Обґрунтування параметрів засобів індивідуального протигазотеплового захисту гірників

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ВУГІЛЬНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ МАКІЇВСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ З БЕЗПЕКИ РОБІТ У ГІРНИЧІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ

УДК [614.895.5:621.5]:622-051

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ОБГРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ЗАСОБІВ ІНДИВІДУАЛЬНОГО ПРОТИГАЗОТЕПЛОВОГО ЗАХИСТУ ГІРНИКІВ

Спеціальність 05.26.01 - «Охорона праці»

Онасенко Олександр Олександрович

Макіївка - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Науково-дослідному інституті гірничорятувальної справи та пожежної безпеки (НДІГС «Респіратор») Міністерства вугільної промисловості України (м. Донецьк).

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Пашковський Петро Семенович, Науково-дослідний інститут гірничорятувальної справи та пожежної безпеки «Респіратор» Міністерства вугільної промисловості України, перший заступник директора з наукової роботи.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Подкопаєв Сергій Вікторович, ДВНЗ «Донецький Національний технічний університет» Міністерства освіти і науки України, декан гірничого факультету;

- кандидат технічних наук, доцент Алексеєнко Сергій Олександрович, Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, доцент кафедри «Аерологія та охорона праці».

Захист відбудеться «17» грудня 2010 р. о 13⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.834.01 при Державному Макіївському науково-дослідному інституті з безпеки робіт у гірничій промисловості за адресою: 86108, м. Макіївка Донецької обл., вул. Лихачова, 60.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного Макіївського науково-дослідного інституту з безпеки робіт у гірничій промисловості за адресою: 86108, м. Макіївка Донецької обл., вул. Лихачова, 60.

Автореферат розісланий «06» листопада 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 12.834.01 д.т.н., с.н.с.Ю.В. Кудінов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На цей час близько 30 % шахт України працюють в умовах нагрівального мікроклімату (температура повітря перевищує 26 ⁰С і досягає 38 ⁰С при вологості близько 100 %), що нерідко призводить до перегрівання організму гірників, втрати їх здоров'я, іноді й до смертельних випадків, великих матеріальних витрат. Під час виникнення пожеж ці умови ще більш ускладнюються, зважаючи на непридатне для дихання середовище та дію теплового випромінювання.

За останні десять років (1999-2008) кількість аварій, ліквідованих членами допоміжних гірничорятувальних команд (ДГК) шахти в умовах нагрівального мікроклімату, склало 3,4 % від загальної їх кількості. Така низька результативність ведення ними аварійно-рятувальних робіт пояснюється, у першу чергу, відсутністю у них засобів протитеплового захисту. Крім того, у виробки деяких шахт Донбасу з підвищеною температурою повітря (до 40 ⁰С) проникали хімічні речовини, що призвело до масових отруєнь гірничорятувальників і гірників, перегрівання їх організму, у тому числі з летальними випадками. Тому розробка і створення індивідуальних засобів протигазотеплового захисту гірників (членів ДГК) є актуальним науково-технічним завданням, вирішення якого дозволить підвищити безпеку та ефективність ведення робіт в умовах нагрівального мікроклімату.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дисертація виконувалася у рамках рішення завдань «Національної програми поліпшення стану безпеки, гігієни праці та виробничого середовища на 1996-2000 роки» і «Програми підвищення безпеки праці на вугледобувних та шахтобудівних підприємствах», які затверджено постановами КМУ від 02.11.1996 р. № 1345 та від 29.03.2006 р. № 374 відповідно.

До дисертаційної роботи увійшли результати досліджень у галузі протигазотеплового захисту гірників (членів ДГК), які виконані у НДІГС «Респіратор» при безпосередній участі автора як відповідального виконавця за темами: «Розробити костюм газозахисний, засоби контролю та приладдя до нього для ведення аварійно-відновних робіт в особливих умовах шахт Центрального Донбасу під час проникнення отруйних речовин» (ДР № 01.9000); «Розробити автономний протитепловий костюм для членів ДГК шахти, використовуваний під час гасіння пожеж у початковій стадії розвитку» (ДР № 0196U029184); «Розробити комплект засобів для надання допомоги постраждалим гірникам від термічної дії та механічних пошкоджень» (ДР № 0195U029184).

Мета і завдання досліджень. Мета роботи - підвищення безпеки гірників (членів ДГК) шляхом обґрунтування параметрів і створення засобів індивідуального протигазотеплового захисту.

Для досягнення мети в дисертації поставлено такі основні завдання:

- розробити комплексний показник для оцінки шахтного мікроклімату та основні вимоги до засобів індивідуального захисту гірників (членів ДГК);

- розробити математичну модель нестаціонарних процесів тепломасоперенесення в системі «навколишнє середовище - захисний одяг - людина» і визначити раціональні параметри одягу;

- дослідити енергетичні показники членів ДГК під час ведення робіт в умовах нагрівального мікроклімату шахт;

- провести дослідження процесу охолоджування організму постраждалих під час перегрівання та визначити час відновлення їх теплового стану;

- створити засоби протигазотеплового захисту гірників (членів ДГК).

Об'єкт дослідження - нестаціонарні тепломасообмінні процеси в системі «навколишнє середовище - захисний одяг - людина».

Предмет дослідження - процеси тепломасообміну в одязі гірників (членів ДГК) з використанням водольодяних акумуляторів холоду.

