KSZTAŁTOWANIE BEZPIECZEŃSTWA SYSTEMÓW MASZYNOWYCH TRANSPORTU PIONOWEGO W KOPALNIACH

Transkrypt

1 PROBLEMY EKSPLOATACJI 103 Józef HANSEL Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie KSZTAŁTOWANIE BEZPIECZEŃSTWA SYSTEMÓW MASZYNOWYCH TRANSPORTU PIONOWEGO W KOPALNIACH Słowa kluczowe Górnictwo podziemne, bezpieczeństwo. Streszczenie W artykule, na podstawie ogólnego stanu wiedzy i własnego dorobku autora z zakresu bezpieczeństwa systemów: ludzie obiekty techniczne środowisko, wyróżniono i opisano 12 rodzajów nadmiarów wskaźników bezpieczeństwa (wytrzymałościowy, strukturalny, funkcjonalny, parametryczny, czasowy, informacyjny, diagnostyczny, środków bezpieczeństwa, kompetencji człowieka, poznawczy, jakościowy i systemowy), za pomocą których można osiągać wymagany poziom bezpieczeństwa dowolnego obiektu technicznego, w tym również bezpieczeństwa systemów maszynowych transportu pionowego (SMTP). Wprowadzenie W polskich kopalniach węgla kamiennego, rud miedzi, cynku, ołowiu, soli i innych minerałów podziemne wyrobiska górnicze są połączone z powierzchnią za pomocą pionowych szybów, w których są zainstalowane górnicze wyciągi szybowe. Wyciągi te, służące do transportu ludzi, urobku (wydobywanej kopaliny), materiałów, maszyn i urządzeń górniczych itd. tworzą z urządzeniami załadowczymi i wyładowczymi naczyń wyciągowych systemy maszynowe transportu pionowego (SMTP).

2 104 PROBLEMY EKSPLOATACJI W artykule autor, na podstawie swojego wieloletniego doświadczenia w rozwiązywaniu problemów bezpieczeństwa w górnictwie [1, 4] oraz ogólnego stanu wiedzy [2] przedstawił w formie tabeli 12 nadmiarów wskaźników bezpieczeństwa, za pomocą których można kształtować bezpieczeństwo SMTP. W tej tabeli zostały uwzględnione opracowane w AGH nowe metodyki, metody i środki techniczne, które już się przyczyniły i nadal przyczyniają się do poprawy bezpieczeństwa oraz obniżania kosztów budowy, modernizacji i eksploatacji SMTP nie tylko w polskich kopalniach [4 7]. 1. Opis formalny SMTP 1.1. Definicje podstawowych terminów Nowa dziedzina wiedzy, jaką jest teoria i inżynieria bezpieczeństwa systemów antropotechnicznych (ludzie obiekty techniczne środowisko), do których zaliczają się SMTP, wiąże się nie tylko z naukami technicznymi, takimi jak: mechanika, wytrzymałość materiałów, teoria niezawodności i eksploatacji, diagnostyka techniczna, teoria systemów itd., ale również z naukami społecznymi, ekonomicznymi i prawnymi (etyką, psychologią, socjologią, statystyką, ekonometrią, zarządzaniem) oraz medycyną pracy, bezpieczeństwem i higieną pracy, ergonomią, zarządzaniem jakością, zarządzaniem środowiskowym, zarządzaniem bezpieczeństwem i higieną pracy itd. [3, 4]. Z bezpieczeństwem systemów antropotechnicznych łączy się również ponad sto aktów prawnych i co najmniej kilkaset norm technicznych [4 7]. Każda z kilkunastu dyscyplin naukowych wchodzących w zakres kilku dziedzin wiedzy związanych z bezpieczeństwem obiektów technicznych ma swoją terminologię. Na ogół w każdej dyrektywie, ustawie i innych aktach prawnych podawane są definicje używanych terminów. Również większość zbiorów norm poświęconych bezpieczeństwu określonych obiektów technicznych zawiera tzw. normy terminologiczne. W sumie z bezpieczeństwem techniki wiąże się co najmniej kilkaset terminów używanych w różnych dziedzinach wiedzy i występujących w aktach prawnych i normach technicznych. Dość często zdarza się, że definicje tych samych terminów znacznie różnią się między sobą. Z wymienionych powodów poniżej podano przyjęte przez autora definicje (określenia) najważniejszych terminów związanych bezpośrednio z kształtowaniem bezpieczeństwa SMTP za pomocą nadmiarów wskaźników bezpieczeństwa. Ryzyko prawdopodobieństwo wystąpienia niepożądanego zdarzenia w czasie eksploatacji określonego systemu antropotechnicznego. W przypadku SMTP jest to prawdopodobieństwo utraty życia lub zdrowia ludzi nie tylko w czasie ich transportowania, ale też obsługiwania SMTP (napraw, remontów, diagnozowania itd.) lub zerwania liny nośnej, poślizgu liny względem koła pędnego, przejazdu krańcowego poziomu technologicznego przez naczynie wyciągowe i innych wyróżnionych uszkodzeń typu katastroficznego itd.

