автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Исследовать и разработать средство индивидуальной защиты от падения с высоты

На правах рукописи ОГУРЕЦКИЙ Владимир Андреевич

ИССЛЕДОВАТЬ И РАЗРАБОТАТЬ СРЕДСТВО ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ПАДЕНИЯ С ВЫСОТЫ

Специальность 05.26.03 — «Пожарная и промышленная безопасность»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 2004

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии Кемеровский отдельный военизированный горноспасательный отряд (ФГУПКОВГСО)

Научные руководители

Официальные оппоненты:

кандидат технических наук Горбатов В.А.

доктор технических наук, профессор Поляков Юрий Игнатьевич

кандидат технических наук Чубаров Борис Васильевич

Ведущая организация:

Федеральное государственное унитарное предприятие Российский научно-исследовательский институт горноспасательного дела (ФГУП РосНИИГД)

Защита диссертации состоится " /0 " и^омЦ 2004г. в 12 ч на заседании диссертационного совета Д 222.007.01 при Федеральном государственном унитарном предприятии "Научный центр по безопасности работ в угольной промышленности ВостНИИ" (НЦ ВостНИИ) по адресу: 650002, г. Кемерово, ул. Институтская, 3, тел. 64-28-95, факс 34-30-95.

Электронный адрес НЦ ВостНИИ: vostnii@kemnet.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НЦ ВостНИИ.

Автореферат разослан 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

ЛИ ХИ УН

Общая характеристика

Актуальность работы. Правилами безопасности в угольной промышленности предусматривается страховка людей, работающих в местах, где существует опасность падения с высоты в выработки. Основным средством страховки является предохранительный пояс ПШ-2, разработанный ВостНИИ, предназначенный для страховки рабочих в шахтах, отрабатывающих крутопадающие пласты.

Ранее в угольной промышленности применялись и другие средства защиты от падения, работающие в комплексе с предохранительными поясами:

АПУ — автоматическое предохранительное устройство;

ПИК-3 — канатный парашют, который можно перемещать по натянутому вертикально или наклонно канату.

Средства имели различное конструктивное исполнение, что обусловливало различные динамические характеристики при остановке падения страхуемого рабочего.

Указанные пояса разрабатывались в соответствии с требованиями ГОСТ 5718-77 «Пояса предохранительные. Технические требования», по которым усилие, возникающее в фале длиной 1300 мм при падении человека, должно ограничиваться величиной 6860 Н (700 кгс). Вместе с тем, кафедрой травматологии Московского медицинского института на основании экспериментальных исследований воздействия усилий, возникающих при остановках падения в элементах предохранительных поясов, на организм страхуемого человека рекомендуются следующие предельные значения этих усилий:

- для талиевых (безлямочных) поясов шириной 50 и 100 мм соответственно - 4000 и 5000 Н за время 0,1-0,05 с;

- для поясов с наплечными лямками предел усилий торможения падения не устанавливался; отмечено только, что усилия до 5000 Н безвредны.

С введением в действие ГОСТ 12.4.011 "Средства защиты рабочих. Общие требования и классификация" предохранительные пояса должны соответствовать следующим условиям.

Динамическая нагрузка, действующая на тело человека при защитном действии пояса, снабженного амортизатором, не должна превышать 4000 Н. Фал пояса из синтетического материала должен выдерживать динамическую нагрузку, возникающую при падении груза массой 100+1 кг с высоты, равной двум максимальным длинам стропа, не менее 23 кН.

В настоящее время нет специальных нормативов, ограничивающих конструктивные и эксплуатационные параметры средств индивидуальной защиты от падения с высоты, применяемых на предприятиях угольной промышленности, что затрудняет выбор этих средств для конкретных условий. Применяемый в настоящее время

БИБЛИОТЕКА СПстсрвург 3 ОЭ

разработанный ВостНИИ, не отвечает одному из главных требований ГОСТ 12.4.011-89 «Средства защиты работающих. Общие требования и классификация» в том, что средства индивидуальной защиты не должны быть источником опасных и вредных производственных факторов. Отсутствие амортизатора, предназначенного для снижения усилия торможения при падении человека с высоты, делает пояс опасным травмирующим фактором.

В связи с этим разработка средств индивидуальной защиты (СИЗ) от падения с высоты является весьма актуальной задачей.

Цель работы - разработка средства индивидуальной защиты от падения с высоты.

Идея работы заключается в снижении динамической нагрузки, воздействующей на тело человека при остановке падения с высоты, за счет энергоемкости системы "амортизатор - страховочный фал", обеспечиваемой взаимодействием фала с элементами амортизатора, обладающими упругими свойствами.

Задачи исследований:

- установить характеристики динамических нагрузок, воздействующих на человека при остановке падения с высоты существующими средствами индивидуальной защиты;

- определить комплекс параметров безопасной остановки падения человека с высоты;

- разработать конструкцию амортизатора;

- разработать СИЗ от падения человека с высоты для применения в угольных шахтах.

Методы исследований. В работе использованы аналитические методы с применением современной вычислительной техники, стендовые испытания средств индивидуальной защиты от падения человека с высоты различных конструкций.

Объектами исследований являлись различные материалы предохранительных устройств, амортизационные устройства и конструкции СИЗ.

Научные положения, выносимые на защиту:

- пиковые значения динамического усилия, действующие на тело, при остановке падения снижаются за счет поглощения энергии динамического удара амортизатором с упругими деформируемыми элементами;

- ограничение динамической нагрузки на тело падающего человека во время защитного действия предохранительного средства, до безопасного значения 4000 Н обеспечивается за счет перемещения страхующего фала между упругими элементами амортизатора;

- средняя тяжесть легких проявлении опасности изменяется по экспоненциальной зависимости от среднего значения действовавшей в процессе остановки падения динамической силы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлено, что снижение пиковых значений динамической силы на тело человека в процессе падения возможно за счет применения амортизатора, снабженного упругими элементами;

- сила перемещения страхующего элемента (фала) между упругими элементами амортизатора снижает динамическую нагрузку в процессе остановки падения до безопасного значения 4000 Н;.

- связь между средней тяжестью легких проявлении опасности и средним значением механической силы, действовавшей в процессе торможения тела, установлена в виде: т = т0 * ЕхР(г * Б), при этом плотность распределения проявлений опасности имеет зависимость Дт) = (Ь-1)/то*еЬ'Р),где 1<Ь<4,9

Практическое значение работы сводится к разработке:

- стенда для проведения испытаний средств индивидуальной защиты;

- технических требований к средствам индивидуальной защиты от падения людей с высоты на предприятиях угольной промышленности;

- конструкции пояса шахтерского;

- конструкции амортизатора для предохранительного пояса.

Личный вклад автора состоит:

- в установлении зависимости жесткости упругих элементов амортизатора от величины перемещения по ним фала и коэффициента трения "амортизатор - страховочный фал";

- в разработке конструкции пояса шахтерского;

- в разработке конструкции амортизатора с двумя упругими элементами в виде круглых полых цилиндров;

- в разработке технических требований к предохранительным поясам от падения человека с высоты для применения в условиях угольных шахт;

- в определения уровня опасности, безопасности и охраны труда в . зависимости от среднего значения динамической силы.

Реализация работы. Полученные результаты и выводы по диссертационной работе использованы при разработке новой конструкции предохранительного пояса с амортизатором и нормативного документа «Технические требования к средствам индивидуальной защиты от падения людей с высоты на предприятиях угольной промышленности».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получали одобрение на научно-технических советах ОАО УК «Кузбасс-уголь», Прокопьевского ОВГСО, Новокузнецкого ОВГСО, Кемеровского ОВГСО, Кемеровского экспериментального завода средств безопасности (КЭЗСБ), Центрального штаба ВГСЧ угольной промышленности,

в ВостНИИ (1999-2003 гг), Международной научно-практической конференции (Кемерово, 2002г.), Международной научной конференции "Белые ночи" (г. Санкт-Петербург, МАНЭБ, 2003г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 102 страницах машинописного текста, включая 31 рисунок, 6 таблиц, список использованной литературы из 65 источников.

Основное содержание работы

1. Состояние вопроса и задачи исследования

В таблице 1 приведены данные по смертельному травматизму на предприятиях угольной промышленности, связанному с падением с высоты.

