Full Text

Введение Доля угля в мировой энергетике очень велика (рис. 1) [1], что обусловлено увеличивающимися потребностями в электроэнергии, прежде всего в Китае, который является крупнейшим импортером угля. Потребление угля в мире в 2015 г. составило 7,7 млрд т (63,9 % к уровню 2000 г.), однако по сравнению с 2014 г. снизилось на 2,7 %. Азия является основным регионом мира по потреблению угля - 69 %, страны бывшего СССР на четвертом месте - 4,9 % от общемирового потребления [2]. Уголь остается самым экономичным топливом в ряде стран. Например, по официальным данным Института энергетической экономики Японии, уголь в 2006 г. был самым эффективным видом топлива для производства электроэнергии. В среднем стоимость угля составила 1,15 иены на 1000 ккал по сравнению с 3,29 иены при использовании сжиженного природного газа и 4,49 иены при сжигании мазута [3]. Следует отметить, что Китай является лидером по объемам угледобычи в мире (рис. 2) [4]. Рис. 1. Динамика мирового потребления энергоресурсов, млн т нефтяного эквивалента, с 1991 по 2016 г. Рис. 2. Объемы добычи угля в мире, млн т/г Несмотря на бурное развитие альтернативной энергетики, ее доля в общем энергобалансе остается незначительной, основную же долю электроэнергии человечество получает от использования традиционных источников энергии: нефти, газа, угля [1]. Уголь добывают в разных регионах мира. Исключение - бедные углем страны Латинской Америки, доля которых в мировой добыче угля крайне мала. Самые крупные по добыче угольные бассейны мира - Аппалачский (США), Рурский (ФРГ), Верхне-Силезский (Польша), Донецкий (Украина), Кузнецкий и Печорский (Россия), Карагандинский (Казахстан), Фушунский (Китай) [4]. Статистические данные о травматизме в угольной отрасли Добыча угля в нашей стране и во всем мире сопровождается значительным травматизмом. На рис. 3 представлена динамика уровня смертельного травматизма при добыче угля в России, Китае, США и на Украине [5]. Рис. 3. Динамика уровня смертельного травматизма при добыче угля в США (1), России (2), Китае (3) и на Украине (4) Рассматривая вопросы стратегического планирования на угольных предприятиях Российской Федерации, следует отметить, что в последнее время ряд ведущих организаций реализует корпоративные программы, близкие по идее к программам «нулевого травматизма». Например, ОАО «Объединенная угольная компания “Южкузбассуголь”, входящая в компанию «Евраз», ставит перед собой цель «ноль смертельных несчастных случаев и случаев тяжелого травматизма». В компании наблюдалось поквартальное снижение травматизма [6]. Для снижения количества несчастных случаев в Евросоюзе с начала XXI века активно реализуются программы «нулевого травматизма». Результаты успешного внедрения корпоративных программ «нулевого травматизма» на предприятиях Евросоюза изложены в [7-13]. О трудностях быстрого и успешного внедрения программ в организациях угольной промышленности косвенно могут свидетельствовать данные статистической службы Европейского союза (Eurоstat) о несчастных случаях в организациях, осуществляющих добычу каменного и бурого угля (табл. 1) [6]. Таблица 1 Динамика количества несчастных случаев и смертельных несчастных случаев в организациях, добывающих каменный и бурый уголь, в странах Евросоюза Страна Год 2009 2010 2011 2012 2013 несчастный случай смертельный несчастный случай несчастный случай смертельный несчастный случай несчастный случай смертельный несчастный случай несчастный случай смертельный несчастный случай несчастный случай смертельный несчастный случай Испания 2624 2 256 1 1798 6 1690 1 1372 6 Германия 558 0 520 0 430 1 272 2 297 1 Словакия 7 0 0 0 1 0 0 0 203 1 Великобритания 290 3 224 1 282 6 271 0 157 0 Румыния 281 4 241 1 182 7 159 3 111 0 Словения 117 0 115 0 78 0 110 0 89 0 Венгрия 2 0 3 0 2 0 1 0 84 0 Болгария 61 3 62 1 68 1 59 1 63 7 Италия 42 0 45 0 25 0 39 0 34 0 Финляндия 0 0 0 0 18 0 0 0 32 0 Норвегия 128 0 28 0 140 0 100 0 24 2 Чехия 543 1 449 2 516 7 17 5 0 0 Польша 2266 36 2201 15 1930 18 1766 16 1571 8 Высокий уровень травматизма стимулирует исследователей к разработке новых технических средств и организационных мероприятий, направленных на повышение безопасности в процессе угледобычи. Одним из самых перспективных технических мероприятий является закрытие проблемных шахт. Следует отметить, что правительство Великобритании отказалось от подземного способа