автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Обоснование технических способов повышения безопасности труда бурильщиков при работе с переносными пневматическими перфораторами

^ /

Северо-Западный научный центр гигиены и общественного здоровья

/

На правах рукописи

ДОБРОБОРСКИЙ БОРИС САМУИЛОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА БУРИЛЬЩИКОВ

ПРИ РАБОТЕ С ПЕРЕНОСНЫМИ ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ

ПЕРФОРАТОРАМИ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05.26.01 Охрана труда

Научные руководители:

Заслуженный деятель науки и техники Р.Ф., доктор технических наук, профессор Шувалов Ю.В.

Доктор медицинских наук Бутковская З.М

Санкт-Петербург 1999

ОГЛ АВЛЕНИЕ

Стр.

Введение Анализ санитарно-гигиенических условий труда бурильщиков.................................................................... 4

Глава 1. Переносные пневматические перфораторы и общая постановка задачи исследования. Основные эргономические показатели системы «бурильщик-перфоратор, методика их измерения и разработанная аппаратура............. 14

1.1. Переносные пневматические перфораторы и подающие устройства для них................................................ 14

1.2. Эргономические показатели системы «бурильщик-перфоратор».............................................................. 24

1.3 Технические эргономические показатели системы

«бурильщик-перфоратор»......................................... 25

1.4. Биологические эргономические показатели системы «бурильщик-перфоратор», удельные энергозатраты и биологические затраты бурильщика............................ 34

1.5. Измерения эргономических показателей системы «бурильщик-перфоратор»......................................... 37

1.6 Определение удельных энергозатрат бурильщика и

воздействия вибрации на человека.............................. 47

Выводы .......................................................................... 53

Глава 2. Экспериментальные исследования переноснь!х пневматических перфораторов в системе «бурильщик-перфоратор» 55

2.1. Исследование эргономических показателей перфораторов на пневмоподдержках при бурении горизонтальных и наклонных шпуров............................... 55

2.2. Исследование эргономических показателей перфораторов при бурении вертикально вниз........................... 66

Выводы .......................................................................... 76

Глава 3. Теоретические исследования эргономических показателей системы «бурильщик-перфоратор»..................... 77

Выводы .......................................................................... 96

Глава 4. Обеспечение оптимальных режимов работы системы

«бурильщик-перфоратор»........................................ 97

4.1. Исследование оптимальных режимов работы системы «бурильщик-перфоратор»........................................ 97

4.2. Исследование эргономических показателей перфоратора ПР25С................................................................ 99

4.3. Устройства для частичной автоматизации бурения вниз переносным перфоратором с подающим устройством..... 107

4.4. Исследование эргономических показателей буровой установки «БУР-1»....................................................................112

4.5. Исследования эргономических показателей буровой установки «БУР-2»........................................................................................118

4.6. Методы объективной оценки труда бурильщиков......................123

Выводы ..............................................................................127

Заключение ....................................................................................................................................................129

Литература ............................................................................................132

ВВЕДЕНИЕ

АНАЛИЗ САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ТРУДА

БУРИЛЬЩИКОВ

Актуальность работы

Изготовление переносных пневматических перфораторов в России производится в соответствии с техническими условиями «Перфораторы переносные» 12.01.73814.044-89 ТУ. (до 1989г. именовались «Перфораторы ручные»).

Основные эргономические показатели перфораторов должны соответствовать: по уровню вибрации на рукоятках ГОСТу 12.1. 012-90 "Вибрационная безопасность", по допустимому усилию подачи по тому же ГОСТу, по уровню шума ГОСТу 12.1. 003-83 , а также санитарным правилам и нормам «Гигиенические требования к ручным инструментам и организации работ СанПиН 2.2.2540-96».

Переносные пневматические перфораторы играют основную роль в общем объеме мелкошпурового бурения среди других видов оборудования для бурения шпуров, что видно из данных Союзглавтяжмаша (табл.1) о выпуске в 1990 году всех видов оборудования для бурения шпуров (ударно-поворотным и ударно-вращательным способом).

Таблица 1

Выпуск бурового оборудования в Российской Федерации в 1990 г.

Вид бурового оборудования Переносные перфораторы Колонковые перфораторы Телескопные перфораторы Механизированные буровые установки

Выпуск, шт. 33800 400 11300 2285

Выпуск, % 71 0,84 23,6 4,7

Все перфораторы, различаясь между собой по массе (18-40 кг) и конструктивному исполнению, основаны на одном и том же принципе: возвратно-поступательном движении поршня-ударника, наносящего в конце своего рабочего хода удар по буровой штанге, и повороте буровой штанги на некоторый угол при каждом обратном ходе поршня-ударника с помощью поворотного механизма. Работа пневматических перфораторов сопровождается высоким уровнем вибрации, вредно воздействующим на работающих с ними бурильщиков, в связи с чем рукоятки снабжаются специальными виброга-сящими устройствами.