Методи досліджень. Для досягнення мети і вирішення поставлених завдань використовували теоретичні, теоретико-експериментальні і експериментальні методи досліджень. Теоретичні методи використовували під час розробки комплексного показника шахтного мікроклімату, математичної моделі нестаціонарних процесів тепломасоперенесення в системі «навколишнє середовище - захисний одяг - людина» з використанням основних законів теорії тепломасообміну (теплопровідності); теоретико-експериментальні дослідження - під час визначення енерговитрат членів ДГК. Експериментальні дослідження проводили в лабораторних, полігонних, шахтних умовах з використанням методів математичної обробки статистичних даних під час визначення часу захисної дії одягу.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в установленні закономірностей теплообміну гірників у спецодягу з навколишнім середовищем і нестаціонарних процесів тепломасоперенесення в системі «навколишнє середовище - захисний одяг - людина», на підставі яких розроблено новий метод оцінки шахтного мікроклімату та обґрунтовані раціональні параметри засобів індивідуального протигазотеплового захисту гірників, що забезпечують безпечне та ефективне ведення робіт.

Основні наукові положення, що виносяться на захист, і їх новизна полягає у тому, що вперше:

1. Встановлено залежність теплового стану тіла гірника від параметрів повітря навколишнього середовища, величини фізичних навантажень, у тому числі роботи в ізолювальному апараті, що дало можливість розробити комплексний показник шахтного мікроклімату - термоіндекс і визначити граничні його значення, при яких гірники можуть працювати без перегрівання їх організму.

2. Розроблено математичну модель нестаціонарного тепломасоперенесення в системі «навколишнє середовище - захисний одяг - людина», у якій ураховано багатошаровість оболонки одягу з повітряними прошарками, інтенсивність теплообміну між холодоагентом, оболонкою і підодежним простором, площу займану в ньому охолоджувальними елементами, на підставі якої обґрунтовано раціональні параметри захисного одягу для гірників (членів ДГК). 3. Отримано теоретичні залежності енерговитрат членів ДГК (гірничорятувальників) при різних поєднаннях маси переносимого вантажу, коефіцієнта споживання ними кисню, швидкості їх руху, параметрів виробки, загального коефіцієнта, що враховує швидкість руху під час використання респіратора, задимлення виробки та температуру повітря навколишнього середовища. Це дозволяє використовувати комп'ютерну програму для оперативного визначення умов і безпечного ведення аварійно-рятувальних робіт в умовах нагрівального мікроклімату.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджено статистично значущим обсягом інформації щодо умов ведення робіт гірниками (членами ДГК) в умовах нагрівального мікроклімату; коректністю постановки задач тепломасообміну в системі «навколишнє середовище - захисний одяг - людина», прийнятих припущень і використанням методів досліджень, які базуються на фундаментальних законах теплофізики, математичного та фізичного моделювання; репрезентативністю даних експериментальних досліджень і задовільною їх збіжністю з результатами теоретичних досліджень; позитивними результатами впровадження розроблених засобів індивідуального протигазотеплового захисту гірників (членів ДГК).

Практичне значення одержаних результатів полягає у створенні і впровадженні на ВП «Шахта ім. Ф.Е. Дзержинського» ДП «Ровенькиантрацит» засобів індивідуального протитеплового захисту, що складаються з охолоджувальних жилетів гірників (ОЖГ), протитеплових костюмів (ПТГ) для членів ДГК, костюмів екстреного охолоджування постраждалих під час перегрівання та механічних травм (КЕОП), теплоізолювальних контейнерів для доставки до місця ведення робіт заморожених ОЕ-2, зберігання та переоснащення ними одягу (К-2), морозильних установок. Газотеплозахисні костюми (ГТЗК), костюми КЕОП, а також програми «Термоіндекс» для оцінки шахтного мікроклімату і «Термоерг» - оперативного прогнозу і безпечного ведення аварійно-рятувальних робіт в умовах нагрівального мікроклімату впроваджено в підрозділах ДВГРС Міністерства вугільної промисловості України.

Розроблені засоби може бути використано в Міністерстві надзвичайних ситуацій України, металургійній, хімічній і інших галузях господарства.

Особистий внесок здобувача полягає у формулюванні мети і завдань досліджень, наукових положень і висновків, проведенні теоретичних і експериментальних досліджень у лабораторних, полігонних і шахтних умовах, узагальненні, аналізі одержаних результатів, обґрунтуванні параметрів, створенні і впровадженні засобів індивідуального захисту гірників і членів ДГК на ВП «Шахта ім. Ф.Е.Дзержинського» ДП «Ровенькиантрацит».

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати роботи докладалися на: міжнародній конференції «10-а пленарна сесія міжнародного Бюро з гірничої теплофізики» («ІВМТ 2005», Глівіце, Польща: Сілезький політехнічний інститут, 2005); науково-практичній конференції «Шляхи підвищення безпеки гірничих робіт у вугільній галузі» (Макіївка: МакНДІ, 2004); III Міжнародній конференції «Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація» (Мінськ, 2005); VII Всеукраїнській науково-практичній конференції рятувальників «Пожежна безпека та аварійно-рятувальна справа: стан, проблеми і перспективи» (Київ: УкрНДІПБ, 2005), Міжнародній конференції «Форум гірників - 2005» (Дніпропетровськ, НГУ, 2005); VIII Всеукраїнській науково-практичній конференції рятувальників «Проблеми зниження ризику виникнення надзвичайних ситуацій в Україні» (Київ: УкрНДІПБ, 2006); IV Міжнародній науково-практичній конференції «Надзвичайні ситуації: попередження та ліквідація» (Мінськ, 2007); засіданнях секцій вченої ради і вченої ради НДІГС «Респіратор», вченої ради МакНДІ (2006-2010).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 16 наукових робіт, з яких 9 статей у наукових фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України, 7 - тези доповідей у матеріалах наукових конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, трьох додатків та списку використаних джерел із 105 найменувань. Роботу викладено на 183 сторінках машинописного тексту, у тому числі 141 сторінка основної частини, містить 37 рисунків і 27 таблиць (з яких 13 рисунків і 2 таблиці на окремих сторінках).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, показано її зв'язок з науковими програмами і темами, сформульовано мету та завдання, об'єкт та предмет досліджень, наукову новизну і практичну значущість одержаних результатів.

