автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Обоснование целесообразности изменения режимов труда и отдыха в условиях охлаждающего микроклимата

На правах рукописи

005061532

ХУСАИНОВА Ралина Гафуровна

ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ РЕЖИМОВ ТРУДА И ОТДЫХА В УСЛОВИЯХ ОХЛАЖДАЮЩЕГО МИКРОКЛИМАТА

Специальность 05.26.01 - Охрана труда (в горной

промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степепи кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2013

005061532

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный руководитель -доктор технических наук, доцент

Галкин Александр Федорович

Официальные оппоненты:

Кравчук Игорь Леонидович доктор технических наук, Челябинский филиал ФГБУН «Институт горного дела Уральского отделения РАН», директор

Смирнов Юрий Дмитриевич кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», кафедра геоэкологии,доцент

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Защита состоится 24 июня 2013 г. в 13 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.224.09 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106 г. Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1166. „ -

/ -

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 23 мая 2013 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета

ФОМИН Сергей Игоревич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований

Предприятия горнодобывающего комплекса уже многие годы вносят решающий вклад в развитие экономики страны. Основные и наиболее крупные месторождения полезных ископаемых расположены на территории Крайнего Севера (Тюменская область, Ямало-Ненецкий автономный округ, Республика Саха, Магаданская и Камчатские области, северная часть республики Коми и др.), отличающегося суровыми природно-климатическими условиями. Ведение работ в северных регионах осложняется не только воздействием суровых метеорологических и усугубляющих производственных факторов, но и существенным изменением физической нагрузки на рабочих. Это вызвано увеличением общих энергетических затрат организма, необходимых для выполнения производственной деятельности в условиях охлаждающего микроклимата. Проблемами нормирования труда и изучения теплового взаимодействия человека с окружающей средой в условиях Крайнего Севера занимались такие известные ученые как Кривощеков С. Г., Лиопо Т. Н., Циценко Г. В., Шувалов Ю. В., Дядькин Ю. Д., Галкин А. Ф., Афанасьева Р. Ф., Бурмистрова О. В., Бартон А., Эдхолм О., Кандрор И. С., Lehmann G. и др. Тем не менее, существующая нормативная классификация работ по тяжести не учитывает вариативности энергетических затрат рабочих (энергетической стоимости работ) горнодобывающей промышленности в течение года. На практике игнорирование факта вариативности приводит к неправильному определению категорий работ по степени тяжести и, как следствие, переутомлению работников из-за несбалансированного режима труда и отдыха в течение рабочей смены. Следствием этого является увеличение частоты заболеваний и повышенный уровень травматизма в зимний период.

Очевидно, что проблема рационального выбора соотношения длительности труда и отдыха в условиях охлаждающего микроклимата является актуальной, так как повышает уровень охраны труда на горнодобывающих предприятиях Крайнего Севера.

Целью диссертационной работы является улучшение условий труда и повышение безопасности работ в горнодобывающей промышленности Севера путем рационального изменения режимов труда и отдыха рабочих в условиях охлаждающего микроклимата.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи исследований:

1. Экспериментально определить изменение энергетических затрат и коэффициента полезного действия работников в условиях

охлаждающего микроклимата.

2. Обосновать целесообразность изменения режимов труда и отдыха для горнодобывающих предприятий Севера.

3. Определить предельные температуры окружающей среды, изменяющие категорию работ по тяжести, и провести районирование основных горнодобывающих регионов Севера по показателю «холодовой» нагрузки.

Идея работы. Рациональное нормирование режимов труда и отдыха, учитывающее изменение тяжести работ в условиях охлаждающего микроклимата, позволит снизить уровень производственного травматизма и заболеваемости рабочих горнодобывающих предприятий Севера.

Научная новизна работы:

1. Установлены зависимости влияния температуры окружающей среды на уровень производственного травматизма и заболеваемость работников различных специальностей на горнодобывающих предприятиях Крайнего Севера в виде линеиных и экспоненциальных функций, которые могут быть объяснены изменением энергетической стоимости работ в условиях охлаждающего микроклимата.

2. Установлены основные закономерности изменения энергозатрат и коэффициента полезного действия рабочих при выполнении работ различной тяжести в условиях охлаждающего микроклимата.

3. Установлено, что вне зависимости от степени тяжести выполняемых работ, энергетический градиент в условиях

охлаждающего микроклимата при изменении температуры в пределах (-35;+20)°С имеет практически постоянное значение, равное (22±1,3)-10"4, кДж/с-°С.

Методика исследований. Статистический анализ данных об уровне производственного травматизма и заболеваемости работников предприятий северных регионов; экспертная оценка условий труда на основе проведения анкетирования работников; экспериментальные исследования влияния параметров охлаждающего микроклимата на энергетические затраты и коэффициент полезного действия человека; количественный анализ результатов исследований с использованием методов математической статистики.

Достоверность научных положений обеспечивается применением большого объема фактических материалов, полученных в процессе исследований и данными других авторов; анализом значительного числа научной и методической литературы по исследуемой проблеме; подтверждением основных закономерностей экспериментальными данными, сравнением результатов численных расчетов с данными, полученными другими исследователями.

Практическая ценность работы:

1. Обоснована целесообразность изменения нормативной шкалы работ по степени тяжести и выбора рациональных режимов труда и отдыха в условиях охлаждающего микроклимата.