За последний 10-летний период из-за реконструкции угольной отрасли произошло изменение шахтного фонда и, как следствие этого, произошло изменение количественной характеристики аварийности и ее структуры. Поэтому для получения объективных данных о состоянии аварийности автором принят период с 1998 по 2002 гг., когда со второй половины 1998 г. объем добычи угля стабилизировался и отчетливо просматривается резкое снижение уровня аварийности (рисунок 1).

Таблица 1

Анализ смертельных несчастных случаев от падения с высоты на угольных шахтах и разрезах

Год Шахты | Разрезы

Травмировано, чел

Всего От падения с высоты % Всего От падения с высоты %

1993 197 18 7,38 31 Нд Нд

1994 187 26 13,9 22 2 9,1

1995 173 14 8,1 21 2 9,5

1996 124 17 13,7 21 2 9,5

1997 225 9 4,0 19 - -

1998 135 14 10,4 23 6 26,0

1999 100 9 9,0 15 1 6,7

2000 129 6 4,7 26 2 7,7

2001 97 7 7,2 17 2 11,8

2002 70 5 7,1 6 - -

Всего 1437 125 8,7 201 17 8,45

Рисунок 1 Динамика общей аварийности на предприятиях угольной промышленности с 1993 по 2002 гг.

На рисунке 2 приведена динамика смертельного травматизма от падения с высоты на угольных шахтах за этот же период. Из приведенных данных следует, что снижение травматизма от падения с высоты во второй половине рассматриваемого периода произошло в тех же пропорциях (примерно на 50 %), то есть из-за объективных причин, связанных с реконструкцией предприятий угольной отрасли. При этом качественного улучшения состояния техники безопасности, связанной со страховкой людей, работающих в местах, опасных по фактору падения с высоты, не произошло.

Рисунок 2 Динамика несчастных случаев (смертельных) от падения с высоты на угольных тахтах

В соответствии с требованиями ПБ 05-618-03 «Правила безопасности в угольных шахтах» при проходке, оборудовании вертикальных и наклонных выработок, при эксплуатации и ремонте шурфов, стволов, копров, строительстве поверхностных сооружений шахт (при работе на высоте 4-5 м и выше) и других работах, связанных с опасностью падения людей в вы-рабогки или с высоты, предусматривается обязательное применение предохранительных поясов.

Анализ производственного травматизма на угольных предприятиях отрасли при ведении работ под землей и на поверхности показал, что четверть из них происходит из-за падения работающих, выполняющих технологические операции как на высоте, так и при передвижении по наклонным выработкам из-за отсутствия или неиспользования СИЗ от падения с высоты.

Это свидетельствует об актуальности разработки средств защиты от падения с высоты для подземных рабочих, в том числе и горноспасателей.

В зависимости от общей конструктивной схемы предохранительные пояса можно подразделить на несколько групп:

группа А- безлямочный пояс без амортизатора; группа А 1- безлямочный пояс с амортизатором; группа Б- лямочный пояс с наплечными лямками без амортизатора; группа Б 1—лямочный пояс с наплечными лямками с амортизатором; группа В- лямочный пояс с наплечными и набедренными лямками, с расположением точки закрепления стропа со стороны спинной части тела человека без амортизатора;

группа В 1— лямочный пояс с наплечными и набедренными лямками, с расположением точки закрепления стропа со стороны спинной части тела человека с амортизатором.

Для разработки конструкции предохранительного шахтерского пояса, отвечающей требованиям государственных стандартов в системе безопасности труда, разработанных для средств индивидуальной защиты от падения с высоты, исследовались эксплуатационные характеристики предохранительных поясов различной конструкции.

Пояс предохранительный монтерский по ГОСТ 14185, предназначенный для обеспечения безопасности работы на воздушных линиях электропередач, контактной сети, а также на электрооборудовании и при строительстве сооружений, и пояс по ОСТ 17-15-70 для рабочих, занятых на воздушных линиях связи и при строительстве сооружений, близкие по конструкции (основное отличие в ширине кушака), получили широкое распространение. Пояса выпускаются двух типов: с одной цепью, с двумя цепями (по одной цепи на каждом боковом кольце пояса).

Предохранительный пояс «Строитель», разработанный трестом «Ле-нинградорстрой», выполнен безлямочным. Длина его регулируется в широких пределах путем изменения точки фиксации одной половины пряжки на ленте ремня. Для регулировки положения на корпусе рабочего пояс

снабжен портупеей, длина которой регулируется с помощью специальной пряжки. На поясе, со стороны спины рабочего, располагается накладка из перфорированной полихлорвиниловой полосы шириной 100, длиной 400 и толщиной 3,5 мм, повышающая удобство работы при использовании пояса в качестве дополнительной точки опоры.

Пояс, разработанный институтом «Промстальконструкция», - ТУ 362103-78 РСФСР. Материалом пояса служит капроновая лента шириной 50 и толщиной 3 мм. Пряжка пояса штыревая. Конец пояса, снабженный люверсами, армирован сыромятной кожей. Пояс непригоден для ведения сварочных работ.

Разработанный ВНИИТБ лямочный пояс для нефтяной промышленности (ТУ 39/22-01-71), пояс спасательный (ТУ 4662-71), пояс ППУ-М, разработанный институтом КОНИИС, фирмы КОМЭ (Brivet Komet).

В угольной промышленности широкое применение нашли предохранительные пояса типа ПШ-2.

Из-за отсутствия технических требований для предохранительных средств, предназначенных для страховки людей при работе в условиях угольных шахтах, пояс шахтерский предохранительный ПШ-2, разработанный в ВостНИИ, соответствовал требованиям ГОСТа 5718-77, регламентирующего требования к поясам для рабочих, занятых работами на воздушных линиях связи. Так как пояс предназначен для страховки рабочих, занятых на подземных работах, связанных с опасностью падения с высоты в угольных шахтах, и ношения аккумулятора головного светильника, основными требованиями к его конструкции были легкость, отсутствие громоздких деталей, удобство при работе в стесненных шахтных условиях и чтобы при намокании он не менял своих свойств. Основным недостатком пояса является отсутствие амортизатора на фале и невозможность его применения при сварочных работах, т.к. брызги раскаленного металла от сварочного шва, попав на капроновую ленту, могут нарушить ее целостность.

Пояс шахтерский ПШМ-1А, разработанный тоже в ВостНИИ, для рабочих, занятых при проходке шахтных выработок и монтаже объектов шахтного строительства, отличался тем, что его капроновые элементы закрыты брезентовыми чехлами, однако страховочный фал не был снабжен амортизирующим устройством.

Для разработки конструкции предохранительного пояса шахтерского требуется создать эффективное энергопоглощающее устройство (амортизатор) для снижения динамической нагрузки, действующей на тело человека при защитном действии пояса, до безопасной величины.

2. Исследование существующих средств индивидуальной защиты от падения с высоты

Целью стендовых исследований было определение динамических усилий, возникающих в страхующем элементе (фале, канате) и, следова-

тельно, воспринимаемых страхуемым человеком при остановке падения. Испытания проводились в соответствии с требованиями ГОСТ Р 12.4.20699 «Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Методы испытаний», ГОСТ Р 12.4.222-99 «Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Амортизаторы. Общие технические требования. Методы испытаний», ГОСТ Р 12.4.225-99 «Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Соединительные элементы. Общие технические требования. Методы испытаний».

Стенд представлял собой сварную металлическую вышку высотой 5000 мм.

Испытания на динамическую нагрузку осуществлялись следующим образом. На манекен плотно надевался пояс, фал которого карабином фиксировался в отверстии измерительного звена. Макет с помощью лебедки поднимался к кронштейну-сбрасывателю и специальным кольцом, закрепленным на поясе рядом с фалом, навешивался на поршень, выступающий из трубы кронштейна-сбрасывателя, после чего канат лебедки убирался. Рывком каната, присоединенного к рычажному механизму кронштейна-сбрасывателя, поршень втягивался, и макет падал с высоты, определяемой высотой установки кронштейна. Усилия, возникающие в фале и измерительном звене, записывались в течение всего процесса падения: до затухания колебаний фала с помощью осциллографа. Максимальная высота свободного падения была принята двум длинам страховочного фала. По изложенной схеме испытывались пояса ПШ-2, ПШМ-1, пояса по ОСТ 17-15-70 и по ГОСТ 14185-77:

В таблице 2 приведены усилия, возникающие в фалах поясов ПШ-2 и ПШМ-1 А при остановке падения макета.