У першому розділі наведено аналіз шахтного середовища, у якому працюють гірники, аварійності на підприємствах вугільної промисловості за останні 10 років, ведення аварійно-рятувальних робіт членами ДГК шахти, на підставі якого обґрунтовано актуальність роботи.

Велика кількість шахт України, що працюють в умовах нагрівального мікроклімату (близько 30 % з температурою повітря 27-38 ⁰С при вологості близько 100 %, проникнення в гірничі виробки отруйних хімічних речовин: хлорбензолу, ацетону, бензолу, сірчаної кислоти тощо), неможливість у деяких випадках застосувати заходи, направлені на створення нормальних мікрокліматичних умов у гірничих виробках, що призводить до втрати здоров'я гірників, інколи до смертельних випадків, великих матеріальних витрат, а також низька результативність членів ДГК під час ведення аварійно-рятувальних робіт у цих умовах і ліквідації пожеж у початковій стадії їх розвитку (3,4 % від загальної кількості) є причиною створення засобів індивідуального протигазотеплового захисту гірників (членів ДГК).

Наведено аналіз існуючих методів і засобів протигазотеплового захисту гірників і членів аварійно-рятувальних підрозділів в Україні і за кордоном, найбільший вклад у розроблення і впровадження яких (з використанням водольодяних акумуляторів холоду) внесли учені А.А. Мичко, В.І. Очкуренко, М.В. Колосниченко, І.П. Марійчук, Ю.В. Клименко, І.Я. Землянський, В.В. Карпекін, В.О. Вольський, О.А. Гаврилко та ін. Проте, ці засоби, використовувані, у основному, рятувальниками, і результати теоретичних досліджень тепломасоперенесення в системі «навколишнє середовище - захисний одяг - людина» не можуть бути використані гірниками (членами ДГК), зважаючи на відсутність костюмів зі штучним охолоджуванням із захистом від наведених вище хімічних речовин, великої маси, незручності під час експлуатації протитеплових курток для гірників і костюмів для ДГК, а математичні моделі не враховують багатошаровість оболонки газотеплозахисного костюма, співвідношення інтенсивності теплообміну між оболонкою, холодоагентом і підодежним простором (ПП), площу або кількість холодоагентів в ПП. Це призводить до збільшення значень основних параметрів одягу - маси та часу захисної дії (допустимого часу роботи), а отже, до коригування результатів теоретичних досліджень.

На підставі результатів аналізу стану питання сформульовано мету і завдання досліджень, які наведено вище.

У другому розділі наведено загальну методику і основні методи досліджень, використовувані в роботі, оцінку шахтного мікроклімату в нормальних і нагрівальних умовах, основні вимоги до засобів індивідуального протигазотеплового захисту гірників (членів ДГК) і розроблені схемні їх рішення.

Відмічено, що відповідно до нормативних актів з охорони праці допустима температура повітря шахтного середовища не повинна перевищувати 26 ⁰С. При цьому дані щодо допустимої температури наведено для великих інтервалів змінення його вологості та швидкості, енерговитрат гірників, без урахування роботи у респіраторах (для членів ДГК), що інколи призводить до перегрівання їх організму.

На відміну від відомих показників шахтного мікроклімату, які засновано на емпіричних залежностях і які враховують температуру, вологість і швидкість повітря, запропоновано новий комплексний показник - термоіндекс (TI), що дозволяє оцінювати взаємний вплив різних поєднань параметрів навколишнього середовища і тіла гірника, величини фізичних навантажень, у тому числі роботи у респіраторі (для членів ДГК), який визначається залежністю

шахтний гірник мікроклімат захист

ТI = (Ф_С +Ф_R + Ф_ЕМ + Ф_М + Ф_Р) / т, (1)

де , Ф_М, Ф_Р - відповідно потужності теплових потоків, викликаних теплообміном за рахунок конвекції, випромінювання, випару або конденсації вологи на поверхні тіла гірника, виконанням робіт різної тяжкості (енерговитрат) і диханням в ізолювальному апараті з урахуванням його маси Вт/м²;

- параметр перетворення, який береться таким, що дорівнює 10 Вт/м².

Установлено граничні значення термоіндексу залежно від енерговитрат гірників під час виконання робіт різної тяжкості, а також у респіраторі, нижче за яких необхідно застосовувати заходи щодо нормалізації шахтного мікроклімату або засоби індивідуального протитеплового захисту.

Для гірників необхідно розробити жилет, що забезпечує ефективне та безпечне ведення робіт протягом робочої зміни при температурі повітря до 40 ⁰С.

Під час ведення аварійно-рятувальних робіт, особливо під час гасіння пожеж у початковій стадії їх розвитку з використанням первинних засобів, на членів ДГК впливає променистий тепловий потік від осередку до 5 кВт/м² (температура близько 100 ⁰С), а тому вони мають бути захищені протитепловими костюмами із тепловідбивною зовнішньою поверхнею не менше 70 % і часом захисної дії не менше 60 хвилин.