2. Определены предельные температуры перехода одной категории работ в другую, на основе чего разработан новый принцип и проведено районирование основных горнодобывающих регионов РФ по показателю «холодовой» нагрузки. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на конференции «Неделя науки СПбГПУ» (г. Санкт-Петербург, 2010); на международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (ТулГУ, Тула, 2010); в X Всероссийском конгрессе «Профессия и здоровье» (г. Москва, 2011); на 62-ой международной

конференции (г.Фрайберг, 2011); на научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (г. Новый Уренгой, 2012), на заседаниях кафедры безопасности производств Национального минерально-сырьевого

университета «Горный».

Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь научных работ, из которых три работы входят в перечень научных изданий, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Личный вклад соискателя.

1. Анализ статистических данных по показателям производственного травматизма и заболеваемости на горнодобывающих предприятиях Севера.

2. Разработка методики и проведение комплексных экспериментальных исследований по определению энергетических затрат в условиях охлаждающего микроклимата.

3. Анализ результатов эксперимента с последующим обоснованием целесообразности изменения длительности труда и отдыха рабочих горнодобывающих предприятий Севера.

Реализация результатов работы. Обоснованные в диссертационной работе предложения по изменению режимов труда и отдыха в условиях охлаждающего микроклимата рекомендованы к внедрению на производственных объектах ООО «Газпром добыча

Уренгой», г. Новый Уренгой.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из

введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций

изложена на 162 страницах текста, содержит 48 рисунков, 54

таблицы, список использованных источников из 105 наименовании,

10 приложений.

Благодарности. Автор выражает благодарность коллективу

кафедры безопасности производств Горного университета за

помощь в написании диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе диссертационной работы представлен краткий анализ литературных источников, посвященных исследованиям влияния температуры окружающей среды на общие энергетические затраты человека в условиях охлаждающего микроклимата. Приведен анализ динамики производственного травматизма и заболеваемости на предприятиях горнодобывающей промышленности Севера, установлена связь энергетической стоимости работ (энергетических затрат), выполняемых работником в процессе трудовой деятельности, а также температуры окружающей среды с уровнем производственного травматизма и заболеваемости. Выполненный анализ существующей нормативной базы по определению тяжести работ в совокупности с результатами по статистике травматизма и заболеваемости обосновывает актуальность задач настоящих исследований.

Вторая глава посвящена анализу результатов комплексной экспертной оценки условий труда на горнодобывающем предприятии Крайнего Севера. Проведено ранжирование основных неблагоприятных производственных факторов рассматриваемого предприятия, исследована калорийность питания рабочих основных профессий, оценена степень комфортности трудовой деятельности в течение годового цикла.

В третьей главе представлены результаты комплексных экспериментальных исследований по определению энергетических затрат и коэффициента полезного действия человека при выполнении работ различной тяжести в условиях охлаждающего микроклимата. Проведена оценка и сравнение полученных результатов с выводами других авторов и сделано обоснование целесообразности изменения режимов труда и отдыха при работе в условиях Крайнего Севера.

В четвертой главе проведен анализ изменения тяжести работ в масштабе всей страны с помощью показателя «холодовой» нагрузки. Определены предельные значения температур, при которых происходит изменение категорий работ по степени тяжести, на основе чего разработан новый принцип районирования основных горнодобывающих регионов РФ по показателю «холодовой»

нагрузки.

Основные результаты исследований отражены в

защищаемых положениях:

1. Сезонный характер уровня производственного травматизма и заболеваемости рабочих горнодобывающих предприятий Севера в том числе определяется изменением энергетических затрат в зависимости от температуры окружающей среды в течение года.

Большинство рабочих профессий, связанных с разработкой и эксплуатацией месторождений полезных ископаемых Крайнего Севера, характеризуются выполнением трудовых операций на открытой территории, которые сопровождаются большими энергетическими затратами и требуют высокой выносливости к выполнению физической нагрузки в зимний период.

Известно, что с понижением температуры воздуха увеличивается энергетическая стоимость работ, так как возникают дополнительные затраты энергии на преодоление сопротивления громоздкой зимней спецодежды, а также из-за общих технических причин, вызванных осложнением эксплуатации горных машин и механизмов. В северных условиях увеличивается и уровень

основного обмена организма.

На основании экспериментальных данных, полученных различными авторами, по изменению уровня травматизма и заболеваемости в течение года был проведен комплексный анализ случаев фактического травматизма и годовой динамики показателей заболеваемости на предприятиях горнодобывающего комплекса Севера.

В результате установлено, что уровень травматизма и заболеваемости имеет ярко выраженный сезонный характер. Причем, максимальное количество полученных травм и зафиксированных случаев заболеваемости соответствуют наиболее холодному периоду года (таблица 1) и характеризуются выполнением работ высокой энергетической стоимости при наблюдаемых температурных условиях.

энергетических затрат в течение года

Рисунок 3 - Изменение уровня травматизма и энергетических затрат при различных температурах воздуха

нормативные энергозатраты. (Э*= 290 Д*/с)

энергетические затраты, Дж/с

/ / У У У ¿г # / # £ /

* ¿> ^ / у -ч * /

Рисунок 2- Динамика заболеваемости и энергетических затрат в течение года

=4*4-С

Рисунок 4 - Изменение заболеваемости и энергетических затрат при различных температурах воздуха

Графическая интерпретация результатов комплексного анализа представлена на рисунках 1 и 2. В верхней части графиков показано изменение случаев травматизма и заболеваемости в годовом цикле, а в нижней - изменение энергетических затрат. Согласно графикам, в диапазоне зимних месяцев, характеризуемых высокими отрицательными температурами воздуха, возникает область превышения энергетических затрат нормативного значения (Э = =290 кДж/с), при достижении которого происходит переход категории работ средней степени тяжести (II) в категорию тяжелых (III).

