Download pdf - KSZTAŁTOWANIE BEZPIECZEŃSTWA SYSTEMÓW …yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech-article-BAR... · 1.2. Uproszczony model SMTP Na rys. 1 przedstawiono uproszczony

1-2011 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 auto-ra z zakresu bezpieczeństwa systemów: ludzie – obiekty techniczne – środowi-sko, wyróżniono i opisano 12 rodzajów nadmiarów wskaźników bezpieczeństwa (wytrzymałościowy, strukturalny, funkcjonalny, parametryczny, czasowy, in-formacyjny, diagnostyczny, środków bezpieczeństwa, kompetencji człowieka, poznawczy, jakościowy i systemowy), za pomocą których można osiągać wy-magany poziom bezpieczeństwa dowolnego obiektu technicznego, w tym rów-nież 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 kopa-liny), materiałów, maszyn i urządzeń górniczych itd. tworzą z urządzeniami załadowczymi i wyładowczymi naczyń wyciągowych systemy maszynowe transportu pionowego (SMTP).

PROBLEMY EKSPLOATACJI 1-2011

104

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 bez-pieczeństwa, 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 popra-wy 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 syste-mów 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 społecz-nymi, ekonomicznymi i prawnymi (etyką, psychologią, socjologią, statystyką, ekonometrią, zarządzaniem) oraz medycyną pracy, bezpieczeństwem i higieną pracy, ergonomią, zarządzaniem jakością, zarządzaniem środowiskowym, za-rządzaniem 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 dzie-dzin 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 naj-mniej kilkaset terminów używanych w różnych dziedzinach wiedzy i występują-cych w aktach prawnych i normach technicznych. Dość często zdarza się, że defi-nicje tych samych terminów znacznie różnią się między sobą. Z wymienionych powodów poniżej podano przyjęte przez autora definicje (określenia) najważniej-szych 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 pęd-nego, przejazdu krańcowego poziomu technologicznego przez naczynie wycią-gowe i innych wyróżnionych uszkodzeń typu katastroficznego itd.


105

Ocena ryzyka – proces wyznaczania wartości liczbowej ryzyka i decydo-wania, 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 nor-mach zharmonizowanych z tymi przepisami.

Bezpieczeństwo systemu antropotechnicznego – przy przyjęciu założenia, że nie istnieją sytuacje oraz jakiekolwiek działania człowieka pozbawione za-grożeń, bezpieczeństwo systemu antropotechnicznego jest utożsamiane z warunkami i postępowaniem, dla których ryzyko utraty życia lub zdrowia, zniszczenia środowiska lub/i obiektu technicznego nie przekroczy dopuszczal-nego poziomu.

Wymagania bezpieczeństwa – wymagania określone w regulacjach praw-nych (przepisach bezpieczeństwa) i normach technicznych zharmonizowanych z tymi przepisami, których przestrzeganie jest usankcjonowane przymusem pań-stwowym.

Wymagany poziom bezpieczeństwa – wartości liczbowe określonych wskaźników bezpieczeństwa podane w regulacjach prawnych (przepisach bez-pieczeństwa) 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 zapewnia-jącą określony w przepisach bezpieczeństwa (aktach prawnych) wymagany po-ziom bezpieczeństwa lub nieprzekroczenia dopuszczalnej wartości ryzyka.

Kształtowanie bezpieczeństwa – działanie mające na celu osiąganie wyma-ganego lub wyższego poziomu bezpieczeństwa.