Захист членів ДГК (гірничорятувальників) від дії температури і отруйних хімічних речовин, виявлених у гірничих виробках шахт, має здійснюватися за допомогою протигазотеплових костюмів з часом захисної дії 120 хвилин при температурі повітря 40 ⁰С, а від хімічних речовин - 180 хвилин.

Для доставки до місця ведення робіт, зберігання і переоснащення одягу гірників і членів ДГК акумуляторів холоду можна використовувати теплоізолювальний контейнер К-2, що застосовується гірничорятувальниками, а для постраждалих від перегрівання необхідно розробити швидкорознімний костюм для екстреного охолоджування з використанням водольодяних акумуляторів холоду ОЕ-2, застосовуваних гірничорятувальниками. При цьому одяг повинен мати мінімально можливу масу і бути нескладним у конструктивному виконанні, а морозильна установка - забезпечувати заморожування необхідної кількості ОЕ-2. Наведено розроблені схеми переліченого вище одягу.

У третьому розділі приведено математичну модель і теоретичні дослідження тепломасоперенесення в системах «навколишнє середовище - газотеплозахисний костюм (охолоджувальний жилет) - людина», а також залежності енерговитрат членів ДГК (гірничорятувальників) під час ведення аварійно-рятувальних робіт в умовах нагрівального мікроклімату.

Для дослідження тепломасоперенесення в системі «навколишнє середовище - газотеплозахисний костюм - людина» розглядається схема костюма, що складається із зовнішньої двошарової оболонки комбінезона з повітряним прошарком і тришарової внутрішньої теплоізолювальної оболонки. Динаміка розподілу концентрації хімічної речовини або температури за товщиною захисної оболонки костюма описується рівнянням виду

,(2)

де - фізична змінна, що характеризує температуру , К, викликану тепловим потоком , Вт, або концентрацію , кг/м³, хімічних речовин - потоком їх маси кг/с; - час, с; - коефіцієнт дифузійної провідності матеріалу оболонки: температуропровідності або дифузії , ; h - товщина оболонки, м.

Проникнення теплоти і речовин із зовнішнього середовища в оболонку і з неї у підкостюмний простір (ПП) моделюється відповідно до закону Ньютона граничними умовами третього роду, а їх обмін на межах повітряного прошарку відбувається за законом Фур'є, що відповідає граничним умовам четвертого роду, тобто

;

;(3)

; ,

де - сумарна товщина шарів оболонки, м;

- товщина -го шару або прошарку, м;

і - коефіцієнти обміну субстанцією (температура або концентрація речовин) між зовнішнім середовищем і оболонкою, оболонкою і ПП, ;

- концентрація або температура субстанції у ПП; ; .

Для моделювання поля концентрації речовин у загальному випадку рішення завдання представили у безрозмірних змінних таким чином:

; ; ,(4)

; ,

де ;

; ; ; .

- інтегральна функція або так звана функція помилок.

У результаті досліджень отримано, що у разі концентрації хлорбензолу в зовнішньому середовищі 17 г/м³ і допустимої концентрації 0,05 г/м³ для забезпечення захисту протягом 180 хвилин при ; ; , ; ; , , провідність зовнішнього шару має бути мм²/с (В_і=0,06, F₀=0,14).

Для розрахунку температури у ПП необхідно мати дані про температуру ОЕ-2 на кожен момент часу, у свою чергу динаміка останньої визначається температурою на його поверхні, отже, температурою в ПП.

Оскільки окрема секція ОЕ-2 має циліндрову форму, то динаміка температури в ній описується системою диференціальних рівнянь, подібних (2):

,(5)

де - координата, відлічувана від поверхні ОЕ-2 за нормаллю до його центру, м; - значення координати на межі фазового перетворення льоду у воду, м;

- радіус основи ОЕ-2 - гранична глибина фронту плавлення льоду, м;

,,- температура у ПП, води і льоду відповідно, К;

, , - температуропровідність ПП, води і льоду;

- товщина плівки ОЕ-2.

З урахуванням початкових, граничних умов і безперервності температурного поля

; ; ,; ;

,(6)

де - стандартна температура, яка дорівнює 293 К (20 ⁰С);

- різниця між і початковою температурою льоду, К;

- безконечно мала відстань від поверхні ОЕ-2 до центру, м;

- теплопровідність води, Вт/(мК) .

У загальному вигляді рішення завдання має вигляд

; ; ,(7)

де визначено з крайових умов;

, , .

Одержано результати одного з варіантів розрахунку безрозмірної температури в ОЕ-2.

Динаміка температури у ПП залежить від співвідношень інтенсивності теплообміну (між ОЕ-2 і ПП, оболонкою і ПП), (між сумарною площею всіх ОЕ-2, розташованих у ПП, і площею внутрішньої поверхні оболонки). Позначаючи і та вводячи безрозмірні змінні: відносний час і температуру ,, отримаємо відповідно рівняння для визначення температури і граничне (стале) її розподілення у ПП після закінчення тривалого проміжку часу ():

, ,(8)

залежні від приросту температури за рахунок фонового теплового потоку (), інтенсивності теплообміну (б), відношення площ () ОЕ-2 і ПП.

Одержані результати залежності температури у ПП від інтенсивності теплообміну, сумарної площі ОЕ-2 у ПП, енерговитрат людини і температури навколишнього середовища 40 ⁰С використано для досягнення основної мети досліджень - моделювання динаміки температури у ПП з урахуванням змінення провідності шарів оболонки за її товщиною і нестаціонарного функціонування джерел поглинання теплоти (ОЕ-2), яке дозволило визначити, що під час використання газотеплозахисного костюма протягом 120 хвилин температура у ПП не перевищує допустимого значення близько 30 ⁰С.