Таблица 1 - Результаты анализа уровня производственного травматизма и заболеваемости на горнодобывающих предприятиях Севера_____

Уровень производственного травматизма (по материалам статистики несчастных случаев горных и нефтегазовых предприятий Севера) Показатели заболеваемости (по данным Ю. В. Шувалова, Ю. Д. Дядькина)

Количество травмирован ных работников (N„/c. чел.) Средняя температур а воздуха,°С Э, кДж/с Количество заболевших работников (N„ чел.) Средняя температур а воздуха,°С э, кДж/с

4 19 0,231 5 17 0,236

6 17 0,236 6 14 0,241

6 7 0,254 8 7 0,254

7 -5,5 0,277 10 -6 0,278

8 -23 0,309 10 -21 0,305

11 -37 0,335 14 -30 0,322

10 -36 0,334 22 -32 0,325

11 -35 0,332 18 -28 0,318

9 -18 0,300 12 -17 0,298

8 -10 0,285 8 2 0,263

7 0,5 0,266 7 6 0,256

6 13 0,243 5 13 0,243

С помощью статистического анализа на базе прикладной программы «StatSoft Statistica 8.055» были построены модели регрессионных зависимостей между уровнем производственного

Масштаб ПО ООО ОМ

чрезвычайна неётгтрштшЫсвлятв

ть не5лагвпрЩ0ше Шскв>

Книгами

■гта,

Iм>й #дг)

Ь/ягвргео' , 01КГ-Ш-А!| ур?

см

Меащвхдения / \ У Изолинии теплвЫ нагружу

А нефти Д врирвднвгв газа в Оля. Населенные пункт

щ каменнвгв угля К 5урвгв угля £у~-**^Райшрв8аше территорий ив стелена

Нефлягазвнвсные лрвдвнции ^' кинфартнвсти/Зисквмфзртнвств

I Заладнв-Сийирская IV Вастчнв-Си5арская VI Баренцев -Карская

II Взлгв-Уртсж V Охотская VI /¡ттейская Шитна-Печврскш VI Прикаспийская IX Ввствчнв-Арктическая

Рисунок 5- Карта районирования территории РФ по показателю «холодовой» нагрузки

травматизма или заболеваемости и энергетической стоимостью работ при различных температурах окружающей среды (рисунок 3 и 4) которые характеризуются следующими уравнениями:

ЛГ,=5,41+ехрГ0/78-0,6Ы),ЗЭ), (1)

ЛГя/с— 26,043-0,05^-0,35, (2)

где М- количество заболевших работников, чел.; Ми/С- количество случаев травматизма, чел.; /'-температура воздуха, °С; Э -энергозатраты, идущие на выполнение данного вида работы при наблюдаемой температуре воздуха, кДж/с.

Проанализируем детально, в качестве примера, диаграмму изменения случаев травматизма в зависимости от энергетических затрат и наблюдаемой температуры воздуха (рисунок 3). При понижении температуры воздуха (/) до -20°С, энергетические затраты увеличиваются до 0,24 кДж/с, при заданных параметрах могут произойти 6 несчастных случаев. Если рассматривать условия работы при / = -30°С и расходе энергии 0,27 кДж/с, то, согласно графику, количество травмированных работников увеличится до 8

человек.

Таким образом, проведенный анализ доказывает существование закономерности влияния энергетических затрат работников в условиях охлаждающего микроклимата на показатели травматизма и заболеваемости работников горнодобывающих

предприятий Севера.

В дополнение к статистическому анализу, была проведена

оценка существующей нормативной шкалы работ с учетом влияния температуры окружающей среды на энергетические затраты человека. Результаты оценки показывают, что существуют, по крайней мере, две предельные температуры, которые изменяют нормативную градацию: легкие работы переходят в работу средней тяжести, а работа средней тяжести - в категорию тяжелых работ. Для наглядной картины изменения тяжести работ был разработан новый принцип районирования по показателю «холодовои»

нагрузки.

Построение карт проводилось для северных районов страны,

где оценка зависимости изменения энергетических затрат от температуры воздуха наиболее целесообразна. Использование данных карт в совокупности с выполненными расчетами позволит внести изменения в нормативную базу по охране труда, в частности изменению режимов труда и отдыха (рисунок 5).

2. При определении категорий работ по степени тяжести и последующей оценке условий труда необходимо учитывать вариативность энергетических затрат рабочих в течение годового цикла.

На сегодняшний день нормативная градация работ по степени тяжести на основе общих энергетических затрат организма не учитывает их вариативности в течение года. Для условий работы на горнодобывающих предприятиях Севера игнорирование факта вариативности приводит к неправильному определению категорий тяжести работ и, как следствие, некорректной оценке условий труда, учитывающей градацию работ по тяжести.

Для установления закономерности изменения энергетической стоимости работ в зависимости от температуры окружающей среды были проведены комплексные экспериментальные исследования. Серии экспериментов по определению энергозатрат на основе фиксации частоты сердечных сокращений проводились на базе горнодобывающего предприятия Крайнего Севера (Тюменская область) в течение 2012 года при наблюдаемых температурах окружающей среды: -30°С, -18°С, -10°С, +5°С и +22°С. В исследовании принимали участие мужчины рабочих профессий, специфика которых связана с пребыванием более 50% рабочего времени на открытом воздухе (вне помещений). Общая численность исследуемой группы - 38 человек. Экспериментальные исследования заключались в выполнении работ по перемещению участниками грузов массами 5, 12 и 18 кг. Данные виды работ можно условно разделить на легкую, средней тяжести и тяжелую.