добычи угля в 2015 г., Германия также планирует отказаться от подземной добычи угля уже в первой половине XXI в., правительство Китая экономически стимулирует закрытие проблемных шахт, в нашей стране за последние 25 лет было закрыто несколько десятков шахт. Таким образом, можно заключить, что общемировая тенденция состоит в постепенном отказе от добычи угля в шахтах и увеличении доли угля, добываемого открытым способом. В 2016 г. добыча угля в России осуществлялась в 58 угольных шахтах и 258 разрезах, при этом 20 наиболее производительных угольных шахт давали 60 % угля, добываемого подземным способом, а 20 разрезов - до 55 % угля, добываемого открытым способом [14]. Как видно из рис. 4, доля угля, добываемого открытым способом, имеет тенденцию к росту [15-23]. В 2015 г. основные виды происшествий при угледобыче, как и в прежние годы, таковы: воздействие машин и механизмов (21,7 % от общего числа полученных травм, 28,1 % всех смертельных случаев); падение предметов, техники (11,5 % общего травматизма, 3,1 % смертельного); падение пострадавшего с высоты (11,0 % общего травматизма, 6,3 % смертельного); обвалы и обрушения горных пород (11,0 % общего травматизма, 21,9 % смертельного); происшествия на наземном транспорте (10,7 % общего травматизма, 21,9 % смертельного) [14]. Рис. 4. Объемы добычи угля в РФ в 2007-2016 гг. Наиболее частыми организационными причинами травм в 2015 г., как и в предыдущие годы, остаются: неудовлетворительная организация труда, в результате которой пострадало 138 человек, 12 из них погибли; нарушение трудовой и производственной дисциплины (75 несчастных случаев, из них 3 смертельных); неудовлетворительное содержание рабочих мест (51 случай, 1 смертельный); нарушение требований безопасности при эксплуатации транспортных средств (49 случаев, 5 смертельных); нарушение технологического процесса (35 случаев, 2 смертельных) [14]. Число травмированных по техническим причинам в 2015 г. снизилось по сравнению с 2014 г.: при эксплуатации неисправных машин, механизмов, оборудования - с 14 до 9 человек (в 1,6 раза); из-за несовершенства технологического процесса - с 11 до 5 человек (в 2,2 раза); по причине неудовлетворительного технического состояния зданий, сооружений, территории - с 31 до 14 человек (в 2,2 раза). Увеличилось (с 7 до 11) количество работников, травмированных из-за конструктивных недостатков, несовершенства, недостаточной надежности машин, механизмов, оборудования [14]. В 2015 г. не было травм, вызванных взрывами, вспышками газа и угольной пыли, а также затоплениями и прорывами воды [14]. Статистические данные о динамике поражения электрическим током работников угольной отрасли РФ, собранные нами, представлены в табл. 2. Таблица 2 Динамика электротравматизма в угольной отрасли РФ Отчетный год Всего несчастных случаев В том числе смертельных несчастных случаев Всего несчастных случаев, в том числе по причине неприменения средств коллективной защиты В том числе смертельных несчастных случаев по причине неприменения средств коллективной защиты 2011 11 2 2 1 2012 20 6 6 2 2013 12 6 5 2 2014 17 6 4 2 2015 9 1 4 1 Как видно из табл. 2, количество электропоражений в угольной отрасли относительно невелико, однако до половины их заканчивается гибелью пострадавшего. Относительно велика доля смертельных несчастных случаев, причиной которых послужило неприменение средств коллективной защиты. Рассмотрим некоторые случаи электропоражения более подробно. Электромонтер проверял напряжение панели переменного тока двигателей обдува главных приводов на экскаваторе ЭШ-10/70 с помощью клещей электроизмерительных APPA-A3D. При этом произошло короткое двухфазное замыкание между токоведущими контактами клеммной колодки через щупы и нарушенную изоляционную поверхность клеммной колодки. Возникла электрическая дуга. От воздействия электрической дуги работник получил термический ожог кожного покрова кистей рук. При демонтаже силового кабеля СБГ-6-3*70 в РП 6кВ № 126, не проверив наличие напряжения с помощью индикатора, пострадавший коснулся рукой провода линии электропередач 6 кВ, в результате чего получил электротравму, не совместимую с жизнью. При подготовке рабочего места для устранения повреждения кабеля в ЗРУ-6кв п/ст 14 35/6 кВ электромонтер попал под напряжение. Несчастный случай был классифицирован как тяжелый. Во время поиска неисправности на панели переменного