Результати теоретичних досліджень температури у підодежному просторі у різних областях тіла члена ДГК у теплозахисному костюмі наведено, причому визначено мінімальну кількість використовуваних ОЕ-2 при заданому допустимому часі їх роботи.

Відмітною особливістю досліджень теплообмінних процесів у системі «навколишнє середовище - охолоджувальний жилет - людина» від досліджень у ізолювальних костюмах членів ДГК є урахування у тепловому балансі теплових потоків, Вт, направлених до тієї або іншої частини тіла людини.

,(9)

де - відносна площа поверхні тіла людини, %;

- вказує на відношення до голови, рук і ніг,

- до тулуба;

- теплопродукція організму людини, Вт, яка залежить від енерговитрат і ККД людини.

Для найбільш характерних умов (температура повітря 32…35 ⁰С) і часу роботи гірника ф = 120 хвилин жилет має бути споряджений у залежності від його розміру 12...15 ОЕ-2.

Порівняльні результати розрахунку теплового балансу людини під час роботи у спецодягу і в охолоджувальному жилеті показали, що у другому випадку при одному спорядженні жилета ОЕ-2 і однакових вихідних даних допустима тривалість роботи гірника у діапазоні температур 34…36 ⁰С у два і більше рази вище, ніж у першому.

Отримано залежності енерговитрат членів ДГК (гірничорятувальників) від маси переносимого вантажу (10, 20, 40 кг) під час руху у розвідку, на аварію або перенесення постраждалого, коефіцієнта споживання ними кисню, швидкості їх руху, параметрів виробки, загального коефіцієнта, що враховує швидкість руху під час використання респіратора, задимлення виробки і температуру повітря навколишнього середовища. Це дозволило визначити енергоємність основних видів робіт, що виконуються на місці, використовувати комп'ютерну програму «Термоерг» під час складання планів ліквідації аварій, а також для оперативного визначення умов і безпечного ведення аварійно-рятувальних робіт в умовах нагрівального мікроклімату.

У четвертому розділі викладено методику проведення і результати експериментальних досліджень параметрів засобів протигазотеплового захисту гірників (членів ДГК).

Дослідження проводилися в лабораторних, полігонних і шахтних умовах: у спеціально обладнаному боксі НДІТБХП (м. Сєвєродонецьк Луганської обл.), у тепловій камері та в дослідно-експериментальній штольні полігона НДІГС «Респіратор», в учбовій шахті ДВГРС, а також в умовах ВП «Шахта ім. Ф.Е. Дзержинського» ДП «Ровенькиантрацит». Випробувачі - гірничорятувальники та гірники.

З досліджень виходить, що максимальна похибка результатів теоретичних і даних експериментальних досліджень не перевищує 17 %; забезпечено безпеку роботи гірників і членів ДГК під час роботи відповідно у жилеті та костюмах, фізіологічні параметри постраждалих під час перегрівання: внутрішня температура тіла (ректальна температура t_р) і частота серцевих скорочень (ЧСС) набувають допустимих значень до 30-ої хвилини.

У п'ятому розділі наведено конструктивне виконання, технічні характеристики і загальний вигляд засобів індивідуального протигазотеплового захисту гірників (членів ДГК), включаючи костюм для екстреного охолоджування постраждалих від перегрівання та механічних травм (зниження больового синдрому). При цьому установлено, що маса розроблених газотеплозахисного і протитеплового костюмів відповідно у 1,30 і 1,45 менше, ніж маса аналогічних костюмів, отримана у результаті досліджень за існуючими теоріями.

Засоби індивідуального протитеплового захисту, що складаються з жилетів охолоджувальних ОЖГ, охолоджувальних елементів ОЕ-2, протитеплових костюмів ПТГ, костюмів екстреного охолоджування постраждалих КЕОП, теплоізолювальних контейнерів К-2, морозильних установок, упроваджено на ВП «Шахта ім. Ф.Е.Дзержинського» ДП «Ровенькиантрацит» з річним економічним ефектом не менше 405 тис. грн.

Газотеплозахисні костюми ГТЗК, костюми КЕОП, а також програми «Термоіндекс» для оцінки шахтного мікроклімату, «Термоерг» - оперативного прогнозу і безпечного ведення аварійно-рятувальних робіт в умовах нагрівального мікроклімату упроваджено в підрозділах ДВГРС Міністерства вугільної промисловості України.

Розроблені засоби можуть бути використані у підрозділах Міністерства надзвичайних ситуацій України, у металургійній, хімічній та інших галузях народного господарства.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою у галузі охорони праці, у якій на базі установлених закономірностей нестаціонарних процесів тепломасоперенесення у системі «навколишнє середовище - захисний одяг - людина» дано рішення актуального науково-технічного завдання - обґрунтування параметрів і створення засобів індивідуального протигазотеплового захисту гірників (членів ДГК) з використанням водольодяних акумуляторів холоду, що забезпечують підвищення безпеки і ефективність ведення робіт в умовах нагрівального мікроклімату.

Основні висновки, наукові та практичні результати роботи полягають у такому:

1. Проведено аналіз мікрокліматичних умов у гірничих виробках шахт України і ведення аварійно-рятувальних робіт. Показано необхідність розробки нового методу оцінки шахтного мікроклімату і засобів індивідуального протигазотеплового захисту гірників (членів ДГК) з використанням водольодяних акумуляторів холоду.

2. Розроблено метод оцінки шахтного мікроклімату за допомогою комплексного показника - термоіндекса, який засновано на теплофізичних закономірностях взаємного впливу параметрів повітря навколишнього середовища, тіла гірника, величини фізичних навантажень, у тому числі роботи в ізолювальному апараті. Установлено граничні його значення, за яких робота гірників (членів ДГК) може допускатися без перегрівання їх організму відповідно до нормативних актів з охорони праці.