Таблица 2

Усилия, возникающие в фалах поясов ПШ-2 и ПШМ-1 А, при остановке падения макета

Высота падения, мм Усилия в фалах, Н

Среднее за время 0,1 с Максимальное пиковое При повторном рывке

Пояс ГПЛ-2. Фал с одинарной лентой

1500 8830 13530 4120

3000 11280 16280 4410

Пояс ПШ-2. Фал со сдвоенной лентой

1500 9120 14220 5200

3000 11870 17560 5390

Пояс ПШМ-1. Фал со сдвоенной лентой

1500 8430 12260 4900

3000 10300 15200 4900

Приведенные данные позволяют сделать вывод о том, что при падении человека использующего в качестве защитного средства от падения указанные пояса, динамическое воздействие на тело человека значительно превышает безопасные пределы.

Величина усилий определялась за период 0,1 с по осциллограмме. При этом учитывалось среднее значение усилия за это же время.

В процессе динамических испытаний поясов по ОСТ 17-15-70 и ГОСТ 14185-77 макет сбрасывался последовательно с высоты, равной одной и двум длинам фала. При сбрасывании с высоты, равной длине одного фала у пояса по ГОСТ 14185-77 были зафиксированы надрывы на ленте пояса у заклепок крепления прицепного кольца, деформации штырей застежек и прицепных колец. Цепи имели остаточное удлинение 15-20 мм при общей длине с карабином -13 00 мм (1,5 - 2 %).

При сбрасывании макета с высоты, равной длине двух фалов, надрывы наблюдались у заклепок крепления прицепного кольца, штыри пряжек былиизогнуты, остаточное удлинение цепи фала - до 30 мм

Нагрузка за время 0,1 с была несколько ниже, чем в поясах ПШ-2. При высоте сбрасывания на длину однго фала - 1500 мм нагрузка за 0,1 с составляла 6860 - 7350 Н.

Повторный рывок в фалах, обусловленный упругостью звеньев в цепи, составлял 2940 - 3920 Н, а интервал между пиком основного рывка и повторного - 0,6 - 0,7 с.

Все пояса без исключения имели нарушения целостности: деформацию штырей пряжек на ремнях и прицепных колец, остаточную деформацию (вытяжку) цепи фала. Поэтому повторное использование ремня после остановки падения исключается.

Амортизационные свойства пояса обеспечивались нарушением целости собственно ремня, а также деформацией звеньев цепи, прицепных колец, штыря пряжки.

Результаты испытаний поясов по ОСТ 17-15-70 показали, что пояса не выдержали испытаний. В одном случае прицепное кольцо было разорвано по сварке, а в остальных - вырваны из полотна ленты, прицепные кольца. Нарушения целостности карабинов или их деформация не наблюдались. Замечены деформация прицепных колец и надрыв полотна ленты пояса у заклепки. Записанные на осциллограмме пиковые значения усилий, при которых разрушаются пояса, составляли 12700 - 14700 Н.

Испытания пояса конструкции института "Промстальконструкция" и пояса ПП-4 объединения «Ленинградстрой», имеющих амортизатор в виде сшивки, показали, что амортизатор такого типа надежно гасит энергию падения человека с усилием в фале 3680 Н. Недостатком конструкции является значительная длина фала с амортизатором (1700 мм + 1000 мм), что делает ненадежной страховку рабочего при расстоянии менее 3,5 м от точки закрепления карабина до поверхности, о которую рабочий может удариться при падении.

Испытания амортизационных свойств материала фала пояса ПШ-2 показали, что при растягивании капроновой ленты со скоростью 50 мм/мин относительное удлинение при достижении одинаковых значений растягивающих усилий было значительно большим, чем при скорости растягивания 150 мм/мин (таблица 3).

Из данных таблицы видно, что характер приращения длины при обеих скоростях одинаков, но величины приращения различны. С увеличением скорости приложения нагрузки относительное удлинение, а следовательно, и амортизирующая способность ленты снижаются.

Таблица 3

Относительное удлинение капроновой ленты при различных скоростях ее растягивания

Так как при остановке падения с высоты 1,5 м скорость падающего человека составит 5,4 м/с, логично предположить, что удар, воспринимаемый телом, не сможет быть достаточно амортизирован за счет только амортизационных свойств ленты.

Проведенные испытания позволили сделать следующий вывод. Существующие предохранительные пояса, в том числе и пояс ПШ-2, предназначенный для эксплуатации на угольных шахтах, не отвечают современным требованиям системы стандартов безопасности труда, а также условиям работы горноспасателей при ведении горноспасательных работ.

Разработка шахтерского пояса может быть выполнена на базе конструктивных решений существующих поясов с учетом специфики выполняемых рабочими технологических операций. При этом за основу следует взять, из-за его конструктивных особенностей, таких как легкость и эластичность, обеспечивающих свободу движений в стесненных условиях шахты.

В целом по результатам испытаний поясов ПШ-2 необходимо отметить:

- конструкция поясов выдерживает многократные остановки падения с высоты до 3000 мм (на удвоенную длину фала);

- фал из одинарной капроновой ленты шириной 24 и толщиной 3 мм не выдерживает нагрузок, наблюдаемых при высоте сбрасывания 1500 мм (имели место порывы ленты); фал из сдвоенной ленты надежно работает при высоте сбрасывания до 3000 мм;

- амортизирующие свойства капроновой ленты при высоких скоростях нагружения недостаточны для обеспечения безопасности человека; для страховки человека при опасности свободного падения фал должен быть снабжен легкосъемным амортизирующим устройством.

3. Аналитическое обоснование параметров амортизирующего устройства

Средства амортизации, снижающие динамическую нагрузку действующую на страхуемого человека во время остановки падения, используются путем непосредственного присоединения их к предохранительному поясу.

Энергия, которую приобретает тело во время падения, должна превратиться в работу упругих сил таким образом, чтобы усилия, действующие при этом на останавливаемое тело, не превышали допустимых, т.е. тяжесть проявления опасности от действия механических сил должна быть минимальной.

В связи с этим возникает необходимость в разработке конструкции предохранительного устройства, снижающего динамические нагрузки на падающее тело при его остановке.

На рисунке 3 показан амортизатор, разработанный нами для предохранительного пояса с двумя упругими элементами 2 (а.с. 28039 кл. 7А62 В35/00 от23.09.02.).

Рисунок 3. Амортизатор для предохранительного пояса. 1 - роликовая опора; 2 - упругие вкладыши; 3- страховочный пояс; 4- строп; 5- входная втулка; 6 - отверстие; 7 - овальный прилив, 8 - боковые стенки корпуса; 9 - выходная втулка; 10 - компенсационные окна выхода вкладыша

Амортизатор для предохранительного пояса работает следующим образом.

После того как падающий прошел путь А, равный длине страховочного пояса, сила веса упавшего предастся через ремень 3 на упругие вкладыши 2, которые под действием страховочного пояса сжимаются, тем самым за счет упругих сил сжатия тормозя страхуемое тело.

Величина хода страховочного пояса 4 определяется жесткостью системы «упругие элементы - страховочный пояс» (УЭСП).

При аналитическом определении нагрузок, действующих на страховочный пояс, необходимо знать зависимость изменения усилия от величины сжатия упругих вкладышей.

В результате проведенных исследований определены условия безопасного торможения падающего тела. Установлены зависимость динамических нагрузок от величины сжатия упругих вкладышей, оптимальные параметры страховочного устройства. Выявлено, что жесткость страховочного устройства обратно пропорциональна квадрату упругого перемещения ремня.

На рисунке 4 показана зависимость между коэффициентом жесткости страховочного устройства и перемещением х. Из рисунка видно: чем больше упругое перемещение ремня, тем меньше жесткость страховочного устройства; что следует из формулы 3.1.

С.=се. (ЗЛ)

где - коэффициент жесткости соответственно упругого элемента амортизатора и амортизатора в целом, Н/м;

С=2РИ/х? (3.2)

P - вес падающего тела, Н; - перемещение ремня внутри амортизатора, см;

(2 - коэффициент динамичности амортизатора.

