автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Развитие научных основ создания высокоэффективных средств индивидуальной защиты шахтеров

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ УКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Долженков Анатолий Филиппович

УДК 622.87:614.891.1

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ШАХТЕРОВ

Специальность 05.26.01 - «Охрана труда»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 4 ЛЕН 2009

Макеевка - 2009

003489739

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Государственном Макеевском научно-исследовательском институте по безопасности работ в горной промышленности Министерства угольной промышленности Украины.

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Воробьев Виктор Данилович, институт энергосбережения и энергоменеджмента Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт» Министерства образования и науки Украины, профессор кафедры инженерной экологии.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Пашковскин Петр Семенович, научно-исследовательский институт горноспасательного дела и пожарной безопасности «Респиратор» Министерства угольной промышленности Украины, первый заместитель директора по научной работе;

- доктор технических наук, профессор Колесник Валерий Евгеньевич, Национальный горный университет Министерства образования и науки Украины, профессор кафедры экологии;

- доктор технических наук, профессор Мычко Анатолий Андреевич, Восточ-ноукраинский национальный университет им. В. Даля Министерства образования и науки Украины, профессор кафедры легкой и пищевой промышленности.

Защита состоится « » декабря 2009 г. в 1300 часов на заседании специализированного ученого совета Д 12.834.01 при Государственном Макеевском научно-исследовательском институте по безопасности работ в горной промышленности по адресу: 86108, г. Макеевка Донецкой обл., ул. Лихачева, 60.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного Макеевского научно-исследовательского института по безопасности работ в горной промышленности по адресу: 86108, г. Макеевка Донецкой обл., ул. Лихачева, 60.

Автореферат разослан « с^» ноября 2009 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета Д 12.834.01

д.т.н., с.н.с.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сложные горно-геологические и горнотехнические условия угледобывающих предприятий Украины приводят к тому, что в процессе производственной деятельности горнорабочие подвергаются риску воздействия комплекса физических, химических, биологических опасных и вредных производственных факторов (ОВПФ). С позиции техники безопасности и охраны труда механические факторы, неблагоприятный микроклимат, шум, вибрация, запыленность горных выработок, низкая освещенность, загрязнение рудничного воздуха газами, бактериальное загрязнение шахтной среды и другие ОВПФ рассматриваются как факторы профессионального риска, приводящие к утрате здоровья шахтеров.

Снижение или устранение риска воздействия ОВПФ на шахтеров в первую очередь достигается созданием безопасной техники и технологии, применением средств индивидуальной защиты (СИЗ), эффективность которых во многом зависит от того, насколько их защитные, эргономические и эксплуатационные свойства соответствуют условиям труда на рабочем месте.

Принятая в отрасли система оценки надежности защиты шахтеров СИЗ от вредного влияния комплекса ОВПФ малоэффективна по ряду причин. Основная из них - отсутствие научно обоснованных подходов, основанных на установлении закономерностей, позволяющих преобразовывать параметры ОВПФ в требования к защитным свойствам СИЗ. Не в полной мере учитывается номенклатура и интенсивность ОВПФ на рабочем месте, для ряда факторов отсутствуют методы количественной оценки, что не позволяет переводить их в разряд измеряемых категорий. Не разработана классификация контингента горнорабочих подземных профессий, основанная на анализе условий труда. Отсутствуют научно обоснованные методы комплексной оценки надежности СИЗ на соответствие условиям труда, что не позволяет определять эффективность защитных и эксплуатационных характеристик и разрабатывать перспективные направления в их создании и совершенствовании.

В связи с изложенным, развитие научных основ создания высокоэффективных и надежных СИЗ путем установления закономерностей влияния комплекса ОВПФ на риск и тяжесть поражения шахтеров с разработкой на этой основе методов преобразования параметров ОВПФ в требования к свойствам СИЗ представляет актуальную научную проблему.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертация выполнена в соответствии с научной тематикой Государственного Макеевского научно-исследовательского института по безопасности работ в горной промышленности, Национальными программами улучшения состояния безопасности, гигиены труда и производственной среды на 1996-2000 и 2001-2005 годы, утвержденными постановлениями Кабинета Министров Украины от 02.11.1996 № 1345 и от 10.10.2001 № 1320, в рамках бюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ: «Создать комплекс СИЗ работающих на маломощных пластах» (№ ГР 0187.0005698); «Пересмотреть отраслевые нормы бесплатной выдачи спецодежды, спецобуви и других СИЗ работникам действующих и строящихся шахт, разрезов и других предприятий угольной и сланцевой промышленности» (№ ГР 0189.0021323); «Разработать и испытать опытную партию СИЗ рук горнора-