тока экскаватора ЭКГ-4У № 2 горного участка СП «Разрез “Ерковецкий”» произошло короткое замыкание между отходящими вводными гибкими соединениями фидерного автоматического выключателя и автоматического выключателя системы смазки редукторов привода поворота. В результате короткого замыкания электромеханик получил термический ожог лица, глаз, шеи, грудной клетки, предплечий, кистей рук. Снижение показателей травматизма сопровождается продолжающимся сокращением численности занятых в отрасли. Наиболее травмоопасным продолжает оставаться подземный способ добычи. Здесь в рассматриваемый период произошло от 51,6 (2015 г.) до 62,7 % (2010 г.) случаев общего травматизма. При этом не менее 40 % случаев общего и 36 % смертельного травматизма происходят при ведении очистных и подготовительных работ [14]. В табл. 3 представлены статистические данные о динамике травматизма в РФ по основным категориям работников [14]. Из табл. 3 видно, что общее количество несчастных случаев при ведении подземных работ в несколько раз больше, чем на разрезах, меньше всего травм происходит на обогатительных фабриках. Статистические данные позволяют подтвердить выдвинутый выше тезис о большей опасности работы в шахте, чем в разрезе. Данные рис. 4 и табл. 2 Таблица 3 Динамика травматизма по основным категориям работников Год, травматизм Всего Служащие Инженерно-технические работники Рабочие всего подземные всего подземные на разрезах на обогати-тельных фабриках 2010* Всего, в том числе 1308 5 107 86 1176 868 135 62 травмировано смертельно 144 0 13 9 111 91 13 4 переведено на инвалидность 101 0 11 9 90 70 12 1 2011** Всего, в том числе 948 7 77 52 864 576 125 47 травмировано смертельно 58 0 5 3 53 33 17 1 переведено на инвалидность 83 0 13 10 70 54 10 0 2012 Всего, в том числе 977 6 101 78 870 609 111 52 травмировано смертельно 54 0 5 5 49 26 15 3 переведено на инвалидность 85 1 15 9 69 53 8 3 2013 Всего, в том числе 808 4 82 62 722 488 98 44 травмировано смертельно 74 1 8 6 65 51 9 3 переведено на инвалидность 74 1 14 10 59 49 6 0 2014 Всего, в том числе 565 2 63 40 500 331 91 32 травмировано смертельно 35 0 6 3 29 15 8 3 переведено на инвалидность 68 0 12 9 56 41 7 3 2015 Всего, в том числе 637 5 61 42 571 345 125 43 травмировано смертельно 32 1 4 1 27 9 15 3 переведено на инвалидность 60 1 7 5 52 44 4 2 Примечание: * В 2010 г. при ликвидации аварии на шахте «Распадская» погибло 20 сотрудников военизированной горноспасательной части. ** В 2011 г. при добыче угля погибло 9 работников подрядных организаций. свидетельствуют о том, что увеличение добычи угля открытым способом в 2015 г. на 10 % привело к увеличению количества несчастных случаев более чем на 30 %, а количество смертельных несчастных случаев увеличилось почти вдвое. При этом общее количество смертельно травмированных при добыче угля сократилось. Можно предположить, что дальнейшее закрытие угольных шахт в РФ и переход к добыче угля в разрезах, несомненно, приведут к снижению уровня смертельного травматизма в угольной отрасли, однако количество травм, в том числе и смертельных, в угольных разрезах нашей страны может возрасти в несколько раз. Анализ возможных путей повышения электробезопасности работников угольной отрасли Изложенное выше позволяет выдвинуть гипотезу о необходимости уже сегодня совершенствовать организационные мероприятия и технические средства, обеспечивающие защиту человека при работе в угольных разрезах. Работа в угольных разрезах осуществляется посредством машин и установок, использующих мощные электродвигатели. Для бесперебойного обеспечения электроэнергией этих устройств используются сложные схемы электроснабжения. К специфическим особенностям работы электроустановок в угольных разрезах можно отнести: протяженность и разветвленность электрической сети (глубина разреза «Красногорский», например, достигает 200 м) [14], высокую вероятность механического воздействия на изоляцию кабелей при перемещении машин и механизмов и проведении взрывных работ. Увеличение глубины карьеров отрицательно сказывается на санитарно-гигиенических условиях труда и технико-экономических показателях предприятий. Интенсификация горных работ, увеличение глубины карьеров и ослабление вследствие этого эффективности естественного проветривания приводят к загрязнению атмосферы пылью и ядовитыми газами. Одновременно с этим при высокой запыленности воздуха на