Большая роль в разработке теоретических основ виброгасящих устройств под руководством Е.В. Александрова принадлежит Институту горного дела им. A.A. Скочинского. Принцип "Масса на упругом основании", предложенный этим институтом, лег в основу всех виброгасящих устройств перфораторов, выпускаемых в странах СНГ. В направлении снижения вибрации ручных машин выполнен ряд работ и другой научной школой в Сибирском отделении РАН под руководством Б.В. Суднишникова.

Из зарубежных перфораторов лишь некоторые снабжены виброгасящими "качающимися" рукоятками (например, фирмы "Фурукава").

Другим недостатком перфораторов является необходимость приложения больших усилий подачи для обеспечения производительного бурения. В таблице 2 показаны способы обеспечения подачи, применяемые в различных видах оборудования и их основные недостатки.

Исследованиями эргономических показателей ручных механизированных инструментов занимаются НИИ гигиены труда РАМН (Г.А. Суворов), СевероЗападный научный центр гигиены и общественного здоровья (З.М. Бутковская), Санкт-Петербургский НИИ охраны труда (И.С. Алексеева), Санкт-Петербургская медицинская академия им. И.И. Мечникова (Е.Ц. Андреева-Галанина Е.Ц., A.C. Нехорошев, E.H. Кадыскина) и многие другие.

Таблица 2

Способы подачи, используемые в буровом оборудовании___

Направление бурения Вид оборудования Способ Подачи Основные недостатки

Вертикально Вниз Ручные перфораторы Масса перфоратора + физическое усилие бурильщика .Мало усилие подачи: около 600Н при требуемом 1200-1500Н.

Горизонтальное и наклонное Перфораторы на пнев-моподдерж-ках Усилие пнев-моподдер>|ски + физическое усилие бурильщика Мало усилие подачи при угле наклона оси пнев-моподцержки к горизонтали более 17 град.

Колонковые перфораторы Пневматический податчик Большая масса, большие затраты времени на вспомогательные операции, низкая производительность.

Механизированные буровые установки Пневматические податчики с манипуляторами Большая масса и габариты, большие объемы вспомогательных работ, высокая стоимость.

Основными результатами проведенных исследований стали ГОСТы, регламентирующие допустимые уровни вибрации, шума, массы и других показателей, в связи с чем изготовителями ручных механизированных инструментов были приняты некоторые меры для защиты рабочих от вредного воздействия ручных инструментов, оказавшиеся недостаточно эффективными, так как по данным ВЦСПС (1990г.) вибрационные заболевания среди профессиональных заболеваний рабочих занимают первое место и составляют: По Российской федерации около 27 %.

Угольная промышленность 20 %.

Цветная металлургия ' 15,2%.

В задачу научных исследований, как правило, входила лишь гигиеническая оценка исследуемых машин. Комплексное исследование эргономических показателей ручных механизированных инструментов и, в частности, пневматических перфораторов не проводилось.

Таким образом, до настоящего времени пневматические перфораторы в составе системы «бурильщик-перфоратор» не исследовались, ни с точки зрения оптимальных режимов работы перфоратора, ни с точки зрения условий труда бурильщика. В частности, не исследована доля участия бурильщика в создании усилия подачи при бурении, его энергетические и биологические затраты (показатель совокупного воздействия на организм всех источников нагрузки), а также роль других сопутствующих эргономических показателей.

Цель работы

Повышение безопасности труда бурильщиков в соответствии с требованиями государственных стандартов на основе учета и оптимизации эргономических показателей системы «бурильщик-перфоратор».

Основная идея работы

Минимизация > нагрузки на опорно-двигательный аппарат бурильщика при использовании легких перфораторов, снабженных подающим устройством, создающих оптимальное усилие подачи, большую скорость бурения, уменьшенную вибрацию, меньшее время воздействия шума, меньшие энергетические и биологические затраты бурильщика.

Основные задачи исследований

- Определение основных эргономических показателей системы «бурильщик-перфоратор», разработка аппаратуры и методов измерений.

- Исследование основных эргономических показателей системы «бурильщик-перфоратор» при использовании разных типов серийно выпускающихся переносных перфораторов в различных условиях их эксплуатации.

- Исследование работы системы "бурильщик-перфоратор" и определение ее основных закономерностей.

- Разработка предложений по изменению конструкций существующих пневматических перфораторов с целью улучшения их эргономических показателей.

- Исследование в различных производственных условиях новых конструкций переносных пневматических перфораторов с улучшенными эргономическими показателями в системе «бурильщик-перфоратор» и оценка их эффективности.

Методы исследований

Комплексный метод, содержащий критический анализ опубликованных работ, аналитические исследования системы "бурильщик-перфоратор", заключающиеся в определении оптимальных условий ее работы путем сопоставления основных закономерностей работы переносных пневматических перфораторов и организма бурильщиков и определении интегральной объективной количественной оценки труда бурильщика, экспериментальные лабораторные и натурные исследования скорости бурения, количественной оценки энергозатрат бурильщика при бурении различно расположенных шпуров с одновременной оценкой других эргономических показателей.

Защищаемые научные положения

1. Основным направлением повышения безопасности труда бурильщиков при использовании переносных перфораторов является механизация усилия подачи.