бочих от удара» (№ ГР иА01003182Р); «Разработать и освоить серийное производство средств индивидуальной защиты рук горнорабочих от удара» (№ ГР и АО1003182 Р); «Разработать и освоить производство спецодежды дом горнорабочих крутопадающих пластов» (№ ГР иА 01003189 Р); «Разработать инструкцию по эксплуатации СИЗ на предприятиях угольной промышленности» (№ ГР 0195Ш23368); «Разработать документы, оснастить испытательную базу и провести подготовку к аккредитации в системе УКРСЕПРО лаборатории по испытаниям промышленных СИЗ» (№ ГР 0196Ш13040); «Изучить требования, предъявляемые к спецодежде в зависимости от условий эксплуатации и разработать отраслевой стандарт «Спецодежда шахтерская. Общие технические условия» (№ ГР 01961)013041); «Разработать опознавательные знаки из светоотражающих материалов на спецодежду и другие СИЗ» (№ ГР 0100Ш03940); «Здшснення контролю за техшчним станом 313; як1 надходять на вуглевидобувш тдприемства, та розробка единого нормативного документа ¡3 забезпечення робтшюв цих тдприемств 313» (№ ГР 010Ш007411); «Дооидження та розроблешы захисно! каски загального призна-чення» (№ ГР 0105Ш00094), при непосредственном участии автора в качестве исполнителя и научного руководителя работ.

Цель и задачи исследований.. Целью работы является развитие научных основ создания высокоэффективных СИЗ путем раскрытия закономерностей влияния их защитных свойств на риск поражения шахтеров комплексом ОВПФ горного производства. ■ ¡< ■•>'■

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследований:

- выполнить анализ условий труда на угольных шахтах и сформировать номенклатуру ОВПФ шахтной среды, действие, которых на работающего может устраняться или снижаться за счет применения высокоэффективных СИЗ, с установлением закономерностей их влияния на риск возникновения производственного травматизма и профессиональной заболеваемости; .•■."'■:

- разработать классификацию контингента рабочих подземных профессий угольных шахт с выделением их в группы со сходными условиями труда;

- обосновать требования к СИЗ, характеризующие их защитные и эксплуатационные свойства при работах в различных горно-геологических и горнотехнических условиях с разработкой методов их комплексной оценки для установления рационального диапазона защиты. анатомо-топографических зон тела шахтеров в группах со сходными условиями труда;

разработать методы прогнозирования параметров необходимой защиты шах-стеров от комплекса ОВПФ, действующих на рабочих местах, путем оценки эффек-: тивности СИЗ для обоснования перспективных направлений в их создании и совершенствовании;

■ * разработать и внедрить в отрасли: конструкции высокоэффективных СИЗ с высокой степенью надежности при защите шахтера от ОВПФ; нормативные документы, регламентирующие порядок учета, анализа, применения и контроля оценки качества и безопасности СИЗ на предприятиях угольной промышленности.

Объект исследований - процессы, определяющие влияние ОВПФ угольных - шахт на анатомо-топографические зоны тела шахтеров при использовании СИЗ.

Предмет исследований - закономерности, определяющие свойства СИЗ шахтеров, применяемых в различных горно-геологических и горнотехнических условиях труда на угольных предприятиях.

Методы исследований. При решении поставленных задач использовались современные методы научных исследований: анализ, обобщение и статистическая обработка результатов экспериментальных исследований с использованием компьютерных технологий; лабораторные и промышленные исследования защитных и эксплуатационных характеристик СИЗ шахтеров с использованием современных технических средств измерений; моделирование зависимостей между показателями травматизма (профзаболеваемости) и параметрами условий труда с применением корреляционного и многофакторного регрессионного анализа; комплексная оценка эффективности СИЗ на основе квалиметирического подхода и определения степени индивидуального риска шахтеров; графоаналитический и технико-экономический анализ.

Научная новизна полученных результатов работы заключается в установлении закономерностей в характере и степени влияния на риск поражения горнорабочих ОВПФ угольных шахт защитных и эксплуатационных свойств СИЗ, для обоснования требований к формированию рационального диапазона защиты шахтеров.

