствий являлись:
- недостаточная квалификация персонала на всех уровнях управления производством, начиная с рабочих мест работников рабочих профессий;
- недостаточное материально-техническое обеспечение особенно в части оснащения системы оперативного диспетчерского управления устойчивой связью со всеми рабочими местами, расположенными уже в обширной сети горных выработок, что делало невозможным своевременный и организованный вывод людей из шахты в аварийных ситуациях.
Особо следует отметить высокую дисциплину персонала и самоотверженность в оказании помощи товарищам по работе в аварийных ситуациях. Не было или почти не было случаев, когда в качестве причины аварии было бы неисполнение или ненадлежащее исполнение тем или иным работником своих обязанностей.
Понимание всего этого и было заложено в организационно-техническую политику горного производства на последующие годы:
- при каждой шахте в обязательном порядке имелся учебный пункт, через который проходили рабочие при поступлении на работу и периодически повышали свою квалификацию;
- практически на территории каждого месторождения стали создаваться горные техникумы, а в бассейнах - горные институты;
- в трудном послевоенном 1946 году был создан научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности ВостНИИ;
- значительно улучшилось техническое оснащение системы оперативного управления технологической связью;
- ужесточились требования к системе энергоснабжения шахты, ведению огневых работ и т.п.
Таким образом, потребовались и были предприняты значительные изменения в системе управления горным производством на уровне министерства, а также на уровне существовавших в то время комбинатов, трестов и угольных предприятий.
Годы начала механизации и интенсификации горных работ
В 60-х годах механизация горных работ значительно повлияла на обновление инженерных решений, на формирование новых представлений и новых подходов. При повышении нагрузок на очистные забои в 5-7 раз в 60-70-х годах в области вентиляции усилиями специалистов ВостНИИ, Госгортехнадзора и работников угольных предприятий Кузбасса были внедрены следующие новые инженерные решения:
- управление газораспределением путем обособленного отвода газа раздельно от отдельных источников;
- использование газодренажных горных выработок для отвода исходящих струй шахтного воздуха с неограниченной концентрацией метана;
- повышение допустимого уровня концентрации метана стали увязывать со скоростью движения воздуха;
- использование выработанного пространства в качестве элемента вентиляционной сети;
- введение элементов резервирования в системы местного проветривания и др.
В последующие годы угольные шахты стали оснащаться автоматизированными системами аэрогазового контроля горных выработок.
Все это было обусловлено необходимостью обеспечения безопасности работ при возросших нагрузках на очистные забои при отработке пластов пологого залегания. Вместе с тем поиск надежных и эффективных решений по проветриванию высокопроизводительных выемочных участков на пластах пологого падения показал следующее:
- переход от возратноточной схемы к комбинированной с обособленным отводом газа от отдельных источников повышает предельно возможную нагрузку на забой, но не более чем в 2-3 раза;
- потребности воздуха на проветривание подготовительных забоев становятся сопоставимыми с потребностями воздуха на проветривание очистных забоев;
- способ вентиляции, предусматривающий разбавление опасных газов до допустимых значений и вынос их по обычной сети горных выработок, практически себя исчерпал и не решает проблему дальнейшего увеличения интенсивности горных работ на угольных шахтах;
- перспектива вентиляции стала видится в более широком использовании способов отвода исходящих струй с неограниченной концентрацией метана и иных газов.
Опыт механизации работ, особенно на пластах пологого падения, столкнулся с рядом обстоятельств негативного характера:
- повсеместно работы по реконструкции шахт стали отставать от потребностей производства. Горные работы стали вестись по различным временным схемам. Причина заключалась не столько в недостаточности материально-технического обеспечения, сколько в возникшей несопоставимости темпов ведения очистных и подготовительных работ. Темпы проведения подготовительных выработок практически не менялись, а очистных забоев значительно возросли;
- многие вновь вводимые вентиляторы главного проветривания и рост подачи количества воздуха в шахту практически не решали проблему увеличения нагрузки на очистные забои по газовому фактору. Причина оказалась в том, что вентиляционные сети угольных шахт стали чрезвычайно сложными и не позволяли эффективно управлять распределением воздуха. Впервые наиболее ярко это обнаружилось в Кузбассе на шахте «Чертинская», а затем на шахте «Капитальная» и др.
Статистический анализ состояния промышленной безопасности тех лет неизменно показывал, что одной из основных причин воспламенения метана в подготовительных и очистных забоях являются взрывные работы. Поэтому основным направлением снижения опасности воспламенения метана в те годы было стремление перейти на комбайновую отбойку угля. Весте с тем были предприняты значительные усилия по обеспечению надежного и безопасного проветривания подготовительных выработок. Так, например, была разработана и внедрена в производство методика установления особо опасных подготовительных забоев. Для проветривания подготовительных выработок с особо опасными забоями стали использоваться резервированные вентиляторные установки с резервированной схемой энергоснабжения. Все это постепенно сняло остроту проблемы предотвращения воспламенения метана в подготовительных выработках.