1.2. Uproszczony model SMTP

Na rys. 1 przedstawiono uproszczony model systemu maszynowego trans-portu 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:

Xzn = {xz1, xz2, ..., xzn} (1)


106

Rys. 1. Uproszczony model systemu maszynowego transportu pionowego (SMTP)

Xzn – zbiór zasobów, Xkn – zbiór zadań wydobywczych, Xpn – zbiór oddziaływań czynni-ków zewnętrznych, Xbn – zbiór nadmiarów bezpieczeństwa, Yen – zbiór efektów wydo-bywczych, Ybn – zbiór efektów w postaci osiągnięcia określonego poziomu bezpieczeń-stwa 1 – podsystem nr 1 realizujący dopływ urobku do podszybia, Z1 – zbiornik wyrów-nawczy na podszybiu, 2 – podsystem nr 2 (elementy podszybia), 3 – podsystem nr 3 (urządzenie wyciągowe wraz z wieżą, maszyną wyciągową oraz ruchomymi i nierucho-mymi elementami szybu), 4 – podsystem nr 4 (elementy nadszybia), 5 – podsystem nr 5 realizujący odbiór urobku przez zakład przeróbki mechanicznej


107

− zbiór zadań transportowych, w tym wydobywczych lub/i określonych liczbą transportowanych ludzi, rodzajem i ilością transportowanych maszyn mate-riałów itd.:

Xkn = {xk1, xk2, ..., xkn} (2)

− zbiór oddziaływań czynników zewnętrznych, w tym zagrożeń naturalnych uwidocznionych jako np. warunki geologiczno-górnicze, rodzaj kopaliny, głębokość kopalni, rodzaj szybu (wdechowy, wydechowy) itd.:

Xpn = {xp1, xp2, ..., xpn} (3)

− zbiór nadmiarów bezpieczeństwa, które zostały zastosowane na etapie pro-jektowania, budowy i eksploatacji SMTP:

Xbn = {xb1, xb2, ..., xbn} (4)

− zbiór efektów transportowych SMTP uwidocznione jako sygnały wyjściowe:

Yen = {ye1, ye2, ..., yen} (5)

− zbiór efektów w postaci osiągnięcia określonego poziomu bezpieczeństwa SMTP mierzonego za pomocą ilościowych wskaźników bezpieczeństwa:

Ybn = {yb1, yb2, ..., ybn} (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 wyróż-nił 12 rodzajów nadmiarów wskaźników bezpieczeństwa: nadmiar wytrzymało-ściowy, strukturalny, funkcjonalny, parametryczny, czasowy, informacyj-ny, diagnostyczny, środków bezpieczeństwa, kompetencji człowieka, po-znawczy, eksploatacyjny i systemowy [4].

2.2. 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 przy-kłady dla systemów maszynowych transportu pionowego (SMTP).


108


109


110


111


112


113


114


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 środ-ków technicznych. Takie postępowanie może doprowadzić do wzrostu kosztów budowy lub modernizacji oraz eksploatacji SMTP. O wyborze nadmiarów po-winien 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 wy-konawców 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 1974.

2. Jaźwiński J., Ważyńska-Fiok K.: Bezpieczeństwo systemów, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1993.

3. Wcisło A.: Budowa krajowego systemu bezpieczeństwa wybranych obiek-tów technicznych i podstawy zarządzania tym systemem, Zeszyty Nauko-wo-Techniczne Katedry Transportu Linowego AGH, Zeszyt 18, Kraków 2000.

4. Hansel J.: Kształtowanie bezpieczeństwa kopalń za pomocą nadmiarów bezpieczeństwa, Wyd. PAN IGSMiE, Sympozja i Konferencje nr 48, Kra-ków 2001.

5. Hansel J. (red. nauk.): Metodyki kształtowania bezpieczeństwa transportu pionowego w polskich zakładach górniczych. Zeszyty Naukowo-Techniczne Katedry Transportu Linowego AGH, Zeszyt 40, Kraków 2007.

6. Hansel J.: Metodyka poprawy niezawodności i bezpieczeństwa systemów maszynowych transportu pionowego. Materiały Szkoły Niezawodności, PAN, Szczyrk, styczeń 2007.


116

7. Hansel J., Chrószcz B.: Analiza metod oceny bezpieczeństwa w górnictwie polskim. Wyd. Naukowe ITeE, Problemy Eksploatacji nr 4/2009, Radom 2009.

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, time-related, 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).