с,Н/см

1200 т-----

0-1-----

15 20 25 30 Зв X»««

Рисунок 4 Зависимость межау жесткостью н упругим

перемещением ремня страховочного устройства

Из выражения 32 следует, что при постоянных коэффициентах трения обхвата ремнем упругого элемента общая жесткость амортизатора прямо пропорциональна действующей силе Р и обратно пропорциональна квадрату перемещения ремня, зависящего от числа упругих элементов.

Придвух упругих элементах

(3.4)

Проведенные аналитические исследования позволили получить следующие основные результаты:

Снизить динамическую нагрузку на тело человека в процессе падения можно за счет амортизатора, снабженного упругими элементами.

Динамическая нагрузка на тормозящееся при падении тело прямо пропорциональна отношению высоты падения к пути, пройденному ремнем при торможении, и чем больше путь торможения, тем меньше, динамическая нагрузка.

Разработана силовая схема амортизатора с двумя упругими элементами в виде круглых полых цилиндров, по которым обхватывая их, скользит ремень; установлены условия скольжения ремня по упругому элементу без заклинивания - отношение суммы сил приложенной и упругой в сбегающей ветви к силам, действующим в набегающей ветви, должно быть равно экспоненте с показателем степени, равным произведению коэффициента трения на угол обхвата ремнем упругого элемента.

Установлено, что динамическая нагрузка, воспринимаемая телом падающего человека во время защитного действия предохранительного средства, до безопасного значения 4000 Н обеспечивается за счет перемещения страхующего элемента (фала) между упругими элементами амортизатора, с коэффициентом трения в пределах 0,4< f <0,6.

Связь между средней тяжестью легких проявлений опасности и средним значением механической силы, действующей в процессе торможения тела, установлена в виде: m = m0 • ЕхР(г • F), при этом плотность

распределения проявлений опасности имеет вид f(m) = (b-l)/m0-ebrF), где 1<Ь<4,9.

Применение разработанного амортизатора для снижения динамической нагрузки, действующей на страхующегося человека при падении с высоты до значения 4000 Н, приводит к повышению уровня безопасности примерно в 4,5 раза, снижению травм со смертельными исходами примерно в 10 раз и повышению уровня охраны труда почти в 20 раз.

4 Разработка конструкции пояса шахтерского с амортизатором

В результате анализа результатов испытаний существующих средств индивидуальной защиты от падения с высоты и аналитического обоснования основных параметров амортизирующего устройства, обеспечивающего безопасность страхуемого при остановке падения, были разработаны технические требования к конструкции предохранительного пояса для применения на предприятиях угольной промышленности.

В качестве несущей части поясного ремня принят пояс шахтерский ПШ-2 конструкции ВостНИИ. Для снижения динамических нагрузок на тело человека, возникающих при защитном действии предохранительного пояса, разработана конструкция быстросъемного амортизатора с резиновыми деформируемыми элементами.

Конструкция предохранительного пояса должна предусматривать возможность страховки фалом, прицепляемым к поясному ремню, как у правого, так и у левого бока рабочего.

Все пояса должны комплектоваться быстросъемным амортизирующим устройством.

Прицепные кольца должны при застегивании находиться с правой и с левой стороны рабочего.

В модификации предохранительного пояса для горноспасателей с целью защиты кушака от теплового воздействия поверх капроновой ленты предусмотрено покрытие из ленты тканной (хлопчатобумажной или льняной), которое выдерживает высокие температуры — 350-400°С. Кроме того, лента из органических волокон обладает еще одним ценным качеством: при ее горении образуется дым с едким запахом. Следовательно, при случайном прикосновении ремня к раскаленному металлу (например к сварочному шву) рабочий получает об этом сигнал. Раскаленные частицы металла, отлетающие от сварочного шва, при попадании на капроновую ленту расплавляют капрон и остаются на нем до полного остывания, разрушая ткань. При попадании на ленту изготовленную из органических волокон эти частицы обугливают ее поверхность, но не прилипают, а свободно падают.

Для подтверждения правильности выбора материала защитного покрытия несущего ремня были проведены испытания на огнестойкость по ГОСТ Р. 12.4.184.

Фат пояса для горноспасателей должен быть защищен от огневого воздействия чехлом из брезента или изготовлен из негорючего материала. В местах присоединения к кольцам для карабинов лента фала должна быть обшита брезентом.

В модификации предохранительного пояса для горноспасателей необходимо предусматривать комплектование его сумками для инструмента и пр. и, кроме того, комплектоваться фалом удвоенной длины для ведения спасательных работ, автоматическим предохранительным устройством типа АПУ или ПИК-3 с канатом, а также средством для транспортировки пострадавшего.

Общая схема компоновки поясов приведена на рисунке 5.

Экспериментальные образцы поясов были испытаны в соответствии с требованиями ГОСТ Р 12.4.206.

Статические и динамические испытания поясов проводились по схемам, приведенным на рисунке 6.

Разработанные амортизаторы с резиновыми деформируемыми элементами с параметрами, рассчитанными в соответствии с вышеизложенными теоретическими исследованиями, были изготовлены и испытаны на динамическую нагрузку.

Для определения величины нагрузок и характера нагружения сбрасывали макет с высоты 1500 и 3000 мм.

Рисунок 5 Пояс предохранительный шахтерский

1 -типА;

2-типБ

I -пряжка; 2 - страховочное кольцо, 3 - карабин, 4 - кушак; 5 - шлевка; 6 - фал; 7 - подсумок для амортизатора съемного, 8 - сумки для инструмента, 9 - защита кушака

Характер нагружения фала при наличии амортизаторов резко отличался от такового при обычном капроновом фале.

Пиковые мгновенные и средние за 0,1 с нагрузки в фале без амортизатора составляли соответственно при высоте сбрасывания:

1500 мм - 10200 и 6320 Н; 3000 мм -12360 и 8240 Н.

1 - место приложения нагрузки,

2 - датчик силы (динамометр),

3 - ролик,

4 - пояс,

5 - карабинодержатель,

6 - карабин

Рисунок 6 А Схема статических испытаний поясов

1

О

4

1-груз;

2 - пояс;

3 - расцепляющее устройство, 4-фал

Рисунок б Б Схема динамических испытаний поясов

Нагрузки в фале, снабженном амортизаторами с резиновыми амортизаторами диаметром 6 мм, - пиковые мгновенные и средние за 0,1 с - составляли при высоте сбрасывания 1500 мм соответственно 3150 и 2860 Н.

Резиновые элементы амортизатора деформировались во время остановки падения и резина, выдавленная в щели под осями, после остановки падения восстанавливала свою форму, поэтому амортизатор можно было использовать вновь. Удлинение фала за счет деформации резины и спрямления ленты, составляло 50-60 мм, а длина проскальзывания фала между эластичными элементами - 26 см.

К положительным качествам амортизатора следует отнести возможность многократного использования.

Статические и динамические испытания разработанного пояса показали полное соответствие его эксплуатационных характеристик требованиям стандартов безопасности труда по средствам индивидуальной защиты от падения с высоты.

5 Разработка технических требований

Технические требования к предохранительным поясам для предприятий угольной промышленности включают в себя требования к способу страховки, амортизатору, кушаку пояса; узлу лямок; страховочным фалам, шлевкам, а также к предохранительному поясу для горноспасателей.

Предохранительный пояс должен выпускаться двух модификаций:

А - для шахтеров и Б - для горноспасателей.

Защиту основных несущих деталей предохранительного пояса, выполненных из капрона, можно достичь путем покрытия их ткаными материалами из органических волокон: несущий ремень - накладкой из тканой ленты, страховочные фалы - чехлами из брезента.

к предохранительным поясам для предприятий угольной промышленности

Амортизирующее устройство выпускается отдельно, для свободного комплектования СИЗ.

Технические требования (приложение) разработаны в соответствии с ГОСТ Р 12.4.011-89 «Средства защиты работающих от падения с высоты. Общие требования и классификация», ГОСТ Р 12.4.225-99 «Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Соединительные элементы. Общие технические требования. Методы испытаний», ГОСТ Р 12.4.222-99 «Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Общие технические требования. Методы испытаний», ГОСТ Р 12.4.206-99 «Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Методы испытаний», ГОСТ Р 50849-96 «Пояса предохранительные. Общие технические условия», а также по результатам стендовых и производственных испытаний экспериментальных образцов поясов монтажных шахтерских ПШ-2 и разработанных амортизаторов.