Результаты анализа обработки экспериментальных данных свидетельствуют о существовании линейной зависимости между энергетическими затратами и температурой окружающей среды для работ различной степени тяжести. Устойчивость и сила тесноты

связи между рассматриваемыми величинами подтверждается высокими значениями коэффициентов детерминации.

Оценка регрессионных моделей проводилась с помощью вычислений критериев Фишера, значения которых подтверждают высокую степень значимости и достоверность рассчитанных

уравнений (таблица 2).

Был определен энергетический градиент, показывающий меру изменения энергетических затрат при понижении (повышении) температуры. Доказано, что вне зависимости от тяжести выполняемых работ, энергетический градиент в условиях охлаждающего микроклимата при изменении температуры в пределах (-35;+20)°С имеет приблизительно постоянное значение,

равное

Таблица 2 - Результаты регрессионного анализа изменения

Условная категория работ Функция Коэффициент детерминации (при уровне значимости а=0,05) Р-критерий

Легкие работы Э = 0,55-0,0021 0,92 35,113

Работа средней тяжести Э = 0,61-0,00221 0,943 49,44

Тяжелая работа Э = 0,66-0,00231 ____ 0,9 28,23

^ иимищыи « ----1------------------•

определены зависимости изменения энергетических затрат при различных температурах окружающей среды согласно нормативной шкале работ по степени тяжести, приведенной в ГОСТе 12.1.005-88 (рисунок 6).

Работы по степени тяжести в существующем нормативном документе классифицируются на легкие (Эср.= 0Д4 кДж/с), работы средней тяжести (Эср. = 0,233 кДж/с) и тяжелые работы (Эср>0,29 кДж/с). С учетом средних значений энергозатрат для каждой категории работ были получены функциональные зависимости, представленные следующими выражениями:

-12-

Эпр =0,18-0,0022/, (3)

Эср=0,28-0,0022/, (4)

Эи/,=0,33-0,0022/, (5)

где Э лр., Э ср,, Э тр, - энергетические затраты при выполнении соответственно легких, средней тяжести и тяжелых работ согласно нормативам, кДж/с; / - температура воздуха,1°С.

-20 -10 о

Температуря воздуха 3С

Рисунок 6 - Зависимость энергетических затрат от температуры воздуха с учетом нормативной градации работ

Процентное изменение энергетических затрат (К) в зависимости от температуры воздуха определяется как:

К =

Э*( 0.

•100%,

(6)

где Э(0- энергозатраты, идущие на выполнение работы определенной степени тяжести, кДж/с; Э'(() - нормативные энергозатраты при температуре воздуха 20°С. Так, для легких работ

3*^ =0,14 кДж/с, для работ средней тяжести Э*с.р. = 0,233 кДж/с и для тяжелых работ Э'тр> 0,29 кДж/с.

Используя представленную формулу (6), можно установить связь между энергетическими затратами организма и температурой воздуха (К*):

г-ыт*) (7)

Э(0 = Э\0-К'. (8)

С помощью полученных в процессе анализа результатов эксперимента функциональных зависимостей для каждой категории работ (3 - 5), получим следующие расчетные формулы: -для легких работ:

Эц/0 = Эяр'(0 ■ (1,314 -15,7 • Ю-3 0, (9)

-для работ средней тяжести:

эс„(1) = ЭсрУо ■ (Ц9~ 9,4 • 10-3/Л (10)

-для тяжелых работ:

Эт^) = Эе;0)-(П52-1,вЛО-'0. (11)

Экспериментальные результаты по росту энергетических затрат в условиях охлаждающего микроклимата качественно согласуются с выводами ряда авторов, таких как А. Бартон, О. Эдхолм, И.С. Кандрор, А.Ф. Галкин, Г.Н. Репин и др., что позволяет использовать предложенные зависимости для оценки изменения энергетической стоимости работ в зависимости от температуры воздуха.

Таким образом, в результате проведенных экспериментальных исследований установлено существование общей закономерности изменения энергетических затрат, являющихся главным критерием в градации работ по тяжести от температуры окружающей среды. Установленная нормативная тяжесть работ в условиях охлаждающего микроклимата на практике не соответствует действительности, что, в конечном счете, ведет к необъективной оценке условий труда, в частности при оценке влияния микроклимата.

3. Организация рациональных режимов труда и отдыха рабочих горнодобывающих предприятий Севера должна проводиться с учетом изменения тяжести работ в условиях охлаждающего микроклимата.

Для установления закономерности влияния изменения энергетических затрат в зависимости от температуры воздуха и тяжести выполняемых работ на длительность физиологически необходимого отдыха в течение годового цикла, в процессе проведения экспериментальных исследований фиксировалось время восстановления организма каждого из участников эксперимента после выполнения работы. Продолжительность необходимого отдыха определялась на основе достижения значений частоты сердечных сокращений, соответствующих состоянию покоя.

В результате обработки экспериментальных данных для каждой условной категории выполняемых работ в зависимости от температуры окружающей среды были определены средние величины показателя (Тотд./Траб.), характеризующего отношение длительности отдыха ко времени выполнения работы.