Основные научные положения, выносимые на защиту и их новизна заключается в том, что впервые:

¡ .Обоснована система создания высокоэффективных СИЗ шахтеров и оценки их свойств, на основе установленных закономерностей изменения величины риска и тяжести поражения шахтеров комплексом ОВПФ, характерным для рабочих мест угольных шахт, что позволяет оценить надежность защиты шахтеров оптимальным набором СИЗ и обосновать перспективные направления в их разработке и совершенствовании.

2. Теоретически установлены и экспериментально подтверждены многофакторные зависимости тяжести повреждения анатомо-топографических зон тела шахтеров, работающих в различных горно-геологических и горнотехнических условиях от величины воздействия механических факторов, что позволило научно обосновать уровень необходимой защиты каждой зоны и оценить эффективность применяемых

СИЗ.

3. Раскрыт характер воздействия механических факторов различной величины на голову горнорабочего, на основе которого разработана математическая модель процесса поглощения энергии удара каской и получена зависимость надежности защиты головы шахтера от степени растяжения лучей амортизатора внутренней оснастки, величины жесткости и конфигурации корпуса каски, что позволило обосновать конструктивные параметры каски с высокоэффективными защитными свойствами.

4. Уточнен механизм возникновения профзаболеваний коленных суставов у шахтеров, работающих на маломощных пластах в положении «с опорой на колени» путем установления количественных зависимостей тяжести их травмирования от величины энергии удара, что позволило пересмотреть подходы в оценке методов и способов защиты коленных суставов.

5. Установлены зависимости теплового сопротивления пакета спецодежды от вынужденных поз шахтеров, работающих на маломощных пластах в положении

«лежа», «с опорой на бедро и голень» с расчетом величины теплоотдачи в местах соприкосновения поверхности тела с почвой, что позволило обосновать средневзвешенную толщину пакета спецодежды, нормализующего параметры пододежно-го микроклимата.

6. Установлены закономерности возникновения микротравм и заболеваний кожи у горнорабочих, работающих на маломощных пластах в зависимости от прочностных характеристик спецодежды, с выделением зон тела, требующих дифференцированной защиты от трения, что позволило на основе расчета соотношения натуральных, синтетических и металлических волокон в структуре ткани увеличить их защиту от механических воздействий в 3-5 раз и снизить накопление зарядов статического электричества до безопасного уровня.

Обоснованность и достоверность научных положений выводов и рекомендаций подтверждена: статистически значимым объемом информации об условиях труда в угольных шахтах и свойствах СИЗ; корректным применением методов математической статистики при оценке эффективности защитных и эксплуатационных характеристик СИЗ; представительностью и репрезентативностью статистических данных экспериментальных исследований характеристик СИЗ за 15 лет; достаточной (94-99%) сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований; положительным результатом внедрения новых разработок СИЗ и нормативно-технических документов; корректностью применения методик экспериментов и эффективностью внедрения разработанных рекомендаций на предприятиях угольной промышленности.

Практическое значение полученных результатов состоит в том, что они использованы как методическая основа для разработки новых, высокоэффективных СИЗ, нормативных документов и методов испытаний, позволяющих повысить уровень безопасности и производительность труда шахтеров за счет снижения травматизма и профессиональной заболеваемости.

На различные виды СИЗ разработаны следующие нормативные документы, согласованные и утвержденные в установленном порядке:

- на защитную каску, спецодежду для крутопадающих пластов и наколенники - технические условия (ТУ У 25.2-32087543, ТУ 17 Украины 14-14-93 и ТУ У 25.122721757-009:2007);

- на износостойкую антистатическую ткань с добавлением металлических волокон и средство защиты рук от удара - исходные технические требования;

- на рукавицы антивибрационные, спецодежду и спецобувь для горнорабочих, работающих на маломощных пластах - технические задания на изделия;

- на СИЗ с опознавательными знаками из светоотражающих волокон - руководящий документ КД 12.07.001-2001 и отраслевой стандарт СОУ 10.100174088. 014:2008;

- «Галузев1 норми безплатнси видач1 спецодягу, спецвзуття та шших засобт шдивщуального захисту для прашвниюв тдприемств вупльно! промисловосп»;

На антивибрационные рукавицы и каску защитную получены патенты на полезную модель, соответственно, № 20040907807 и № 200612131.