Технические требования включают в себя следующие разделы:

- область применения;

- определения;

- общие положения;

- общие технические требования;

- правила приемки;

- методы контроля;

- транспортирование и хранение;

- указания по эксплуатации;

- гарантии изготовителя.

Указанные требования согласованы с Кузнецким Управлением Госгортехнадзора и ФГУП ЦШ ВГСЧ.

Заключение

Диссертация является законченной научной квалификационной работой, в которой изложено научно-обоснованное техническое решение, имеющее существенное значение для обеспечения безопасности шахтеров и горноспасателей, работающих на высоте.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Установлено, что при сбрасывании макета весом 100 кгс с высоты 1500 мм амортизатор с резиновыми деформируемыми элементами обеспечивает в страховочном фале динамическую нагрузку при остановке падения до 4000 Н;

2. Установлено, что ограничение динамической нагрузки, воспринимаемой телом падающего человека во время защитного действия предохранительного средства, до безопасного значения 4000 Н обеспечивается за счет перемещения страхующего элемента (фала) между упругими элементами амортизатора, с коэффициентом трения в пределах 0,4< f <0,6;

3. Установлен характер проявления средней тяжести легких проявлений опасности изменяющихся по экспоненциальной зависимости от среднего значения действовавшей в процессе остановки падения динамической силы.

4. Разработаны и изготовлены специальные стенды для динамических и статических испытаний средств индивидуальной защиты от падения с высоты. Испытания проведены в соответствии с требованиями ГОСТ Р 12.4.206-99 «Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Методы испытаний».

5. Разработана конструкция предохранительного пояса шахтерского для применения на предприятиях угольной промышленности.

6. Разработана конструкция амортизатора для средств индивидуальной защиты от падения с высоты, которая обладает патентной чистотой и защищена в Федеральном институте промышленной собственности свидетельством на полезную модель.

7. Разработаны технические требования к предохранительным поясам для страховки работающих от падения с высоты на предприятиях угольной промышленности

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Свидетельство РФ на полезную модель № 28039 от 23.09.02 "Амортизатор для предохранительного пояса" / Огурсцкий В А.

2. Огурецкий В. А. Предохранительные средства от падения людей в горные выработки.: Материалы Международной научно-практической конференции "БЖД предприятий в угольных регионах".- Кемерово, 2002.

3. Огурецкий В. А. Совершенствование средств индивидуальной защиты от падения с высоты // Борьба с авариями в шахтах: Сб. науч. трудов РосНИИГД. -Кемерово, 2003.-Вып.16.

4. Огурецкий В. А. Амортизирующее устройство для средств индивидуальной защиты от падения с высоты в горные выработки // Борьба с авариями в шахтах: Сб. науч. трудов РосНИИГД — Кемерово, 2003. -Выи. 16.

5. Огурецкий В. А. Усилия, действующие при торможении падающего тела / В. А. Огурецкий, Л. М Поляк // Вопросы безопасности труда на горных предприятиях: Сб. науч. трудов КузГТУ. - Кемерово, 2003.

6. Огурецкий В. А. Защита шахтеров от травмирования при падении с высоты// Вопросы безопасности труда на горных предприятиях: Сб. науч. трудов КузГТУ № 2. - Кемерово, 2003.

7. Огурецкий В. А. Средства защиты людей от падения с высоты.: Материалы научных чтений "Белые ночи-2003".- С-Петербург, 2003.

Подписано в печать 05 05.2004 Тираж 100 экз. Формат 60x90 1/16 Печать офсетная. Печ. Л.1,0. Заказ №7. 2004г. Кемерово, Ротапринт ВостНИИ, Институтская, 3

4-9021

Введение

1 Состояние вопроса и задачи исследования 11 ф 1.1 Предохранительные пояса

1.2 Механические предохранительные устройства

1.3 Цель работы и задачи исследования

2 Исследование существующих средств индивидуальной защиты от 32 падения с высоты

2.1 Методика проведения стендовых испытаний

2.2 Результаты стендовых испытаний СИЗ и их анализ 40 Выводы

3 Аналитическое обоснование параметров амортизирующего уст- 51 ройства

3.1 Определение сил, действующих в системе страховочный 52 фал - амортизатор при остановке падения

3.2 Определение основных параметров амортизатора

3.3 Установление зависимости безопасности страховки СИЗ от 64 падения с высоты от величины тормозной силы

Выводы

4 Разработка конструкции пояса шахтерского с амортизатором 75 4.1 Испытания пояса шахтерского с амортизатором 78 Выводы

5 Разработка технических требований к предохранительным поясам 81 для работников предприятий угольной промышленности

Правилами безопасности в угольной промышленности предусматривается страховка людей, работающих в местах, где существует опасность падения с высоты или в выработки. Основным средством страховки являются предохранительные пояса, которые применяются самостоятельно или в комплексе с другими устройствами.

На подземных работах широко применяется пояс ПШ-2, разработанный ВостНИИ для страховки рабочих в шахтах, отрабатывающих крутопадающие пласты. Этот пояс полностью заменил применявшиеся ранее пояса по ОСТ 17-15-70, разработанные лабораторией охраны труда Министерства связи СССР для рабочих, занятых на строительстве сооружений и различных работах на воздушных линиях связи, а также пояса, соответствующие ГОСТам 5718-77 и 14185-77, предназначенные для эксплуатации на предприятиях энергетической промышленности.

Ранее в угольной промышленности, применялись и другие средства защиты от падения, работающие в комплексе с предохранительными поясами:

АПУ — автоматическое предохранительное устройство;

ПИК-3 - канатный парашют, который можно перемещать по натянутому вертикально или наклонно канату.

Все перечисленные средства индивидуальной защиты рабочих от падения с высоты имели различное конструктивное исполнение, которое обусловливало различие динамические характеристики при остановке падения страхуемого рабочего. Фалы поясов выполнялись из сварных цепей, капроновых лент, капроновых витых шнуров, поэтому при резкой остановке падения страхуемого человека усилия, возникающие в этих фалах, были разной величины.

Все указанные пояса разрабатывались в соответствии с требованиями ГОСТ 5718-77 «Пояса предохранительные. Технические требования», по которым усилие, возникающее в фале длиной 1300 мм при падении человека, должно ограничиваться величиной 6860 Н (700 кгс). Вместе с тем, кафедрой травматологии Московского медицинского института на основании экспериментальных исследований воздействия усилий, возникающих при остановках падения в элементах предохранительных поясов, на организм страхуемого человека рекомендуются следующие предельные значения этих усилий:

- для талиевых (безлямочных) поясов шириной 50 и 100 мм соответственно - 4000 и 5000 Н за время 0,1-0,05 с;

- для поясов с наплечными лямками предел усилий торможения падения не устанавливался; отмечено только, что усилия до 5000 Н безвредны.

С введением в действие ГОСТ 12.4.011 "Средства защиты рабочих. Общие требования и классификация" предохранительные пояса должны соответствовать следующим условиям.

Динамическая нагрузка, действующая на тело человека при защитном действии пояса, снабженного амортизатором, не должна превышать 4000 Н. Фал пояса из синтетического материала должен выдерживать динамическую нагрузку, возникающую при падении груза массой 100 ±1 кг с высоты, равной двум максимальным длинам стропа, не менее 23 кН.

В настоящее время нет специальных нормативов, ограничивающих конструктивные и силовые параметры средств индивидуальной защиты от падения с высоты, применяемых на предприятиях угольной промышленности, что затрудняет выбор этих средств для конкретных условий.

В "Анализе аварийности на угольных предприятиях РФ в 2Р02 году" (г. Кемерово, НЦ ВостНИИ и РосНИИГД) отмечено, что за последний 10-летний период из-за реконструкции отрасли изменился шахтный фонд и как следствие этого произошло изменение количественной характеристики аварийности и ее структуры. Поэтому для проведения объективного анализа аварийности рекомендовано ограничиваться периодом, с 1998 по 2002гг., в рамках которого количество шахт и их добыча становятся относительно стабильными. В таблице 1 приведены данные по смертельному травматизму на предприятиях угольной промышленности, обусловленному падением с высоты.