2. Интегральная эргономическая оценка системы «бурильщик-перфоратор» должна производиться по результатам измерений биологических затрат

организма бурильщиков, критерием для которых является время восстановления функциональных сдвигов, возникших в результате трудового процесса.

3. Улучшение эргономических показателей перфораторов может быть достигнуто путем механизации усилия подачи при сохранении массы и мобильности.

4. Работа системы "бурильщик-перфоратор" может быть приближена к оптимальному режиму путем снабжения перфораторов легкими, мобильными подающими устройствами.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

Обеспечивается использованием современных методов исследований, большим объемом измерений эргономических показателей перфораторов в различных производственных условиях (карьерах и шахтах) при бурении горных пород различной крепости при каждом испытании, проведением приемочных сравнительных испытаний существующих и предложенных конструкций пневматических перфораторов в идентичных производственных условиях междуведомственными комиссиями при участии автора.

Научная новизна

Научная новизна результатов работы, полученных лично автором, заключается в предложении новых эргономических показателей системы «бурильщик-перфоратор»: удельных энергозатрат бурильщика, эргоемкости и удельной эргоемкости и методики их измерений с разделением на категории технических эргономических показателей и биологических эргономических показателей; установлении основных закономерностей работы системы «бурильщик-перфоратор», которая описывается системой уравнений, содержащей зависимость энергозатрат бурильщика от создаваемых им усилий

подачи, изменяющихся по экспоненциальному закону, и зависимость скорости бурения перфоратора от общего • усилия подачи, изменяющейся по параболическому закону.

Практическая значимость работы

1. Предложена усовершенствованная конструкция переносного пневматического перфоратора ПР25С с механизированной подачей.

2. Предложена конструкция, частично автоматизирующая процесс бурения перфоратором с подающим устройством.

3. Предложено устройство для подъема перфоратора при замене буровой

Г I [ТО И Т ТЛ

1-1-1 А иш г 1.

4. Предложена буровая установка «БУР-2» с подающим устройством для бурения горизонтальных и наклонных шпуров.

5. Разработан проект методических указаний «Ручные механизированные инструменты. Определение эргоемкости».

6. Разработана методика определения усилия подачи бурильщика.

>

7. Разработан и аттестован прибор для измерения нестационарных уровней вибрации и шума в дополнение к аппаратуре фирмы «Брюль и Къер» (Дания).

8. Разработаны метод и аппаратура автоматического хронометража работы пневматических машин.

9. Предложены автоматизированный метод и аппаратура для исследований биопотенциалов мышц человека при гигиенической оценке различных видов пневматических машин и другого промышленного оборудования.

Реализация результатов работы

Разработаннные методы и аппаратура для исследований и измерений эргономических показателей переносных пневматических перфораторов и

другого промышленного оборудования внедрены в практику работы Санкт-Петербургского Северо-Западного научного центра гигиены и общественного здоровья и Санкт Петербургской медицинской академии им. И.И. Мечникова.

На основе теоретических исследований системы "бурильщик-перфоратор" заводом пневматических машин «Пневматика» были разработаны при участии автора новая конструкция переносного пневматического перфоратора с механизированной подачей ПР25С, буровые установки «БУР-1» и «БУР-2» , изготовлены и опробованы опытные образцы устройства для частичной автоматизации бурения вертикально вниз и колонка для подъема перфоратора для смены буровой штанги.

В результате теоретических исследований биологических затрат бурильщика разработана методика их определения. Предложенные автором новые эргономические показатели эргоемкость и удельная эргоемкость использованы при разработке методических указаний «Ручные механизированные инструменты. Определение эргоемкости», выполненных НИИ медицины труда РАМН, Санкт-Петербургской медицинской академией им. И.И.Мечникова, Северо-Западным научным центром гигиены и общественного здоровья, научно-производственной фирмой «Локус» при участии автора и приняты к использованию этими организациями для гигиенической и эргономической оценки различного производственного оборудования и бытовой техники.

Апробация диссертационной работы

Основные положения работы в целом и отдельные ее этапы обсуждались и получили одобрение на заседаниях ученого совета Северо-Западного научного центра гигиены и общественного здоровья, кафедре медицины труда Санкт-Петербургской медицинской академии последипломного образования, техническом совете Санкт-Петербургского завода пневматических машин «Пневматика», кафедрах гигиены труда и медицины труда Санкт-

Петербургской медицинской академии им. И.И. Мечникова, Санкт-Петербургском НИИ охраны труда, докладах на научно-технической конференции «Основные направления повышения технического уровня механизированного инструмента (ручных машин), Москва, 1976г., научной конференции «Проблемы санитарно-эпидемиологического благополучия населения СевероЗападного и других регионов Российской федерации», Санкт-Петербург, 1997г., Третьей международной конференции «Организация и безопасность движения в крупных городах», П Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности», Санкт-Петербург, 1997г.

Публикации

Основные материалы диссертации опубликованы в 18 печатных работах (4 из них являются изобретениями) в сборниках докладов и научных трудов, бюллетенях «Открытия, изобретения и товарные знаки», информационных листках ЛЦНТИ.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Она содержит 143 страницы машинописного текста, 32 рисунка и 25 та