поверхности изоляторов образуется устойчивый слой пыли. Во время дождя или снега слой пыли увлажняется, сопротивление изоляции резко падает. Снижение сопротивления изоляции может привести как к отказам оборудования, так и к электротравмам персонала. Для защиты человека от электрического тока при добыче угля открытым способом используются контроль состояния изоляции электроустановок, защитное «отключение» и защитное заземление. С целью предотвращения опасности поражения током, обусловленной переходом напряжения на конструктивные части электрооборудования и установок, выполняют защитное заземление. Человек, находясь вблизи заземленного оборудования, имеющего замыкание на корпус, и касаясь корпуса, окажется под воздействием только части полного напряжения, под которым находится поврежденное оборудование относительно земли. Заземляющее устройство включает в себя заземлитель и присоединенные к нему не менее чем в двух местах заземляющие проводники. Заземлитель обеспечивает требуемое сопротивление растеканию тока, а заземляющие проводники - возможность подключения оборудования, подлежащего заземлению. Общее заземляющее устройство карьера состоит из центрального и местных заземляющих устройств. Центральные заземляющие устройства располагаются на главной понизительной подстанции карьера или отдельно на его борту. Местные заземляющие устройства выполняют в виде заземлителей, сооружаемых у передвижных приключательных пунктов, передвижных комплектных трансформаторных подстанций напряжением 6-10/0,4 кВ и у других установок [24]. Различают контурные и выносные заземляющие устройства. На открытых горных разработках контурные заземляющие устройства применяют на понизительных подстанциях, расположенных на поверхности. Принцип действия подобных устройств заключается в уменьшении напряжений прикосновения и шага за счет выравнивания потенциалов. Непосредственно в карьерах применяют выносные заземляющие устройства [24]. Они характеризуются значительным удалением от электрооборудования, вследствие чего достигается падение напряжения прикосновения на сопротивлении растеканию тока на заземляющем устройстве. Эта особенность ограничивает область применения выносного заземляющего устройства сетями с токами однофазного замыкания на землю не более 500 А. Безопасность в данном случае обеспечивается малым сопротивлением растеканию тока заземляющего устройства. Сопротивление общего заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом [25]. Сюда включается сопротивление центрального заземлителя и сопротивление заземляющих проводников. В качестве магистральных заземляющих проводов, прокладываемых на опорах воздушных линий электропередачи в карьере, рекомендуется применять для стационарных установок стальные однопроволочные и сталеалюминиевые провода, для передвижных установок - алюминиевые и сталеалюминиевые провода. Магистральные заземляющие провода должны иметь: стальные однопроволочные - диаметр не менее 6 мм, стальные многопроволочные, сталеалюминиевые и алюминиевые провода - сечение не менее 35 мм2 [24]. Практика эксплуатации защитного заземления в условиях карьеров показала, что недостаток центрального заземления - возможность обрыва сети заземления, особенно заземляющей жилы гибкого кабеля. Обрыв магистрального проводника может оказаться опасным, так как может нарушить заземление группы карьерных передвижных электроустановок, если последние имеют плохое самозаземление (при низкой проводимости грунтов). Для повышения электробезопасности необходим непрерывный автоматический контроль целостности заземляющей сети, в особенности на карьерах с малым числом экскаваторов и при низкой проводимости грунтов. В 10 разделе [25] указано, что для проверки непрерывности цепи заземления в сетях угольных разрезов рекомендуется использовать приборы автоматического контроля. Известные устройства контроля непрерывности заземляющей сети характеризуются несколькими признаками. Первые из них - вид применяемого источника оперативного напряжения и род тока. В соответствии с этим используют: внешние источники постоянного, выпрямленного (пульсирующего) и переменного тока (пониженной или повышенной частоты), а также источники импульсного оперативного тока; питающую сеть в качестве источника оперативного тока или составляющую нулевой последовательности напряжения сети [24]. Следующий классификационный показатель касается