Таблица 1

Анализ смертельных несчастных случаев от падения с высоты на угольных шахтах и разрезах

Год Шахты Разрезы

Травмировано, чел.

Всего От падения с высоты % Всего От падения с высоты %

1993 197 18 7,38 31 Н.д. Н.д.

1994 187 26 13,9 22 2 9,1

1995 173 14 8,1 21 2 9,5

1996 124 17 13,7 21 2 9,5

1997 225 9 4,0 19 -

1998 135 14 10,4 23 6 26,0

1999 100 9 9,0 15 1 6,7

2000 129 6 4,7 26 2 7,7

2001 97 7 7,2 17 2 11,8

2002 70 5 7,1 6 -

Всего 1437 125 8,7 201 17 8,45

На рисунке 1 показана динамика общей аварийности с 1993 по 2002 гг., из которого видно, что во второй половине исследуемого периода, с 1998 года, когда объем добычи угля стабилизировался, отчетливо просматривается резкое снижение уровня аварийности.

На рисунке 2 приведена динамика смертельного травматизма от падения с высоты на угольных шахтах за этот же период. Из приведенных данных следует, что травматизм от падения с высоты во второй половине рассматриваемого периода снизился в тех же пропорциях, примерно на 50%, то есть из-за объективных причин, связанных с реконструкцией предприятий угольной отрасли. При этом качественного улучшения состояния техники безопасности в вопросах, касающихся страховки людей, работающих в местах опасных по фактору падения с высоты, не произошло.

140 у 120 -100 -80 -60 -40 -20 -0 -

1993г. 1994г. 1995г. 1996г. 1997г. 1998г. 1999г. 2000г. 2001г. 2002г.

Количество аварий за год «■-"-* График изменения средней величины

Рисунок 1 Динамика общей аварийности на предприятиях угольной промышленности с 1993 по 2002 гг.

1993г. 1994г. 1995г. 1996г. 1997г. 1998г. 1999г. 2000г. 2001г. 2002г.

I Л Травмировано от падения с высоты, чел. —Среднее значение

Рисунок 2 Динамика несчастных случаев (смертельных) от падения с высоты на угольных шахтах

В соответствии с требованиями ПБ 05-618-03 «Правила безопасности в угольных шахтах» при проходке, оборудовании вертикальных и наклонных выработок, отработке крутых пластов щитовой системой и лавами, при эксплуатации и ремонте шурфов, стволов, копров, строительстве поверхностных сооружений шахт (при работе на высоте 4-5 м и выше) и других работах, связанных с опасностью падения людей в выработки или с высоты, предусматривается обязательное применение предохранительных поясов.

Анализ производственного травматизма на угольных предприятиях отрасли как при ведении работ под землей, так и на поверхности показал, что четверть из них происходит из-за падения людей, выполняющих технологические операции, как на высоте так и при их передвижении по наклонным выработкам из-за отсутствия или неиспользования СИЗ от падения с высоты.

Эти обстоятельства свидетельствуют об актуальности разработки средств защиты от падения с высоты для подземных рабочих, в том числе и горноспасателей. В связи с этим нами были проведены исследования эксплуатационных характеристик предохранительного пояса ПШ-2 в соответствии с требованиями ГОСТ Р12.4.206-99.

Цель работы - разработка средства индивидуальной защиты от падения с высоты.

Идея работы заключается в снижении динамической нагрузки, воздействующей на тело человека при остановке падения с высоты, за счет энергоемкости системы "амортизатор - страховочный фал", обеспечиваемой взаимодействием фала с элементами амортизатора, обладающими упругими свойствами.

Задачи исследований:

- установить характеристики динамических нагрузок, воздействующих на человека при остановке падения с высоты существующими средствами индивидуальной защиты;

- определить комплекс параметров безопасной остановки падения человека с высоты;

- разработать конструкцию амортизатора;

- разработать СИЗ от падения человека с высоты для применения в угольных шахтах.

Методы исследований. В работе использованы аналитические методы с применением современной вычислительной техники, стендовые испытания средств индивидуальной защиты от падения человека с высоты различных конструкций.

Объектами исследований являлись различные материалы предохранительных устройств, амортизационные устройства и конструкции СИЗ.

Научные положения, выносимые на защиту:

- пиковые значения динамического усилия, действующие на тело, при остановке падения снижаются за счет поглощения энергии динамического удара амортизатором с упругими деформируемыми элементами;

- ограничение динамической нагрузки на тело падающего человека во время защитного действия предохранительного средства до безопасного значения 4000 Н обеспечивается за счет перемещения страхующего фала между упругими элементами амортизатора;

- средняя тяжесть легких проявлений опасности изменяется по экспоненциальной зависимости от среднего значения действовавшей в процессе остановки падения динамической силы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлено, что снижение пиковых значений динамической силы на тело человека в процессе падения возможно за счет применения амортизатора, снабженного упругими элементами;

- сила перемещения страхующего элемента (фала) между упругими элементами амортизатора снижает динамическую нагрузку в процессе остановки падения до безопасного значения 4000 Н;

- связь между средней тяжестью легких проявлений опасности и средним значением механической силы, действовавшей в процессе торможения тела, установлена в виде: ш = ш0 • ЕхР(г • Р), при этом плотность распределения проявлений опасности имеет зависимость Г(т) = (Ь - 1)/т0 • еЬгр), где 1< Ь <4,9.

Практическое значение работы сводится к разработке:

- стенда для проведения испытаний средств индивидуальной защиты;

- технических требований к средствам индивидуальной защиты от падения людей с высоты на предприятиях угольной промышленности;

- конструкции пояса шахтерского;

- конструкции амортизатора для предохранительного пояса.

Личный вклад автора состоит:

- в установлении зависимости жесткости упругих элементов амортизатора от величины перемещения по ним фала и коэффициента трения "амортизатор - страховочный фал";

- в разработке конструкции пояса шахтерского;

- в разработке конструкции амортизатора с двумя упругими элементами в виде круглых полых цилиндров;

- в разработке технических требований к предохранительным поясам от падения человека с высоты для применения в условиях угольных шахт;

- в определения уровня опасности, безопасности и охраны труда в зависимости от среднего значения динамической силы.

Реализация работы. Полученные результаты и выводы по диссертационной работе использованы при разработке новой конструкции предохранительного пояса с амортизатором и нормативного документа «Технические требования к средствам индивидуальной защиты от падения людей с высоты на предприятиях угольной промышленности».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получали одобрение на научно-технических советах ОАО УК «Кузбасс-уголь», Прокопьевского ОВГСО, Новокузнецкого ОВГСО, Кемеровского ОВГСО, Кемеровского экспериментального завода средств безопасности (КЭЗСБ), Центрального штаба ВГСЧ угольной промышленности, Вос-тНИИ (1999-2003 гг), Международной научно-практической конференции

Кемерово, 2002г.), Международной научной конференции "Белые ночи" (г. Санкт-Петербург, МАНЭБ, 2003г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ.

ВЫВОДЫ

Испытания разработанного пояса показали полное соответствие его эксплуатационных характеристик требованиям стандартов безопасности труда по средствам индивидуальной защиты от падения с высоты.

В целом по результатам испытаний поясов шахтерских и амортизаторов необходимо отметить следующее:

- надежность поясов очень высока. Они выдерживают многократные остановки падения с высоты до 3000 мм;

- фал из сдвоенной ленты надежно работает при высоте сбрасывания до 3000 мм;

- нагрузки в фале, снабженном амортизатором, при высоте сбрасывания 1500 - 3000 мм не превышают 4000 Н.

5 РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫМ ПОЯСАМ ДЛЯ РАБОТНИКОВ ПРЕДПРИЯТИЙ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Для разработки технических требований к поясам были обследованы условия безопасности ведения работ на высоте на предприятиях угольной промышленности.

Установлено, что по условиям работы возможна страховка фалом, соединенным с поясным ремнем.

Таким образом, исходя из условий обеспечения безопасности работы на различных объектах шахтного строительства и монтажа, а также требований производственников конструкция предохранительного пояса должна предусматривать возможность страховки фалом. Фал должен фиксироваться с одной стороны за опору, находящуюся на расстоянии длины фала, с другой к поясу, как у правого, так и у левого бока рабочего.