Установлено, что степень изменения показателя (ТотЛ./Тра^) вне зависимости от тяжести выполняемых работ остается практически постоянной величиной, равной 1,89±4-10"2. Данный факт позволяет нам сопоставить полученные результаты с нормативной шкалой тяжести работ, представленной в ГОСТе 12.1.005-88.

С учетом ранее полученных математических формул (9-11), показатель, характеризующий отношение длительности отдыха ко времени работы, будет представлен:

-для легких работ: г«*/ = 1,89 ■ (Э,р'(0■ (\,314 -15,7 • 1(Г3/Д (12)

/ раб

-для работ средней тяжести: т<,т>/ -1,89- (Э '(О-(1,19 - 9,4-10~3/Д

/Траб ' ср'

-для тяжелых работ: = 1,89 ■ (Эср'(1)■ (\\52-7,6 • КГ3/Д О4)

/ рай

где Э*(0 - нормативные энергозатраты, кДж/с; С - температура воздуха, °С.

Таким образом, выявлена закономерность изменения длительности физиологически необходимых перерывов в зависимости от тяжести работ и температуры воздуха, которая позволяет осуществить изменение существующих нормативов.

На сегодняшний день для регламентации режимов труда и отдыха в холодное время года используются нормативы, содержащиеся в методических рекомендациях МР 2.2.7.2129-06, в основе установления которых лежат параметры терморегуляционной модели человека. Факт вариативности энергетических затрат в течение годового цикла при этом игнорируется. Для последующей оценки проведем сравнение результатов настоящих исследований с нормативами с помощью графического анализа (рисунок 7).

с ростом энергетических затрат при различных температурах воздуха

Как видно из графика, с увеличением тяжести работ согласно нормативной оценке, длительность необходимого отдыха уменьшается, что противоречит физиологическим основам организма. При этом в диапазоне температур (-35; -30°С)

продолжительность регламентированных перерывов не изменяется. Данный факт подтверждает несогласованность в учете основополагающих факторов, на которые базируется оценка режимов труда и отдыха. В нормативных документах авторы опираются на параметры терморегуляционной модели человека, игнорируя факт изменчивости энергетических затрат в годовом цикле, хотя он, как показано, играет ведущую роль в установлении сбалансированных режимов труда и отдыха.

Утомление, следовательно, снижение работоспособности человека при увеличении тяжести выполняемой им работы на холоде наступает гораздо быстрее, чем тепловое ощущение «прохладно, холодно» (предельная степень охлаждения организма). Соответственно, учет вариативности энергозатрат в течение годового цикла и должен, по нашему мнению, стать основой при регламентации перерывов в существующих нормативных документах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи обоснования целесообразности изменения режимов труда и отдыха, обеспечивающее улучшение условий труда и повышение безопасности работ на предприятиях горнодобывающей промышленности Севера.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Установлены количественные зависимости изменения уровня производственного травматизма и показателей заболеваемости для работников различных специальностей на горнодобывающих предприятиях Севера от температуры окружающей среды и энергетической стоимости выполняемых работ, которые представлены в виде линейных и экспоненциальных функций. Достоверность полученных уравнений подтверждается вычисленными критериями оценки с помощью программы «StatSoft Statistica 8.055».

2. Установлены основные закономерности изменения энергозатрат и коэффициента полезного действия рабочих в зависимости от тяжести труда и температуры воздуха в условиях охлаждающего микроклимата. С понижением температуры воздуха возрастают энергетические затраты работников независимо от тяжести выполняемой работы. КПД человека уменьшается с понижением температуры окружающей среды и зависит от тяжести работ.

3. Установлено, что вне зависимости от тяжести выполняемых работ, энергетический градиент в условиях охлаждающего микроклимата при изменении температуры в пределах (-35;+20)°С имеет постоянное значение, равное (22±1,3)-10'4, кДж/с-°С.

4. Получены расчетные формулы, которые позволяют определить длительность необходимого труда и отдыха в зависимости от температуры окружающей среды и энергетической стоимости выполняемых работ. Установлены несоответствия в количественном определении режимов труда и отдыха при сравнении результатов исследований с нормативами, содержащимися в методических рекомендациях.

5. Для оценки значимости исследуемой проблемы в пределах территории России был разработан новый принцип районирования основных горнодобывающих районов по показателю «холодовой» нагрузки. Данный показатель учитывает не только факт изменения степени тяжести работ, но и продолжительность данного изменения в годовом периоде. Дальнейшее развитие направления настоящих исследований позволит внести изменения в методику оценки условий труда, учитывающую градацию работ по тяжести, по-новому взглянуть на режим труда и отдыха работников, установленных требованиями статьи 108 ТК РФ, правилами внутреннего трудового распорядка или по соглашению между работниками и работодателем.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Хусаинова, Р. Г. Изменение энергетических затрат работников в условиях охлаждающего микроклимата // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал).- М.: изд. «Горная книга»,2013.- №1.- С. 5559.

2. Хусаинова, Р. Г. Динамика производственного травматизма на горнодобывающих предприятиях Севера/ Р. Г. Хусаинова, С. М. Скударнов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Сборник научно-технических работ горных инженеров СУЭК -М.: изд. «Горная книга», 2013.- №2.- С. 87-92.

3. Хусаинова, Р. Г. Экспертная оценка негативного воздействия производственных факторов на работников горнодобывающего предприятия Севера// Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. - Вып. 2 (48). -19.04.2013. - 6 с. - Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb.

4. Хусаинова, Р. Г. Оценка комфортности трудовой деятельности работниками горнодобывающего предприятия Севера/Р. Г. Хусаинова, С. М. Скударнов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Сборник научно-технических работ горных инженеров СУЭК - М.: изд. «Горная книга»,2013.- №2.-С. 348-352.