3. Розроблено математичну модель нестаціонарного тепломасоперенесення у системі «навколишнє середовище - протигазозахисний одяг - людина», у якій враховано багатошаровість оболонки одягу з повітряними прошарками, інтенсивність теплообміну між холодоагентом, оболонкою і підодежним простором (ПП), відношення площі холодоагентів, займаних у ПП, а також тепловий баланс системи «навколишнє середовище - охолоджувальний жилет - людина», на підставі яких обґрунтовано раціональні параметри захисного одягу гірників (членів ДГК).

4. Установлено, що за однаковим часом захисної дії маса теплозахисного і протитеплового костюмів відповідно у 1,30 і 1,45 разу менше маси аналогічних костюмів, отриманої за існуючими методами теоретичних досліджень.

5. Теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено, що допустима тривалість роботи гірника в охолоджувальному жилеті з одноразовим використанням ОЕ-2 при тих самих параметрах повітря навколишнього середовища та енерговитратах у діапазоні температур 34- 36 ⁰С у два і більше рази вище, ніж під час роботи у спецодягу, що дозволить підвищити безпеку та ефективність ведення робіт гірників в умовах нагрівального мікроклімату.

6. Одержано теоретичні залежності основної складової теплового балансу системи «навколишнє середовище - одяг - людина» - енерговитрат від параметрів гірничої виробки: кута нахилу та висоти, маси переносимого вантажу, коефіцієнта споживання кисню, швидкості пересування членів ДГК (гірничорятувальників), стану навколишнього середовища : придатної або непридатної для дихання атмосфери, видимості, задимленості і температури повітря шахтного середовища. Це дозволяє використовувати комп'ютерну програму для оперативного визначення умов і безпечного ведення аварійно-рятувальних робіт в умовах нагрівального мікроклімату.

7. Експериментально встановлено, що при температурі повітря навколишнього середовища 40 ⁰С і вологості до 100% тепловий стан постраждалих від перегрівання в ізолювальному швидкорознімному костюмі з локально розташованими ОЕ-2 в підодежному просторі відновлюється до допустимих норм протягом не більше 30 хвилин. Це дозволяє надавати долікарську допомогу постраждалим безпосередньо у гірничих виробках шахт, зберегти їх здоров'я та життя, зменшити матеріальні витрати на лікування і професійне захворювання.

8. Засоби індивідуального протитеплового захисту: охолоджувальні жилети ОЖГ, охолоджувальні елементи ОЕ-2, протитеплові костюми ПТГ, костюми екстреного охолоджування постраждалих КЕОП, теплоізолювальні контейнери К-2, морозильні установки упроваджено на ВП «Шахта ім. Ф.Е.Дзержинського» ДП «Ровенькиантрацит» з річним економічним ефектом порівняно з подачею охолоджувального повітря вентилятором місцевого провітрювання до робочих місць 405 тис. грн.; газотеплозахисні костюми ГТЗК, костюми КЕОП, програми «Термоіндекс» для оцінки шахтного мікроклімату, «Термоерг» - оперативного прогнозу і безпечного ведення аварійно-рятувальних робіт - у підрозділах ДВГРС Міністерства вугільної промисловості України.

Розроблені засоби можуть бути використані у підрозділах Міністерства надзвичайних ситуацій України, у металургійній, хімічній і інших галузях народного господарства, де робітники працюють в умовах нагрівального мікроклімату.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Онасенко А. А. Безопасность труда горнорабочих и членов ВГК шахты в экстремальных микроклиматических условиях / А. А. Онасенко, И. Ф. Марийчук // Уголь Украины. - 2004. - № 8. - С. 47 - 49.

2. Онасенко А. А. Комплект средств экстренного охлаждения пострадавших при перегревании / А. А. Онасенко, В. А. Вольский, И. Ф. Марийчук // Уголь Украины - 2005.- № 3. - С. 32 - 34.

3. Онасенко А. А. Теоретические основы тепломассопереноса в газозащитном костюме с водоледяной системой охлаждения / А. А. Онасенко // Проблемы экологии: сб. науч. тр. ДонНТУ. - Донецк. 2004. - № 2. - С. 109 -114.

4. Онасенко А. А. Энергозатраты человека в экстремальных микроклиматических условиях / Онасенко А.А., Вольский В.А., Карпекин В.В. // Уголь Украины. - 2005. - № 9. - С. 38 - 39.

5. Онасенко А. А. Теплообменные процессы в системе «окружающая среда - охлаждающий жилет - человек» / А. А. Онасенко // Горноспасательное дело: сб. науч. тр. НИИГД «Респиратор». - Донецк, 2005. - Вып. 42. - С. 120 - 125.

6. Онасенко А. А. Параметры средств экстренного охлаждения пострадавших горнорабочих при перегревании / А. А. Онасенко, И. Ф. Марийчук // Горный информ.-аналитический бюл. / Моск. гос. горный ун-т. - М., 2005. - С. 221-229.

7. Марийчук С.И. Экономический эффект от внедрения комплекта средств противогазотепловой защиты / С.И. Марийчук, А.А. Онасенко // Уголь Украины. - 2006. - № 10 - С. 9 - 11.

8. Марийчук И. Ф. Теплообменные процессы в аккумуляторе холода противотепловой одежды / И. Ф. Марийчук, В. Н. Попов, В. О. Положий, А. А. Онасенко / Горноспасательное дело: сб. науч. тр. / НИИГД «Респиратор». - Донецк, 2007. - Вып. 44. - С. 139 - 146.