Технические требования, приведенные ниже, разрабатывались в соответствии с ГОСТ Р12.4.011-89 "Средства защиты работающих. Общие требования и классификация", ГОСТ Р 12.4.184-95 "Пояса предохранительные. Общие технические требования. Методы испытаний", ГОСТ Р 12.4.206-99 "Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Методы испытаний", ГОСТ Р 12.4.222-99 "Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Амортизаторы. Общие технические требования. Методы испытаний", ГОСТ Р 12.4.225-99 "Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Соединительные элементы. Общие технические требования. Методы испытаний", ГОСТ Р 12.4.266-99 "Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Основные требования к инструкции по применению и маркировке", а также по результатам стендовых и производственных испытаний экспериментальных образцов поясов монтажных шахтерских ПШ-2.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Общие технические требования, методы испытаний, правила и порядок оценки качества разработаны для поясов шахтерских спасательных (далее по тексту - поясов).

Настоящие нормы распространяются на выпускаемые, вновь разрабатываемые и приобретаемые за рубежом пояса.

Настоящие нормы могут применяться при сертификационных испытаниях в Системе сертификации в области производственной безопасности.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Пояс шахтерский спасательный - средство индивидуальной защиты, закрепляемое на теле человека, предназначенное для страховки при работе в местах, опасных по падению с высоты, спасания людей, а также для ношения аккумулятора головного светильника.

Кушак - конструктивный элемент пояса, непосредственно охватывающий тело человека по талии.

Пряжка - конструктивный элемент пояса, предназначенный для его фиксации на теле человека и регулирования по длине.

Энергопоглощающее устройство (амортизатор) — устройство, снижающее до безопасной величины динамическую нагрузку, действующую на тело человека при защитном действии пояса.

Карабин - элемент пояса, служащий для непосредственного закрепления фала.

Фал - конструктивный элемент страховочной системы, связывающий человека при помощи карабинов с местом закрепления.

Страховочное кольцо - конструктивный элемент пояса, предназначенный для закрепления за него амортизатора с фалом.

АПУ - автоматическое предохранительное устройство с тормозным барабаном, позволяющее человеку отходить от места страховки на определенное расстояние. В случае падения при рывке канат блокируется и автоматически останавливает дальнейшее падение человека.

ПИК - парашют индивидуальный канатный для автоматической страховки рабочих при передвижении по крутонаклонным и вертикальным выработкам. Страховка осуществляется относительно натянутого вдоль выработки стального каната

Подвесная система - служит для транспортировки пострадавших.

Опора — элемент конструкции, страховочный канат, специальные приспособления и др., к которым закрепляется человек карабином пояса.

Страховочный канат - канат, прочно закрепленный на опорах, установленный вертикально, горизонтально или с наклоном к горизонтальной плоскости, выполняющий функцию опоры при -закреплении за него карабином фала в процессе выполнения трудовых операций в местах опасных по падению с высоты.

Шлевка - конструктивный элемент пояса, предназначенный для за-пасовки свободного конца поясного ремня.

Подсумок - конструктивный элемент страховочной системы, предназначенный для хранения, переноски и защиты амортизатора и фала от внешних воздействий.

Назначенный ресурс - суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация пояса должна быть прекращена независимо от его технического состояния.

Работоспособность (работоспособное состояние) - состояние пояса, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и конструкторской документации.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности пояса.

Критерий отказа - признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния пояса, установленные в нормативно-технической и конструкторской документации.

Свободное падение человек с высоты - падение человека в свободном пространстве без касания (зацепления) каких-либо элементов конструкций, предметов, опор и т.п.

3. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3.1. Технические параметры поясов и материалов, применяемых для их изготовления, должны соответствовать требованиям, изложенным в настоящих нормах.

3.2. Продукция, изготавливаемая отечественными предприятиями, допускается к проведению сертификационных испытаний в области безопасности труда, если она в установленном порядке прошла все стадии и этапы разработки, предусмотренные ГОСТ 15.001, ГОСТ 2.103, все виды испытаний (включая межведомственные приемочные), имеет полный комплект конструкторской документации на серийное производство, согласованной с Департаментом угольной промышленности.

Продукция, импортируемая Российским потребителям, допускается к проведению сертификационных испытаний в области безопасности труда, если она сопровождается эксплуатационной документацией, отвечающей настоящим требованиям.

Экспертиза конструкторской документации обязательна при организации и проведении сертификационных испытаний в области безопасности труда.

3.3. Конструкторская документация на отечественную продукцию должна быть оформлена в соответствии с требованиями ЕСКД и откорректирована по результатам испытаний установочной серии с присвоением в установленном порядке литеры "А".

Эксплуатационная документация на продукцию, импортируемую Российским потребителям, должна быть оформлена на русском языке по ГОСТ 2.601 и одобрена Госгортехнадзором России.

3.4. Перечень использованных в настоящих нормах стандартов, технических условий и других нормативных документов приведен в приложении 1.

3.5. Пояса шахтерские спасательные по конструктивному исполнению подразделяются на два типа: пояса шахтерские спасательные общего назначения (тип А); пояса шахтерские спасательные специальные (для горноспасателей, тип Б).

4. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Пояса должны соответствовать требованиям настоящего нормативного документа и техническим условиям на пояса конкретных конструкций. В технических условиях должны быть разработаны в дополнение к настоящему документу необходимые технические требования, обеспечивающие возможность разработки, изготовления и эксплуатации поясов, конкретные методы испытаний и указания по эксплуатации поясов.

4.1 Требования эргономики

Конструкция пояса должна обеспечивать максимальное удобство и комфортность его эксплуатации. Элементы и детали, их соединение и взаиморасположение не должны причинять боль и различные неудобства, человеку.

4.2. Требования к конструкции

4.2.1. В конструкцию пояса должны входить: кушак; пряжка; шлевка; страховочные кольца (два); фал (один или два); карабины (два); быстросъемный амортизатор; подсумок;

ПИК в комплекте с канатом (для пояса типа Б); АПУ (для пояса типа Б);

Подвесная система для эвакуации пострадавшего (для пояса типа Б). 4.2.2. Пояса должны выпускаться по типоразмерам, приведенным в таблице 1, обеспечивающим обхват талии в пределах от 800 до 1500 мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научной квалификационной работой, в которой изложено научно-обоснованное техническое решение, имеющее существенное значение для обеспечения безопасности шахтеров и горноспасателей, работающих на высоте.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Установлено, что при сбрасывании макета весом 100 кгс с высоты 1500 мм амортизатор с резиновыми деформируемыми элементами обеспечивает в страховочном фале динамическую нагрузку при остановке падения до 4000 Н;

2. Выявлено, что ограничение динамической нагрузки, воспринимаемой телом падающего человека во время защитного действия предохранительного средства, до безопасного значения 4000 Н обеспечивается за счет перемещения страхующего элемента (фала) между упругими элементами амортизатора, с коэффициентом трения в пределах 0,4< £ <0,6;

3. Установлен характер проявления средней тяжести легких проявлений опасности изменяющихся по экспоненциальной зависимости от среднего значения действовавшей в процессе остановки падения динамической силы.

4. Разработаны и изготовлены специальные стенды для динамических и статических испытаний средств индивидуальной защиты от падения с высоты. Испытания проведены в соответствии с требованиями ГОСТ Р 12.4.206-99 «Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Методы испытаний».

5. Разработана конструкция предохранительного пояса шахтерского для применения на предприятиях угольной промышленности.

6. Разработана конструкция амортизатора для средств индивидуальной защиты от падения с высоты, которая обладает патентной чистотой и защищена в Федеральном институте промышленной собственности свидетельством на полезную модель.

7. Разработаны технические требования к предохранительным поясам для страховки работающих от падения с высоты на предприятиях угольной промышленности

1. Лудзиш B.C. Аварийность и травматизм на шахтах Кузбасса и меры по их снижению / B.C. Лудзиш, Г.И. Кулаков. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999.

2. Голик A.C. Анализ аварийности на предприятиях угольной промышленности России за 2001 год / A.C. Голик, В.В. Мячин, В.А. Зубарева. Кемерово, 2002.

3. Громов А.П. Биомеханика травмы.- М., 1979.

4. Варшавский Я.М. Предохранительные средства от падения людей в выработки / Я.М. Варшавский, A.B. Паршин.- М.:Недра, 1970.