5. Хусаинова, Р. Г. Энергетическая оценка травмоопасности труда на Севере/А. Ф. Галкин, Р. Г. Хусаинова // Материалы IX Всероссийского конгресса. Москва, 24-26 ноября 2010 г. - М.: изд. НИИ МТ РАМН, 2010,-С. 117-118.

6. Хусаинова, Р. Г. Влияние температурного фактора на травматизм горнорабочих/А. Ф. Галкин, Р. Г. Хусаинова// Справочник специалиста по охране труда,- М: ЗАО «МЦФЭР», 2012г.-№8.-С. 34-39.

7. Khusainova, R.G. Analyse der Betriebsunfälle in den Bergbauunternehmen der russischen Nordregionen //International

University of Resources. Scientific Reports on Resource Issues 2011. -Freiberg: TU Bergakademie Freiberg. - 2011.-Volume 1. - P.357-363. Хусаинова, Р.Г. Анализ производственного травматизма на горнодобывающих предприятиях северных регионов России// Международный университет ресурсов. Научные доклады по вопросам ресурсов 2011 года. - Фрайберг.- 2011.-Т.1.-С.357-363.

8. Khusainova, R. G. Study of seasonal injury rate at the oil and gas enterprises in the North/A. F. Galkin, R. G. Khusainova // the Tenth international conference on Permafrost. International Conference on Permafrost (ICOP) Proceedings.- 2012.-Volume 4-P.168. Хусаинова, Р.Г. Сезонный характер изменения уровня травматизма на предприятиях нефтегазового комплекса Севера/А. Ф. Галкин, Р. Г. Хусаинова // Десятая международная конференция ICOP. Материалы.- 2012.-Т.4.-С.168.

РИЦ Горного университета. 17.05.2013. 3.280 Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

На правах рукописи

Хусаинова Ралина Гафуровна

ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ РЕЖИМОВ ТРУДА И ОТДЫХА ПРИ РАБОТЕ В УСЛОВИЯХ ОХЛАЖДАЮЩЕГО МИКРОКЛИМАТА

Специальность 05.26.01 - Охрана труда (в горной промышленности)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, старший научный сотрудник А.Ф. Галкин

Санкт-Петербург -2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................ 5

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ТЕМЕ: «ТЕПЛОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЧЕЛОВЕКА С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ»................................................................................... 11

1.1 Климатическая характеристика районов Крайнего Севера........................11

1.2 Влияние охлаждающего микроклимата на энергетические затраты и производительность труда рабочих.....................................................................15

1.3 Гигиенические критерии оценки и классификация условий труда работников предприятий горнодобывающего комплекса.................................21

1.3.1 Классификационная шкала тяжести работ по энергетическому критерию.............................................................................................................21

1.3.2 Нормирование режимов труда и отдыха в холодное время года........24

1.4 Анализ существующих методов районирования территорий РФ..............28

1.5 Исследование и оценка влияния охлаждающего микроклимата на уровень производственного травматизма и заболеваемости работников горнодобывающего комплекса Севера................................................................30

1.5.1 Оценка влияния охлаждающего микроклимата на уровень производственного травматизма и заболеваемости.......................................30

1.5.2 Энергетическая оценка показателей травматизма и заболеваемости работников горнодобывающих предприятий северных регионов страны..36

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ.........................................................................41

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРТНЫЙ АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ТРУДА НА ПРОИЗВОДСТВЕННОМ ОБЪЕКТЕ СЕВЕРА..................................... 43

2.1 Анализ существующих методов экспертной оценки...................................43

2.2 Экспертная оценка условий труда на горнодобывающем предприятии Севера......................................................................................................................45

2.2.1 Ранжирование и оценка производственных факторов.........................46

2.2.2 Экспертная оценка комфортности трудовой деятельности.................52

2.2.3 Оценка рациона питания..........................................................................54

ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ...................................................... 60

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗАТРАТЫ И КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ ОХЛАЖДАЮЩЕГО МИКРОКЛИМАТА.................................................. 62

3.1 Анализ существующих методов определения энергетических затрат......62

3.2 Сущность экспериментальных исследований по определению энергетических затрат и коэффициента полезного действия человека при выполнении работ различной тяжести в условиях охлаждающего микроклимата.........................................................................................................63

3.2.1 Обоснование выбранного метода исследования. Цели и задачи эксперимента......................................................................................................63

3.2.2 Этапы проведения экспериментальных исследований........................64

3.3 Анализ результатов экспериментальных исследований.............................68

3.3.1 Изменение энергетических затрат человека в зависимости от температуры воздуха и тяжести выполняемых работ...................................68

3.3.2 Исследование КПД человека при выполнении работ различной тяжести................................................................................................................78

3.4 Обоснование целесообразности изменения режимов труда и отдыха на горнодобывающих предприятиях Севера...........................................................85

3.4.1 Исследование закономерности изменения среднемесячных температур воздуха в течение годового цикла...............................................85

3.4.2 Закономерность изменения энергетических затрат человека в течение года........................................................................................90

3.4.3 Энергетическая карта дня рабочего........................................................91

3.4.4 Анализ времени восстановления организма после выполнения работ различной тяжести.............................................................................................97

3.4.5 Сравнение результатов исследований с нормативной методикой

организации режимов труда и отдыха в холодное время года...................101

ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ.................................................... 104