3 PROBLEMY EKSPLOATACJI 105 Ocena ryzyka proces wyznaczania wartości liczbowej ryzyka i decydowania, czy jest lub nie jest możliwe do zaakceptowania. Akceptowalny poziom ryzyka wartość liczbowa ryzyka, którą są w stanie zaakceptować ludzie (ze względów społecznych, etycznych, ekonomicznych, technologicznych itp.) stykający się z określonym zagrożeniem w środowisku pracy i poza nim. Dopuszczalny poziom ryzyka nieprzekraczalna wartość liczbowa ryzyka, podana w określonych przepisach bezpieczeństwa (aktach prawnych) lub normach zharmonizowanych z tymi przepisami. Bezpieczeństwo systemu antropotechnicznego przy przyjęciu założenia, że nie istnieją sytuacje oraz jakiekolwiek działania człowieka pozbawione zagrożeń, bezpieczeństwo systemu antropotechnicznego jest utożsamiane z warunkami i postępowaniem, dla których ryzyko utraty życia lub zdrowia, zniszczenia środowiska lub/i obiektu technicznego nie przekroczy dopuszczalnego poziomu. Wymagania bezpieczeństwa wymagania określone w regulacjach prawnych (przepisach bezpieczeństwa) i normach technicznych zharmonizowanych z tymi przepisami, których przestrzeganie jest usankcjonowane przymusem państwowym. Wymagany poziom bezpieczeństwa wartości liczbowe określonych wskaźników bezpieczeństwa podane w regulacjach prawnych (przepisach bezpieczeństwa) lub/i normach technicznych zharmonizowanych z tymi przepisami. Nadmiar ilość (liczba) czegoś przekraczająca wymagania; nadwyżka. Nadmiar wskaźników bezpieczeństwa różnica pomiędzy pozostającą do dyspozycji wartością wskaźnika opisującego właściwości systemu a zapewniającą określony w przepisach bezpieczeństwa (aktach prawnych) wymagany poziom bezpieczeństwa lub nieprzekroczenia dopuszczalnej wartości ryzyka. Kształtowanie bezpieczeństwa działanie mające na celu osiąganie wymaganego lub wyższego poziomu bezpieczeństwa Uproszczony model SMTP Na rys. 1 przedstawiono uproszczony model systemu maszynowego transportu pionowego kopalni podziemnej uwzględniający wyróżnione zbiory cech tego systemu [5]. Do zbiorów tych zalicza się: zbiór zasobów, które uwidoczniono jako sygnały wchodzące, tj. ludzie, środki techniczne, energia, środki finansowe, informacje i inne elementy: X zn = {x z1, x z2,..., x zn } (1)

4 106 PROBLEMY EKSPLOATACJI Rys. 1. Uproszczony model systemu maszynowego transportu pionowego (SMTP) X zn zbiór zasobów, X kn zbiór zadań wydobywczych, X pn zbiór oddziaływań czynników zewnętrznych, X bn zbiór nadmiarów bezpieczeństwa, Y en zbiór efektów wydobywczych, Y bn zbiór efektów w postaci osiągnięcia określonego poziomu bezpieczeństwa 1 podsystem nr 1 realizujący dopływ urobku do podszybia, Z 1 zbiornik wyrównawczy na podszybiu, 2 podsystem nr 2 (elementy podszybia), 3 podsystem nr 3 (urządzenie wyciągowe wraz z wieżą, maszyną wyciągową oraz ruchomymi i nieruchomymi elementami szybu), 4 podsystem nr 4 (elementy nadszybia), 5 podsystem nr 5 realizujący odbiór urobku przez zakład przeróbki mechanicznej