способа исполнения обратного канала схемы контроля (обратного провода). Роль второго провода выполняют: дополнительно проложенная контрольная жила или в частном случае экранирующие оплетки гибкого кабеля; земля - при достаточно высокой проводимости грунта; совокупность проводов сети, питающей передвижную электроустановку [24]. В зависимости от масштаба контроля известные устройства могут быть подразделены на устройства контроля целостности заземляющей жилы или гибкого кабеля, устройства контроля непрерывности заземляющей цепи и системы, контролирующие параметры заземляющих устройств на карьере. Устройства контроля целостности заземляющей жилы или гибкого кабеля охватывают контролем лишь часть заземляющей цепи на участке от передвижного приключательного пункта (ПП) до экскаватора, т.е. заземляющую жилу гибкого питающего кабеля. Это связано с тем, что кабели имеют довольно высокую повреждаемость. При этом принимается, что сопротивление заземления для ПП не превышает 4 Ом [24]. Устройства, контролирующие непрерывность заземляющей цепи, следят за исправностью заземления на всем протяжении от центрального заземлителя до передвижной электроустановки, а также и за целостностью заземляющей жилы кабеля. При этом в зону действия устройств контроля непрерывности заземляющей цепи попадают заземляющие магистрали (тросы) карьера и ответвления от магистралей к ПП, а в некоторых случаях переходные сопротивления местных заземлителей и контактов между грунтом и опорной поверхностью оборудования. Необходимость контроля целостности магистрального заземляющего троса диктуется тяжелыми условиями его эксплуатации, связанными с частым перемонтажом сетей и производством взрывных работ в карьерах [24]. Рассмотрим, какие на сегодняшний день существуют устройства контроля целостности заземляющей сети. «Кемеровский экспериментальный завод средств безопасности» является основным производителем продукции, обеспечивающей безопасность на угольных предприятиях и предприятиях других отраслей добывающей промышленности. Для обеспечения защиты работников при работе в разрезах от электрического тока на экспериментальном заводе изготавливается устройство контроля заземления карьерных электроустановок (УКЗ) [26]. Устройство предназначено для контроля исправности цепи заземления карьерных электроустановок и повышения безопасности на открытых горных работах. Применяется при питании передвижных горных машин гибким кабелем со вспомогательными жилами управления. УКЗ устанавливается с внутренней стороны приключательного пункта и служит для контроля исправности заземляющей жилы гибкого кабеля, питающего передвижные горные машины и электроустановки на открытых горных выработках. Устройство контролирует участок цепи от приключательного пункта до электроустановок (горных машин). В случае обрыва или увеличения электрического сопротивления цепи заземления, а также при несанкционированном открытии защитных оболочек электрооборудования происходит отключение высоковольтного выключателя приключательного пункта. При этом загорается сигнальная лампа. Устройство обладает самоконтролем исправности при замыкании вспомогательной жилы на землю, обрыве цепи реле и обмоток трансформатора, пробое диода. Продукция производится в соответствии с требованиями [27]. Имеется разрешение Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. На экспериментальном заводе изготавливается также автоматическое устройство контроля целостности цепи заземления [28]. Оно предназначено для автоматизированного контроля исправности цепи заземления передвижных горных машин на угольных и других разрезах и карьерах. Устройство сохраняет свои технические характеристики при температуре окружающего воздуха от -40 до +45 ºС, относительной влажности воздуха до 80 % при температуре 25 ºС и запыленности воздуха до 250 мг/м³. Устройство устанавливается на наружной боковой панели отсека управления приключательного пункта на открытых горных выработках и служит для контроля исправности заземляющего провода высоковольтной линии. Оно контролирует участок цепи линии электропередач до приключательного пункта. Продукция производится в соответствии с требованиями [27]. Имеется разрешение Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. Патентный поиск устройств контроля целостности заземляющей сети для горной отрасли РФ Анализ документов показал, что максимальное число