ГЛАВА 4 РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ РФ ПО ПОКАЗАТЕЛЮ ХОЛОДОВОЙ НАГРУЗКИ............................................................108

4.1 Определение предельных (пороговых) температур, влияющих на тяжесть работ......................................................................................................................109

4.2 Районирование по показателю «холодовой» нагрузки..............................110

4.3 Значимость показателя «холодовой» нагрузки..........................................117

ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ................................................119

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................... 120

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ................ 122

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................. 123

(перечень библиографических записей)............................................................123

ПРИЛОЖЕНИЕ А................................................................................................136

ПРИЛОЖЕНИЕ Б................................................................................................137

ПРИЛОЖЕНИЕ В................................................................................................140

ПРИЛОЖЕНИЕ Г................................................................................................143

ПРИЛОЖЕНИЕ Д................................................................................................145

ПРИЛОЖЕНИЕ Е................................................................................................152

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж...............................................................................................155

ПРИЛОЖЕНИЕ И................................................................................................158

ПРИЛОЖЕНИЕ К................................................................................................162

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Предприятия горнодобывающего комплекса уже многие годы вносят решающий вклад в развитие экономики страны. Основные и наиболее крупные месторождения полезных ископаемых расположены на территории Крайнего Севера (Тюменская область, Ямало-Ненецкий автономный округ, Республика Саха, Магаданская и Камчатские области, северная часть республики Коми и др.), отличающегося суровыми природно-климатическими условиями. Отрицательная среднегодовая температура воздуха, продолжительная зима, пониженная влажность воздуха, воздействие ветров и другие негативные факторы оказывают существенное влияние на условия труда и здоровье работников, занятых на производстве в районах Крайнего Севера.

Очевидно, что одной из важнейших проблем в области охраны труда является обеспечение безопасных условий труда и сохранение здоровья рабочих горнодобывающих предприятий Крайнего Севера. Этой проблеме посвящено много работ таких известных ученых, как Агаджанян Н. А., Боисенко Е. П., Каганович С. Я., Келлер А. Л., Крючков В. В., Панин Л. Е., Суворов Н. Б., Тизул А. Я., Шишкина Т. П., Шувалов Ю. В., Дегтева Г. Н., Цицулин Н. М., Кривощеков С. Г., Зуевский В. П., Деденко И. И. и др.

Необходимость ведения профессионального отбора, мониторинга состояния здоровья работников горнодобывающей отрасли Крайнего Севера отражена в работах Шувалова Ю. В., Тучи Н. А., Глебовой Е. В. и др. [1, 2, 3, 4, 5 и др.]. Научной школой Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г. В. Плеханова (технического университета) был разработан, в частности, комплексный критерий для оценки состояния здоровья человека - безразмерный психофизиологический потенциал человека [1, 2, 5 и др.].

Богатый опыт изучения жизнедеятельности человека в условиях Севера, который послужил основой для настоящих исследований,

представлен в трудах Бартона А., Эдхолма О., Кандрора И. С., Лиопо Т. Н., Циценко Г. В., Тимохина Д. И., Петровской И. В. и др., в которых содержится ряд важнейших сведений о физиологических закономерностях теплообмена человека с окружающей средой в условиях Крайнего Севера [6, 7, 8, 9 и др.].

Ведущие ученые института НИИ медицины труда РАМН (Афанасьева Р. Ф., Бурмистрова О. В., Бобров А. Ф., Измеров Н. Ф., Прокопенко Л. В. и др.) внесли также значительный вклад в изучение влияния климатических факторов на здоровье и производительность труда работников в условиях охлаждающего микроклимата. Авторами, в частности, разработаны критерии холодового стресса, исследована их взаимосвязь с напряжением реакций терморегуляции, работоспособностью и некоторыми другими показателями состояния здоровья человека [11, 12 и др.]. Исследованиям снижения производительности труда работников в условиях Крайнего Севера за счет роста показателей заболеваемости и травматизма посвящены работы Зырянова Е. Г., Прусенко Б. Е., Глебовой Е. В., Квашиной С. И., Фомочкина А. В., Сюрина А. В., Бураковой О. А. и др. [1, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 и др.]. В частности, проведенные С.И. Квашниной исследования по Гыданскому региону Крайнего Севера Тюменской области показали достаточно высокую корреляционную связь между погодными факторами (температурой воздуха, скоростью ветра) и общей заболеваемостью (г = 0,72) [18].

Обзор материалов исследований, связанных с влиянием суровых климатических условий на состояние здоровья человека, которые должны быть учтены при оценке труда работников горнодобывающей промышленности, свидетельствуют о существенном изменении интенсивности физической нагрузки на рабочих в процессе трудовой деятельности в условиях Крайнего Севера. Это вызвано, как увеличением уровня основного обмена в условиях низких температур, так и

дополнительными затратами энергии при работе в специальной зимней одежде [6, 9, 10, 19, 20 и др.].

Существующая нормативная классификация работ по тяжести не учитывает вариативности энергетических затрат рабочих (энергетической стоимости работ) горнодобывающей промышленности в течение года. На практике игнорирование факта вариативности приводит к неправильному определению категорий работ по степени тяжести и, как следствие, переутомлению работников из-за несбалансированного режима труда и отдыха в течение рабочей смены. Возможным следствием этого является увеличение частоты заболеваний и повышенный уровень травматизма в зимний период [1,2, 11, 16, 19, 20 и др.].

Очевидно, что проблема рационального выбора соотношения длительности труда и отдыха в условиях охлаждающего микроклимата является актуальной, так как повышает уровень охраны труда в горнодобывающей промышленности.