5. Нейман И.М. Средства индивидуальной защиты на производстве.-М.: Профиздат, 1958.

6. Григорьян С.М. Техника безопасности, противопожарная техника в нефтяной промышленности.- М.:Госгортехиздат, 1976.

7. Бабокин И.А. Система безопасности труда на горных предприяти-ях.-М.: Недра, 1984.

8. Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах: Материалы IV Международной научно-практической конференции. -Кемерово, 2000.

9. Защита рабочих горнорудной промышленности от производственных опасностей и вредностей: Сб. ст./ ВНИИ охраны труда и техники безопасности в горнорудной промышленности,- М.: Недра, 1990.

10. Ильин A.M. Безопасность труда в горной промышленности / A.M. Ильин, В.Н. Антипов, A.M. Наймарк.- М.: Недра, 1991.

11. Вопросы безопасности труда на горных предприятиях. Материалы конференции, посвященной 100-летию со дня рождения П.И. Кокори-на.- Кемерово: КузГТУ, 2002.

12. Безопасность труда в горнорудной промышленности: Сб. ст./ ВНИИ охраны труда и техники безопасности в горнорудной промышленности.- М.: Недра, 1987.

13. Состояние травматизма на предприятиях угольной промышленности России, входящих в компанию "Росуголь" за 6 месяцев 1995 года. -Кемерово, 1995.

14. Состояние травматизма на угольных предприятиях на шахтах за рубежом. М.: ЦНИЭИУголь,1975.

15. Состояние и причины производственного травматизма на шахтах угольной промышленности. Донбасс-Макеевка, 1968.

16. Казакова Е.А. Техника страховки в горах.- М.гПрофтехиздат,1950.

17. Чеченев М.П. Предохранительный пояс для работ на высоте// Безопасность труда.- 1979.-№3.

18. Баскаков В.И. Предохранительный пояс для шахтеров/ В.И. Баскаков, В.П. Альхимович, В.А. Зубарева// Безопасность труда в промышленности.-1982.- № 3.

19. Поляков Ю. И. Проявление производственной опасности в шахтах при воздействии на работающего механических сил: Науч. тр. / ВостНИИ.- Кемерово, 1996.

20. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы.- М.: Наука, 1977.

21. Вентцель Е.С. Теория вероятностей.- М.: Наука, 1969.

22. Ефимов В.И. Физика уровней охраны труда/ В.И. Ефимов, Ю.И. Поляков Кемерово: НЦ ВостНИИ, 2001.

23. Правила безопасности в угольных шахтах.- М.: ГУП НТЦ ПБ,2003.

24. ГОСТ Р 12.04. 011. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация. -М.: Изд-во стандартов, 1990.

25. ГОСТ Р 12.4.206-99. Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Методы испытаний. -М.: Изд-во стандартов, 2000.

26. ГОСТ Р 12.4.184-95. Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Амортизаторы. Общие технические требования.

27. Методы испытаний. -М.: Изд-во стандартов, 1996.

28. ГОСТ Р 12.4.205-99. Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Удерживающие системы. Общие технические требования. Методы испытаний. -М.: Изд-во стандартов, 2000.

29. ГОСТ Р 12.4.222-99. Пояса предохранительные. Общие технические требования. Методы испытаний. -М.: Изд-во стандартов, 2000.

30. ГОСТ Р 12.4.223-99. Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Стропы. Общие технические требования. Методы испытаний. -М.: Изд-во стандартов, 2000.

31. ГОСТ Р 12.4.224-99. Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Страховочные привязи. Общие технические требования. Методы испытаний. -М.: Изд-во стандартов, 2000.

32. ГОСТ Р 12.4.225-99. Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Соединительные элементы. Общие технические требования. Методы испытаний. -М.: Изд-во стандартов, 2000.

33. ГОСТ Р 12.4.226-99. Средства индивидуальной защиты от падения с высоты. Основные требования к инструкции по применению и маркировке. -М.: Изд-во стандартов, 2000.

34. ГОСТ Р 12.4. 107-82. Строительство. Канаты страховочные. Общие технические требования. -М.: Изд-во стандартов, 1985.

35. ГОСТ Р 12.4.220-02. Средства индивидуальной защиты. Метод определения стойкости материалов и швов к действию агрессивных сред. -М.: Изд-во стандартов, 2002.

36. ГОСТ Р 50849-96. Пояса предохранительные строительные. -М.: Изд-во стандартов, 1996.

37. Устав военизированных горноспасательных частей по организации и ведению горноспасательных работ в угольных шахтах. М., 1991.

38. Инструкция // Правила безопасности в угольных шахтах.- М.: Наука, 1996.

39. Корн Г. Справочник по математике/ Г. Корн, Т. Корн.- М.: Наука,1973.

40. Правила безопасности в угольных шахтах: ПБ 05-618-03.-М.:ГУП НТЦ ПБ Госгортехнадзора России, 2003. Вып. 11.

41. Методика оценки последствий аварий на опасных производственных объектах.- М.:ГУП НТЦ ПБ Госгортехнадзора РФ, 2002. Вып. 2.

42. Безопасность жизнедеятельности: Словарь-справочник.- С.-П.,2001.

43. Зотов Б.И. Безопасность жизнедеятельности на производстве/ Б.И. Зотов, В.И. Курдюмов.- М.: Колос, 2000.

44. Браун Дэвид Б. Анализ и разработка систем обеспечения техники безопасности .- М.: Машиностроение , 1979.

45. Зотов Б.И. Проектирование и расчет средств обеспечения безопасности / Б.И. Зотов, В.И. Курдюмов.- М.: Колос, 1997.

46. Каминский СЛ. Средства индивидуальной защиты/ С Л.Каминский, K.M. Смирнов, В.И. Жуков. -JL: Химия, 1989.

47. Хенли Э. Дж. Надежность технических систем и оценка риска/ Э. Дж. Хенли, X. Кумамото. М.: Машиностроение, 1984.

48. Денисенко Г.В. Охрана труда. М.: Высшая школа, 1985.

49. Справочная книга по охране труда / Под ред. О.Н. Русака, A.A. Шайдарова. -Кишенев, 1978.

50. ГОСТ 9. 029-74. Резины. Методы испытаний на стойкость к старению при статической деформации сжатия. -М.: Изд-во стандартов, 1975.

51. ГОСТ 20014-83. Резины пористые. Методы определения сопротивления сжатию. -М.: Изд-во стандартов, 1984.

52. ГОСТ 28588.1-90 (ИС04661-1-86). Резина. Подготовка проб и образцов для испытаний. -М.: Изд-во стандартов, 1992.

53. ГОСТ 269-66. Резина. Общие требования к проведению физико-механических испытаний. -М.: Изд-во стандартов, 1966.

54. ГОСТ 11721-78. Резина пористая. Метод определения остаточного сжатия. -М.: Изд-во стандартов, 1978.

55. Охрана труда в строительстве. Справочник / В.И. Русин, Г.Г. Орлов, Н.М. Неделько и др. Киев: Будивэльник, 1990.

56. Гладков Ю.А. Аппараты, приборы и оборудование горноспасательной службы.-М.: ЦНИЭИ уголь, 1981.

57. Охрана труда. Предохранительные пояса. М.: ВЦНИИОТ ВЦСПС, 1982.

58. Инструкция по эксплуатации предохранительных поясов типа ПШ. Кемерово, ВостНИИ, 1975.

59. Инструкция по эксплуатации предохранительных устройств типа АПУ.-Кемерово, ВостНИИ, 1975.

60. Техника безопасности в угольной промышленности. М.: Гос-гортехиздат, 1963.

61. Руководство по применению предохранительных средств от падения людей в выработки при щитовой системе разработки на шахтах Кузбасса. Кемерово, 1968.

62. Предохранительные пояса для строителей, горняков, цирковых работников, альпинистов, спелеологов; Средства, предохраняющие от падения с высоты. Кемерово, 1980.

63. Федеральный закон О промышленной безопасности опасных производственных объектов: от 21.07. 97 №116-ФЗ.

64. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов: №РД 03-418-01: Утв. постановлением Гос-гортехнадзора России от 10.07.01 №30.

65. Мероприятия по предотвращению падения людей в печи щитовых забоев. Кемерово, 1967.

66. Соловьев М.П. Средства индивидуальной защиты шахтеров.- М.: Недра, 1964.