СИЗ, разработанные по указанной нормативно-технической документации, прошли промышленные испытания на угольных предприятиях, часть их внедрена, а некоторые рекомендованы к широкому внедрению.

Личный вклад соискателя состоит в обосновании актуальности работы, постановке научной проблемы, решенной в диссерт ации, формулировке цели и постановке задач исследований, формулировке научных положений, разработке математических моделей исследуемых процессов, обосновании применения методов вероятностно-статистических исследований и комплексных методов оценки безопасности и качества СИЗ, установлении закономерностей разработки и совершенствования СИЗ в зависимости от комплекса ОВПФ, обосновании диапазона защиты анато-мо-топографических зон тела шахтёра при работе в различных условиях труда, формулировке требований к защитным и эксплуатационным свойствам СИЗ, участии в проведении экспериментальных исследований, анализе и систематизации полученных результатов, разработке и внедрении документов по учету и анализу СИЗ на угледобывающих предприятиях. Опытно-промышленная апробация и внедрение результатов работы проходили под руководством и при непосредственном участии автора.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты исследований и положения диссертации на отдельных этапах ее выполнения и в целом докладывались и получили одобрение на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы медицины труда и экологии Донбасса» (Донецк, 2000); научно-практической конференции «Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли» (Макеевка, 2004); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы гигиены труда, профессиональной патологии и медицинской экологии Донбасса» (Донецк, 2005); «Второй Международной научно-практической конференции «Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли» (Макеевка, 2007); круглом столе «Повышение безопасности ведения горных работ» в рамках проведения Международной выставки «Уголь-майнинг» (Донецк, 2008); Международной конференции «Современные СИЗ - способ обеспечения безопасности» (Киев, Пуща Водица, 2008), научно-технических совещаниях Минуглепрома Украины, посвященных разработке и внедрению СИЗ (Ласпи, 19982009); ученых и научно-технических советах МакНИИ (Макеевка, 1995-2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 39 печатных работ, из них 25 статей в специализированных изданиях, входящих в перечень ВАК Украины (10 - самостоятельно), 2 - патента, 1 - отраслевой стандарт, б - в сборниках докладов и тезисах конференций, 5 - в виде информационных бюллетеней, методических указаний, нормативных и руководящих документов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи разделов, выводов, 39 приложений, списка использованных источников из 272 наименований. Общий объем диссертации 422 страницы, из них основная часть -268 страниц, содержит 40 рисунков (3 - на отдельных страницах) и 92 таблицы (37 - на отдельных страницах).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и ее связь с научными программами, темами, планами, сформулированы цель и задачи исследований. На основе анализа основных результатов, вошедших в диссертацию, обоснована их научная новизна и практическое значение, изложена общая характеристика диссертации.

В первом разделе проведен анализ современных достижений науки и практики по созданию СИЗ шахтеров, исследована номенклатура ОВПФ и дана оценка эффективности применяемых на угольных шахтах СИЗ на соответствие их условиям труда и эксплуатации. Рост производственного травматизма и профзаболеваемости современная наука связывает с действием производственных факторов на здоровье шахтеров и, в первую очередь, зависит от величины и времени их воздействия. В довольно полном объеме исследована номенклатура ОВПФ, подробно изучены гигиенические аспекты влияния ОВПФ на организм шахтеров и технические характеристики СИЗ. В решение этой проблемы внесли значительный вклад отечественные и зарубежные ученые Бринкли Дж. В., Вебстер Р., Воробьев В.Д., Голинько В.И., Громов А.П., Грядущий Б. А., Иткин М.З., Кашуба О.И., Колесник В.Е., Кузин В.А., Марийчук И.Ф., Медведев Э.Н., Мычко A.A., Овчарен ко B.JI, Пашковский П.С., Ткачук К.Н. Трубников Е.Г., Фон-Гирке Х.Э., Цыкин С.И., Юрченко Б.П. и другие.