5 PROBLEMY EKSPLOATACJI 107 zbiór zadań transportowych, w tym wydobywczych lub/i określonych liczbą transportowanych ludzi, rodzajem i ilością transportowanych maszyn materiałów itd.: X kn = {x k1, x k2,..., x kn } (2) zbiór oddziaływań czynników zewnętrznych, w tym zagrożeń naturalnych uwidocznionych jako np. warunki geologiczno-górnicze, rodzaj kopaliny, głębokość kopalni, rodzaj szybu (wdechowy, wydechowy) itd.: X pn = {x p1, x p2,..., x pn } (3) zbiór nadmiarów bezpieczeństwa, które zostały zastosowane na etapie projektowania, budowy i eksploatacji SMTP: X bn = {x b1, x b2,..., x bn } (4) zbiór efektów transportowych SMTP uwidocznione jako sygnały wyjściowe: Y en = {y e1, y e2,..., y en } (5) zbiór efektów w postaci osiągnięcia określonego poziomu bezpieczeństwa SMTP mierzonego za pomocą ilościowych wskaźników bezpieczeństwa: Y bn = {y b1, y b2,..., y bn } (6) 2. Kształtowanie bezpieczeństwa za pomocą nadmiarów wskaźników bezpieczeństwa 2.1. Wyróżnione nadmiary wskaźników bezpieczeństwa Bezpieczeństwo dowolnego systemu antropotechnicznego, w tym również SMTP, można kształtować na etapie projektowania, budowy i eksploatacji przez stosowanie tzw. nadmiarów wskaźników bezpieczeństwa [2, 4, 5]. Biorąc pod uwagę ogólny stan wiedzy oraz swoje wieloletnie doświadczenia, autor wyróżnił 12 rodzajów nadmiarów wskaźników bezpieczeństwa: nadmiar wytrzymałościowy, strukturalny, funkcjonalny, parametryczny, czasowy, informacyjny, diagnostyczny, środków bezpieczeństwa, kompetencji człowieka, poznawczy, eksploatacyjny i systemowy [4] Sposób prezentacji opracowanej metodyki kształtowania bezpieczeństwa Wymienione nadmiary zostały zamieszczone w tabeli 1. W kolumnie nr 1 podano nazwę nadmiaru i określono jego istotę, w kolumnie nr 2 starano się graficznie zobrazować określony nadmiar, w kolumnie nr 3 podano krótki opis i wpływ nadmiaru na bezpieczeństwo systemu. W kolumnie nr 4 podano przykłady dla systemów maszynowych transportu pionowego (SMTP).

6 108 PROBLEMY EKSPLOATACJI

7 PROBLEMY EKSPLOATACJI 109

13 PROBLEMY EKSPLOATACJI 115 Wnioski Osiągnięcie wymaganego poziomu bezpieczeństwa systemu maszynowego transportu pionowego SMTP jest możliwe za pomocą różnych nadmiarów wskaźników bezpieczeństwa. Z tego też powodu do poprawy bezpieczeństwa SMTP nie należy dążyć, korzystając (jednocześnie i bezkrytycznie) ze wszystkich znanych metod i środków technicznych. Takie postępowanie może doprowadzić do wzrostu kosztów budowy lub modernizacji oraz eksploatacji SMTP. O wyborze nadmiarów powinien decydować rachunek ekonomiczny. Na bezpieczeństwo pracy w szybach górniczych mają istotny wpływ ludzie, czyli: wiedza, doświadczenie, zdyscyplinowanie, przygotowanie do zawodu, poczucie odpowiedzialności i rzetelności osób dozoru oraz bezpośrednich wykonawców robót górniczych. Wiele zależy również od ogólnego poziomu ich wykształcenia, stosunku do prawa w ogólności, a do przepisów bezpieczeństwa szczególnie. Z tych powodów w Polsce bardzo istotny wpływ na bezpieczeństwo SMTP ma sprawne i skuteczne działanie państwowego nadzoru bezpieczeństwa, w tym Wyższego Urzędu Górniczego i Urzędu Górniczego do Badań Kontrolnych Urządzeń Energomechanicznych oraz właściwy dobór kadr, stałe dokształcanie osób dozoru itp. Bibliografia 1. Hansel J.: Problemy niezawodności górniczych systemów maszynowych, Zeszyty Naukowe AGH, Zeszyt 464, Kraków Jaźwiński J., Ważyńska-Fiok K.: Bezpieczeństwo systemów, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa Wcisło A.: Budowa krajowego systemu bezpieczeństwa wybranych obiektów technicznych i podstawy zarządzania tym systemem, Zeszyty Naukowo-Techniczne Katedry Transportu Linowego AGH, Zeszyt 18, Kraków Hansel J.: Kształtowanie bezpieczeństwa kopalń za pomocą nadmiarów bezpieczeństwa, Wyd. PAN IGSMiE, Sympozja i Konferencje nr 48, Kraków Hansel J. (red. nauk.): Metodyki kształtowania bezpieczeństwa transportu pionowego w polskich zakładach górniczych. Zeszyty Naukowo-Techniczne Katedry Transportu Linowego AGH, Zeszyt 40, Kraków Hansel J.: Metodyka poprawy niezawodności i bezpieczeństwa systemów maszynowych transportu pionowego. Materiały Szkoły Niezawodności, PAN, Szczyrk, styczeń 2007.

14 116 PROBLEMY EKSPLOATACJI Hansel J., Chrószcz B.: Analiza metod oceny bezpieczeństwa w górnictwie polskim. Wyd. Naukowe ITeE, Problemy Eksploatacji nr 4/2009, Radom Recenzent: Marek JASZCZUK Safety control of mine machine systems of vertical transport Key words Underground mining, safety. Summary On the basis of current knowledge and the author s own research in the field of safety of systems comprising people, structures, and the environment, 12 types of safety margins are given (structural, functional, parametric, timerelated, informational, diagnostic, cognitive, qualitative, systematic margins and those involving resistance features, safety measures and human reliability). These can be used to evaluate the safety levels in any structures, including the safety of mine hoist installations (SMTP).