авторских свидетельств и патентов на устройства контроля целостности заземляющей сети передвижных горных машин получено в 80-90 гг. XX в. В настоящее время действующие патенты на устройства контроля целостности заземляющей сети для горной отрасли РФ отсутствуют. В ходе патентного поиска был найден патент на полезную модель «Устройство контроля заземления карьерных электроустановок» [29], так как такое устройство, как было показано выше, сегодня широко используется для защиты от электрического тока работников угольных разрезов. «Полезная модель относится к области электротехники, а именно к системам электроснабжения, и предназначена для периодического контроля сопротивления заземления карьерных электроустановок на открытых горных работах. Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности и обеспечение возможности контроля сопротивления заземления карьерных электроустановок на открытых горных работах в местах с большим удельным сопротивлением пород и наличием электрических потенциалов (помех) на заземлителях». Патент на данную полезную модель перестал действовать еще 2012 г. Проведен анализ патента на полезную модель «Устройство контроля заземления горных машин» [30]. «Полезная модель относится к области электротехники, а именно к системам электроснабжения на открытых горных работах, и может быть использована в системах контроля исправности цепей заземления передвижных горных машин, например, экскаваторов на угольных разрезах и других горно-рудных предприятиях на поверхности. Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности контроля исправности цепи заземления за счет исключения аварийных отключений горных машин во время их работы в случаях возникновения неисправностей цепи заземления». Патент на данную полезную модель перестал действовать 2015 г. Таким образом, можно заключить, что на сегодняшний день отсутствует патентная защита устройств контроля заземления для горной отрасли РФ, которые выпускаются серийно, исследователями не предлагается новых решений, способных обеспечить эффективную защиту при использовании современной электронной микропроцессорной техники, возможности которой существенно превосходят не только возможности электроники 80-90 гг. XX в., но и электроники начала XXI в. Выводы Согласно статистическим данным, объемы угля, добываемого в нашей стране и в мире в целом, с каждым годом растут. Рост добычи угля сопровождается ростом травматизма как в РФ, так и в других странах. Объемы угля, добываемого в шахтах РФ за последние пять лет, практически не меняются, рост обеспечивается увеличением добыче в угольных разрезах. Увеличение добычи угля открытым способом может привести к повышению электротравматизма. Это связано со спецификой работы электрических сетей, обеспечивающих электроэнергией горные машины. Снижение электротравматизма при добыче угля в разрезах возможно при обеспечении высокой надежности работы защитного заземления. Для достижения этой цели широко используются автоматические устройства контроля целостности цепи заземления горных машин на угольных разрезах. Проведенный патентный поиск выявил некоторый застой в разработке и внедрении подобных устройств в РФ на новейшей микропроцессорной базе - действующие патенты на устройства контроля целостности цепи заземления отсутствуют, проанализированные нами устройства были запатентованы более 10 лет назад. Все вышеперечисленное подтверждает необходимость разработки автоматического устройства контроля целостности цепи заземления передвижных горных машин на угольных разрезах РФ с использованием самых современных электронных компонентов, что будет способствовать повышению надежности работы защитного заземления на угольных разрезах.

About the authors

Aleksandr B. Tryapitsyn

Author for correspondence.
Email: tryapitsyn@mail.ru
76 Lenina st., Chelyabinsk, 454080, Russian Federation

PhD in Engineering, Associate Professor at the Department of Life Safety

Ilhom T. Abdulloev

Email: bgd-susu@mail.ru
76 Lenina st., Chelyabinsk, 454080, Russian Federation

PhD student at the Department of Life Safety

Aleksandr I. Sidorov

Email: bgd-susu@mail.ru
76 Lenina st., Chelyabinsk, 454080, Russian Federation

Doctor of Engineering, Professor, Head of the Department of Life Safety

References

Statistics

Views

Abstract - 299

PDF (Russian) - 92

PDF (English) - 55

Refbacks

• There are currently no refbacks.