Следует отметить, что исследования свойств СИЗ проводились ранее с позиций совершенствования их технических характеристик, как правило, без учета уровня защищенности работающих и тяжести повреждения здоровья шахтеров или рассматривались с точки зрения гигиенического обоснования их применения. Остается нерешенной проблема, связанная с: оценкой надежности защиты человека применяемыми СИЗ от поражения ОВПФ, что не позволяет оценить эффективность и обосновать перспективные направления их в разработке и совершенствовании. В первую очередь, это связано с отсутствием методов преобразования информации об условиях труда в требования-к отдельным свойствам СИЗ. Одна из причин - отсутствие параметрических выражений свойств ряда СИЗ и методов их количественной оценки, что не позволяет переводить характеристику защитного свойства в разряд измеряемых категорий, а, следовательно, и оценивать неблагоприятное влияние ОВПФ на организм работающих. Отсутствует комплексная оценка эффективности защитных и эксплуатационных характеристик СИЗ шахтеров. Принятая в отрасли пофакторная система разработки и оценки СИЗ, предусматривающая защиту от одного или нескольких ОВПФ (защита от пыли, определение механической прочности касок и т.д.), обусловлена технологически достижимыми параметрами защитных показателей, а не условиями труда на рабочих местах. При разработке и применении СИЗ на угольных шахтах не в полной мере учитываются номенклатура и интенсивность ОВПФ, определяющиеся профессией шахтера, горно-геологическими и горнотехническими условиями работы, что не позволяет обосновать рациональный диапазон защиты различных анатомо-топографических зон тела шахтеров. Отсутствие классификации контингента рабочих подземных профессий угольных шахт по показателям условий труда, научно обоснованного комплекса критериев оценки СИЗ и методов контроля их свойств не позволяет проводить оценку эффективности защитных и эксплуатационных характеристик, применяемых на шахтах СИЗ, и обосновывать перспективные направления их разработки и совершенствования.

Исходя из результатов оценки воздействия ОВПФ на здоровье шахтеров и анализа Современного состояния оценки их защиты посредством применения СИЗ, определены указанные выше цель и задачи исследования.

Второй раздел посвящен теоретическим и экспериментальным исследованиям надежности защиты шахтеров от воздействия ОВПФ и обоснованию методологии оценки эффективности СИЗ. Сформирован перечень производственных факторов (механические воздействия, микроклиматические условия, наличие повышенных уровней шума и вибрации, влияние агрессивных и неагрессивные жидкостей, масел, газов, патогенных микроорганизмов, накопление зарядов статического электричества, пониженная освещенность рабочих мест и др.), уровни которых могут снижаться посредством применения СИЗ. Установлено, что суммарный риск утраты здоровья горнорабочим от воздействия ОВПФ (1{с) находится в зависимости от величины фактора (Р!) и времени его воздействия (?) и выражается функцией:

Д>=/[£ Л; 1\т (1)

1=1

Снижение риска возникновения профзаболеваемости и травматизма за счет применения СИЗ в общем виде можно выразить следующей функцией, характеризующей их защитные свойства (исю):

1М(Пст). (2)

Установлены интервалы варьирования ОВПФ и способы количественной оценки показателей защитных свойств материалов и конструкций в группах с оценкой их уровня. Для оценки уровня (Ку) использовались относительные показатели, представляющие собой функцию двух абсолютных показателей - измеряемого Ру и принятого за базовый Р,'/л\

Гуу АР,:1':П- (3)

Показатели защитных свойств укрупнялись в группы с целью оценки защиты шахтера, как от действия комплекса ОВПФ на весь организм в целом, так и на отдельные анатомо-топографические зоны. Это позволило оценить снижение степени риска воздействия ОВПФ в зависимости от эффективности защитных свойств СИЗ.

Задача получения информации о воздействии производственных факторов на шахтеров для каждой выделенной группы решалась тремя методами: первый - определение интенсивности воздействия ОВПФ на выделенные зоны; второй - изучение степени износа или повреждения СИЗ в процессе их эксплуатации в различных условиях труда с последующей лабораторной оценкой снижения защитных свойств и третий - оценка динамики уровней профзаболеваемости и травматизма за счет применения СИЗ.

Исследованы три механизма воздействия производственных факторов на организм шахтера - локальный, общий и смешанный. В основу принципа локальной защиты был положен учет специфики воздействия различных ОВПФ на отдельные участки поверхности тела шахтеров, распределенные на 18 анатомо-топографи-ческих зон с учетом пространственной ориентации во время работы (рис. 1). На этой основе разработаны общие принципы проекции каждого фактора на потенциально уязвимые зоны организма.

