Гигантские вентиляторные установки, выполняющие роль «легких» подземных шахт, оказались уязвимы из-за непредсказуемой цепи взаимосвязанных поломок. Новое исследование, проведенное специалистами Уральского государственного горного университета и АО «АМЗ «Вентпром», показало: традиционные методы оценки надежности шахтных вентиляторов не учитывают критически важных связей между различными типами отказов, что создает серьезные риски для безопасности подземных работ.
Анализируя работу центробежного вентилятора ВШЦ-16 с помощью математической теории марковских процессов, ученые обнаружили, что такие неисправности, как «люфт рабочего колеса» и «износ опорных подшипников», являются не независимыми событиями, а тесно связанными звеньями одной цепи. Статистический анализ с применением критерия χ² подтвердил: эти отказы усиливают друг друга, создавая кумулятивный эффект, который ранее не учитывался при проектировании систем безопасности.
Особую тревогу у исследователей вызывает нестационарный характер нагрузок, которые испытывают вентиляторы в реальных условиях шахты. Внезапные выбросы газа, взрывные работы и постоянные вибрации создают постоянно меняющиеся нагрузки, которые невозможно адекватно описать с помощью традиционных моделей, предполагающих постоянные вероятности отказов. Более того, распределение отказов для шахтного оборудования часто следует не стандартным законам, а более сложным закономерностям, таким как распределение Вейбулла.
В качестве решения ученые предлагают переход к передовым методам численного моделирования, в частности — методу Монте-Карло. Этот подход позволяет учитывать сложные взаимосвязи и изменяющиеся во времени факторы, что открывает возможность создания интеллектуальных систем прогнозирования остаточного ресурса оборудования.
Результаты исследования имеют фундаментальное значение для горной отрасли — они позволяют перейти от практики реагирования на уже произошедшие отказы к проактивному прогнозированию и предотвращению аварийных ситуаций. Внедрение таких подходов может кардинально повысить уровень промышленной безопасности не только в горнодобывающей отрасли, но и на других объектах с критически важным оборудованием.
Исследование опубликовано в журнале «Горные науки и технологии»
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