9. Онасенко А. А. Комплексная оценка шахтного микроклимата / А. А. Онасенко, И. Ф. Марийчук, Т. А. Лазаренко // Уголь Украины - 2009. - № 8. - С. 24 - 25.

10. Марийчук И. Ф. Обеспечение безопасности горнорабочих и членов ВГК шахты в экстремальных микроклиматических условиях / И. Ф. Марийчук, П. С. Воронов, А. А. Онасенко // Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли: Тезисы докладов научно-практической конференции, 2004 г. - Макеевка, Украина: МакНИИ, 2004. - С. 368 - 370.

11. Пашковский П. С. Процессы тепломассопереноса в противогазотепловом костюме / П. С. Пашковский, А. А. Онасенко // Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация, 2005: Тезисы III Международной научно-практической конференции, - Минск. - 2005. - Т.3 - С. 215 - 216.

12. Онасенко А. А. Комплексный показатель шахтного микроклимата - Термоиндекс / А. А. Онасенко, Ю. В. Клименко, В. В. Карпекин // 10-я Пленарная сессия Междунарного Бюро по горной теплофизике. - Гливице (Польша): Силезский Политехнический институт, 2005. - С. 455 - 459.

13. Онасенко А. А. Математическое моделирование теплообменных процессов в противогазотепловом костюме с водоледяными охлаждающими элементами / А. А.Онасенко, И. Ф. Марийчук // Форум гірників - 2005: - Матеріали міжнародної конференції, 2005. - Т.З. - Дніпропетровськ: НГУ, 2005. - С. 206 - 214.

14. Онасенко А. А. Процессы тепломассопереноса в газотепловом костюме с водоледяной системой охлаждения. / А. А. Онасенко, И. Ф. Марийчук // Пожежна безпека та аварійно-рятувальна справа: стан, проблеми і перспективи, 2005: Матеріали VII Всеукраїнської науково-практичної конференції рятувальників, 2005. - Київ. - 2005. - С. 239 - 242.

15. Марийчук И. Ф. Противотепловые средства индивидуальной защиты горноспасателей при ликвидации пожаров / И. Ф. Марийчук, П. С. Воронов, А. А. Онасенко // Проблеми зниження ризику виникнення надзвичайних ситуацій в Україні: матеріали VII Всеукраїнської наук. - практ. конф. рятувальників, Київ 2006. - С. 143 - 145.

16. Пашковский П. С. Методы и средства индивидуальной противогазотепловой защиты / П. С. Пашковский, В. Н. Попов, И. Ф. Марийчук, А. А. Онасенко, П.С. Воронов // Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация, 2007; Тезисы IV Международной научно-практической конференции. - Минск. - 2007. - С. 91 - 93.

Особистий внесок автора у роботах, опублікованих у співавторстві:

[1, 9-11] - збір, аналіз, узагальнення даних про шахтний мікроклімат і ведення аварійно-рятувальних робіт членами ДГК, формулювання завдань досліджень, участь у теоретичних дослідженнях щодо визначення комплексного показника.

[2, 4] - участь у розробленні методики, проведенні експериментальних досліджень, аналізі, узагальненні результатів, розрахунку енергетичних показників членів ДГК (гірничорятувальників) і визначенні часу відновлення фізіологічних параметрів постраждалих під час перегрівання.

[7, 12-14] - постановка завдань досліджень, участь у розробленні розрахункових схем, математичних моделей процесу тепломасоперенесення у системах «навколишнє середовище - протигазотепловий одяг - людина», аналізі і узагальненні результатів досліджень.

[6, 8, 15, 16] - участь у експериментальних дослідженнях, визначенні характеристик, упровадженні засобів протигазотеплового захисту і розрахунок річного економічного ефекту від їх впровадження.

АНОТАЦІЇ

Онасенко О.О. Обґрунтування параметрів засобів індивідуального протигазотеплового захисту гірників. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01 - «Охорона праці». Державний Макіївський науково-дослідний інститут з безпеки робіт у гірничий промисловості. Макіївка, 2010.

Дисертацію присвячено підвищенню ефективності та безпеки роботи гірників і членів ДГК в умовах нагрівального мікроклімату шахт.

На базі теплофізичних закономірностей впливу навколишнього середовища на людину розроблено новий комплексний показник - термоіндекс для нормування шахтного мікроклімату у балах. Визначено граничні його значення для безпечної роботи гірників (членів ДГК шахти) в умовах нагрівального мікроклімату.

Розроблено математичну модель тепломасоперенесення у системі «навколишнє середовище - газотеплозахисний костюм (охолоджувальний жилет) - людина», використання результатів яких та даних експериментів дозволили створити газотеплозахисний ГТЗК, протитепловий ПТГ костюми членів ДГК (гірничорятувальників), охолоджувальний жилет гірників ОЖГ мінімальної маси і необхідного часу захисної дії.

В результаті проведення експериментальних досліджень встановлено, що фізіологічні параметри постраждалих під час перегрівання у швидкорознімному костюмі КЕОП відновлюються протягом не більше 30 хвилин.

Комплект засобів використовується на шахті ім. Ф.Е. Дзержинського ДП «Ровенькиантрацит» та в підрозділах ДВГРС Міністерства вугільної промисловості України.

Ключові слова: умови нагрівального мікроклімату, температура, тепловий потік, хімічні речовини, газотеплозахисний одяг, охолоджувальний жилет, екстрене охолоджування, акумулятори холоду, безпека.