Рис. 1. Анатомо-топографические в зоны тела горнорабочего: £ 1- голова (волосистая часть); 2 - глаза; 3 - органы дыхания; 4 - органы слуха; 5 - шея; 6 - грудь; 7 - живот, ® 8 - плечо; 9 - локоть, 10 - предплечье;

11 - кисть; 12 - бедро; 13 - колено; <$ 14 - голень; 15 - стопа; 16 - позвоночник; 17 - спина; 18 - таз.

Требования к зональной защите тела шахтеров от ОВПФ устанавливались на основе проведения кластерного анализа, позволяющего определить степень сходности воздействия на анатомо-топографические зоны производственных факторов с целью объединения в однородные группы. Оценка воздействия факторов на зоны определялась тяжестью поражения, а степень их необходимой защиты устанавливалась путем нахождения разности между интенсивностью воздействующего фактора и величиной, характеризующей уровень защитных возможностей СИЗ по каждому фактору. Такой подход позволил обосновать рациональную защиту шахтера как сумму необходимой защиты отдельных зон. Получено четыре кластера анатомо-топографическйх зон тела профессиональных групп: первый - не нуждаются или нуждаются в минимальной защите; второй - защита обычно применяющимися СИЗ; третий - защита от факторов, приводящих к переломам, ушибам и ранам; четвертый - усиленная защита от всех имеющихся на рабочем месте ОВПФ.

Полученная параметрическая оценка факторов шахтной среды положена в основу классификации профессий горнорабочих, сведя с помощью специально разработанного алгоритма всю их совокупность в шесть групп со сходными условиями труда, различающихся по номенклатуре, интенсивности и локализации факторов (табл.1).

Одним из основных аспектов обоснования перспективных направлений в вопросах разработки, оценки безопасности и качества шахтерских СИЗ является установление диапазона необходимой защиты в группах от механических факторов: удара, давления, трения и вибрации. Интенсивность воздействия механического фактора определялась тяжестью травмирования работающего. Исследование структуры травматизма по анатомо-топографическим зонам показало, что наиболее травмируемыми являются (случаи травм на 100 работающих): кисть и пальцы кисти (1,5), голова (1,01), голень (0,9), позвоночник (0,63). Травмирование рабочих очистных забоев на пологих пластах составило 53,7%, в то время как на кругых - 76,1%, За счет большей высоты падения травмирующего предмета. Наибольшее количество травм головы, приходится на работы, связанные с добычей (49% - пологие и 62% -крутые плксты), наименьшее - при проведении проходческих работ (9-18%). Показатели травматизма горнорабочих при разработке маломощных пластов более чем в 3,5 раза превышают травматизм у шахтеров, работающих в положении стоя (соответственно 0,75 и 0,21 случай на 100 работающих).

Таблица 1

Классификация контингента шахтеров по условиям труда

Условия труда, ОВПФ Группы со сходными условиями труда

1 2 3 4 5 6

Температура, °С до 26°С до 26°С до 26°С выше 26°С выше 26°С до 26°С

Рабочая поза работа стоя вынужденные позы работа стоя работа стоя вынужденные позы вынужденные позы

Обводненность НО НО О НО НО О

Горногеологические условия: мощность - ш, угол падения - а крутопадающие пласты; пласты m =1,3 м, а =19-45°; пологие пласты m > 1,8 м пологие пласты т < 1,8 м; маломощные пласты а =45° крутопадающие пласты; пласты m =1,3 м, а =19-45°; пологие пласты m > 1,8 м крутопадающие пласты; пласты ш =1,3 м, а =19-45°; пологие пласты т> 1,8 м пологие пласты т < 1,8 м; маломощные пласты а =45° пологие пласты т < 1,8 м; маломощные пласты а =45°

Примечание. НО - выработки не обводнены; О - выработки обводнены.

Основными причинами травмирования шахтеров являются обрушение кусков породы и угля, движущие части машин и механизмов, падение людей, рельсовый транспорт. При обосновании критериев количественной оценки, защиты анатомо-топографических зон тела шахтера от механических факторов исходили из установления тяжести повреждений, позволяющей оценить риск травмирования шахтеров при работах в различных горно-геологических условиях. Установлено, что горногеологические и горнотехнические условия 1-й, 3-й и 4-й групп при выполнении производственных операций обуславливают рабочую позу «стоя, выпрямившись»; 2-й, 5-й и 6-й групп - вынужденные позы, ограниченные высотой выработки. При этом получены количественные зависимости массы травмирующего объекта от величины переданной энергии при работах в горных выработках различной мощности (табл. 2). По результатам исследований рассчитаны необходимые уровни защиты различных анатомо-топографических зон.