Цель работы. Улучшение условий труда и повышение безопасности работ в горнодобывающей промышленности Севера путем рационального изменения режимов труда и отдыха рабочих в условиях охлаждающего микроклимата.

Задачи исследований:

— Экспериментально определить изменение энергетических затрат и коэффициента полезного действия работников в условиях охлаждающего микроклимата.

— Обосновать целесообразность изменения режимов труда и отдыха для горнодобывающих предприятий Севера.

— Определить предельные температуры окружающей среды, изменяющие категорию работ по тяжести, и провести районирование основных горнодобывающих регионов Севера по показателю «холодовой» нагрузки.

Идея работы. Рациональное нормирование режимов труда и отдыха, учитывающее изменение тяжести работ в условиях охлаждающего микроклимата, позволит снизить уровень производственного травматизма и заболеваемости рабочих горнодобывающих предприятий Севера.

Научная новизна работы.

— Установлены зависимости влияния температуры окружающей среды на уровень производственного травматизма и заболеваемость работников различных специальностей на горнодобывающих предприятиях Крайнего Севера в виде линейных и экспоненциальных функций, которые могут быть объяснены изменением энергетической стоимости работ в условиях охлаждающего микроклимата.

— Установлены основные закономерности изменения энергозатрат и коэффициента полезного действия рабочих при выполнении работ различной тяжести в условиях охлаждающего микроклимата.

— Установлено, что вне зависимости от степени тяжести выполняемых работ, энергетический градиент в условиях охлаждающего микроклимата при изменении температуры в пределах (- 35; + 20) °С имеет постоянное значение, равное (22 ± 1,3)-10"4, кДж/с-°С.

Предполагаемое внедрение. Обоснованные в диссертационной работе предложения по изменению режимов труда и отдыха в условиях охлаждающего микроклимата рекомендованы к внедрению на производственных объектах ООО «Газпром добыча Уренгой», г. Новый Уренгой (приложение А).

Методы исследования. Статистический анализ данных об уровне производственного травматизма и заболеваемости работников предприятий северных регионов; экспертная оценка условий труда на основе проведения анкетирования работников; экспериментальные исследования влияния параметров охлаждающего микроклимата на энергетические затраты и коэффициент полезного действия человека; количественный анализ

результатов исследований с использованием методов математической статистики.

Практическое значение работы.

— Обоснована целесообразность изменения нормативной шкалы работ по степени тяжести и выбора рациональных режимов труда и отдыха в условиях охлаждающего микроклимата.

— Определены предельные температуры перехода одной категории работ в другую, на основе чего разработан новый принцип и проведено районирование основных горнодобывающих регионов РФ по показателю «холодовой» нагрузки.

Защищаемые научные положения.

— Сезонный характер уровня производственного травматизма и заболеваемости рабочих горнодобывающих предприятий Севера в том числе определяется изменением энергетических затрат в зависимости от температуры окружающей среды в течение года.

— При определении категорий работ по степени тяжести и последующей оценке условий труда необходимо учитывать вариативность энергетических затрат рабочих в течение годового цикла.

— Организация рациональных режимов труда и отдыха рабочих горнодобывающих предприятий Севера должна проводиться с учетом изменения тяжести работ в условиях охлаждающего микроклимата.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается применением большого объема фактических материалов, полученных в процессе исследований и данными других авторов; анализом значительного числа научной и методической литературы по исследуемой проблеме; подтверждением основных закономерностей экспериментальными данными, сравнением результатов численных расчетов с данными, полученными другими исследователями.

Апробация работы.

Содержание и основные положения диссертационной работы обсуждались на конференции «Неделя науки СПбГПУ» (г. Санкт-Петербург,

2010); в X Всероссийском конгрессе «Профессия и здоровье» (г. Москва,

2011); на 62-ой международной конференции (г. Фрайберг, 2011); на научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (г. Новый Уренгой, 2012), на заседаниях кафедры безопасности производств Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Личный вклад:

— Анализ статистических данных по показателям производственного травматизма и заболеваемости на горнодобывающих предприятиях Севера.

— Разработка методики и проведение комплексных экспериментальных исследований по определению энергетических затрат в условиях охлаждающего микроклимата.

— Анализ результатов эксперимента с последующим обоснованием целесообразности изменения длительности труда и отдыха рабочих горнодобывающих предприятий Севера.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ (4 статьи напечатаны в журналах, входящих в перечень ВАК, 1 в зарубежном рецензируемом журнале (5-Year Impact Factor: 2.86)).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, библиографического списка, включающего 105 наименований. Материал диссертации изложен на 162 страницах, включает 54 таблицы, 48 рисунков и 9 приложений.

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ТЕМЕ: «ТЕПЛОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЧЕЛОВЕКА С ОКРУЖАЮЩЕЙ

СРЕДОЙ»

1.1 Климатическая характеристика районов Крайнего Севера

Особенностью температурного режима районов Крайнего Севера является длительность периода с устойчивыми морозами (более 230 дней). В годовом цикле температуры воздуха зимний минимум выражен не четко, но в среднем он отмечается в феврале ( - 26°С+- - 28°С), к югу от полярного круга самая низкая температура наблюдается в январе (- 22°С - 26°С). Средняя температура июля в рассматриваемых регионах Крайнего Севера повышается от 4 до 13°С в районе полярного круга, к югу температура увеличивается до 14°С 16°С. Среднегодовые значения относительной влажности, характеризующей степень насыщения воздуха водяным паром