Онасенко А.А. Обоснование параметров средств индивидуальной противогазотепловой защиты горнорабочих. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 - «Охрана труда». Государственный Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горный промышленности. Макеевка, 2010.

Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности и безопасности труда горнорабочих и членов ВГК в условиях нагревающего микроклимата шахт, в которой на базе установленных закономерностей нестационарных процессов тепломассопереноса в системе «окружающая среда - защитная одежда - человек» дано решение актуальной научно-технической задачи - обоснование параметров и создание средств индивидуальной противогазотепловой защиты горнорабочих (членов ВГК) с использованием водоледяных аккумуляторов холода.

Проведен анализ микроклиматических условий в горных выработках шахт Украины и ведения аварийно-спасательных работ. Показана необходимость разработки нового метода оценки шахтного микроклимата и средств индивидуальной противогазотепловой защиты горнорабочих (членов ВГК) с использованием водоледяных аккумуляторов холода (АХ).

Для оценки шахтного микроклимата разработан новый комплексный показатель - термоиндекс, основанный на базе теплофизических закономерностей и учитывающий совместное влияние различных сочетаний параметров воздуха окружающей среды: температуры, влажности и скорости, тела человека, величины физической нагрузки, в том числе работы в респираторе (для членов ВГК). Установлены предельные значения термоиндекса, при которых работа горнорабочих и членов ВГК является безопасной согласно нормативным актам по охране труда.

На базе разработанной математической модели газотеплообменных процессов в системе «окружающая среда - газотеплозащитная одежда - человек», учитывающей одновременное проникновение ядовитых химических веществ, тепловых потоков в изолирующую многослойную оболочку одежды с водоледяными охлаждающими элементами, фазовый переход хладагента (льда в воду) и дальнейший его теплообмен, тепловой поток от тела человека, конструктивные и теплофизические характеристики одежды, интенсивность теплообмена между хладагентом, оболочкой и пододежным пространством, площадь, занимаемую в нем охлаждающими элементами, обоснованы параметры газотеплозащитной одежды.

Установлено, что при одинаковом времени защитного действия масса теплозащитного и противотеплового костюмов соответственно в 1,30 и 1,45 раза меньше массы аналогичных костюмов, полученной по существующим методам теоретических исследований.

Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что допустимая продолжительность работы горнорабочих в охлаждающем жилете с одноразовым использованием охлаждающих элементов при одних и тех же параметрах окружающей среды и физической нагрузке при температуре воздуха 34…36 ⁰С в два и более раз выше, чем при работе в спецодежде, что позволяет увеличить производительность труда горнорабочих, обеспечивая их безопасность.

Получены теоретические зависимости энергозатрат членов ВГК (горноспасателей) от параметров горной выработки, массы переносимого груза и коэффициента потребления кислорода, скорости их передвижения, состояния окружающей среды, что позволило оперативно использовать программу «Термоэрг» для эффективного и безопасного ведения аварийно-спасательных работ.

Установлено, что время восстановления физиологических параметров пострадавших при перегревании в результате использования изолирующего от внешней среды костюма, с локально расположенными в пододежном пространстве АХ, не превышает 30 мин.

Разработанные средства защиты горнорабочих и членов ВГК в состав которых входят противотепловые костюмы, охлаждающие жилеты и костюмы экстренного охлаждения пострадавших при перегревании, вместе с контейнерами и морозильными установками внедрены на ОП «Шахта им. Ф.Э. Дзержинского» ГП «Ровенькиантрацит», а костюмы ГТЗК и КЭОП, программы «Термоиндекс» для оценки шахтного микроклимата, «Термоэрг» - оперативного прогноза и безопасного ведения аварийно-спасательных работ - в подразделениях ГВГСС Министерства угольной промышленности Украины.

Ключевые слова: условия нагревающего микроклимата, температура, тепловой поток, химические вещества, газотеплозащитная одежда, охлаждающий жилет, экстренное охлаждение, аккумуляторы холода, безопасность.

Onasenko A.A. Substantiation of parameters of miners' individual means for gas and heat protection. - Manuscript.

Thesis on Candidate of Engineering degree on the speciality 05.26.01 - «Labor protection». State Makeyevka Safety in Mines Research Institute. Makeyevka, 2010.

The thesis is devoted to raising the effectiveness and safety of labour of the miners and members of the auxiliary mine-rescue detachments under extremal microclimatic conditions of the mines.

On the basis of thermal-and-physical laws of influence of the environment upon the man the new complex index - Thermoindex - for control of the mine microclimate in points has been developed. Its boundary values for the safe labour of the mine workers (members of the auxiliary mine-rescue detachments of the mine) under extreme microclimatic conditions have been determined.

The mathematical models of heat and mass transfer in the systems «environment - gas-and-heat protective suit (cooling waistcoat) - man») have been developed. The use of their results and that one of the data of experiments allowed to create the ГТЗК gas-and-heat protective suit, the ПТК heat protective suit of the members of the auxiliary mine-rescue detachments (mine rescuers), the ОЖГ cooling waistcoat of the miners that has a minimum mass and duration necessary.

As a result of carrying-out the experimental investigations it was determined that physiological parameters of the victims by overheating are reinstated during not more than 30 minutes in the КЕСП quick-split suit.

The complete set of the means is used at the F.E. Dzerzhinsky mine of the «Rovenykianthracite» State enterprise and in the subdivisions of the State Para-military Mine-rescue Service.

Key words: сonditions of steam-disengaging microclimate, temperature, heat flow, chemical substances, gas-and-heat protective clothing, cooling waistcoat, urgent cooling, cold accumulators, safety.

Размещено на Allbest.ru

...