В третьем разделе приведены результаты исследований закономерностей риска травмирования головы горнорабочих угольных шахт механическими факторами во всех 6 группах. Определены основные свойства шахтерских касок, характеризующие степень защиты головы работающего.

Экспериментальные исследования устойчивости и амортизационной способности к вертикальной ударной нагрузке, определялись испытанием касок на ударную прочность (разрушение) вертикально направленными ударами груза с энергией 80-180 Дж. Анализ результатов проведенных исследований показал малую информативность показателей механической прочности каски, регламентированных действующими нормативными документами с точки зрения оценки риска травмирования головы шахтера, поскольку они сводятся только к определению способности ею перераспределять и поглощать энергию удара.

Таблица 2

Количественные зависимости тяжести повреждений анатомо-топографических зон тела горнорабочего от массы травмирующего объекта (кг) при работах в горных выработках различной мощности (м)

Характер повреждений Базовые показатели тяжести травм, Дж Вынужденные позы, ограниченные высотой выработки (м)

«сдавливание» «лежа» «на коленях или на корточках» «согнувшись стоя» «выпрямившись ■ стоя»

0,1 0,6 0,7 0,8 1,3 1,4 1,7 1,8 5,0 10,0

Голова

Сотрясение | 22 22,4 3,74 3,2 2,8 1,73 1,6 1,32 1,25 0,45 0,22

Переломы | 45 45,9 7,65 6,6 5,73 3,53 3,28 2,7 2,55 0,92 0,46

Предплечье

Ушиб тканей 9,1 .9,3 1,6 1,3 1,16 0,71 0,66 0,55 0,52 0,19 0,09

Переломы 16,3 16,6 2,8 2,4 2,08 1,28 1,21 0,98 0,92 0,33 0,17

Кисть

Ушиб тканей 7,7 7,9- 1,3 1,1 0,99 0,6 0,56 0,46 0,44 •0,16 0,08

Переломы 14,4 14,7 2,5 2,1 1,84 1,13 1,05 0,86 0,82 0,29 0,15

Бедро

Ушиб тканей 37 37,7 6,3 5,4 4,72 2,9 2,7 2,22 2,1 0,75 0,38

Переломы 68,5 .69,8 11,6 10 8,73 5,37 4,99 4,11 3,88 1,4 0,7

Голень

Ушиб тканей 22,5 22,9 3,8 3,3 2,87 1,76 1,64 1,35 1,27 0,46 0,23

Переломы 44,5 45,4 7,6 6,5 5,67 3,49 3,24 2,67 2,52 0,91 0,45

Стопа

Ушиб тканей 7,7 7,85 ! 1,3 1,1 0,98 0,6 0,56 0,46 0,44 0,16 0,08

Переломы 14,4 14,7 2,5 2,1 1,84 1,13 1,05 0,86 0.82 0,29 0,15

Позвоночник

Разрыв связки 58,9 60 10 8,6 7,51 4,62 4,29 3,53 3,34 1,2 0,6

Разрыв диска 133 136 22,7 19,4 17 10,46 9,71 8 7,56 2,72 1,36

Результаты экспериментов, проведенных с касками, как традиционно применяемыми в угольной промышленности (Шахтер, ШЗ), так и вновь разработанной (ЗКЗП) (рис. 2а), позволяют сделать вывод о том, что последняя выдерживает нагрузку вертикального удара (Ей) равную 160 Дж без разрушения конструкции и материала при нормированной величине 80 Дж, что свидетельствует о высоких показателях ее механической прочности. Однако, уже при Я0=140 Дж и выше, переданная на макет головы энергия вертикального удара (Япер) достигает величины 45 Дж, приводя к разрушению костей черепа. Амортизация каски при указанных энергиях удара остается на довольно высоком уровне (А=75%), что свидетельствует о ее способности перераспределять и поглощать энергию удара (рис. 26).

Епер, Дж

50 ■

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

7

/ 1 /

(2 / ,3

1 ( /

¿. I Г

- 1 6

\

— А 5

4

А, % 100

90 80 70 60 50 40

1

й

\ А г г * ж. 2 11

1 № 3 •1 Л •в-

20 40 60 80 100 120 140

Ео, Дж

20 40 60 80 100 120

Ео,Дж

Рис, 2. Зависимость энергии, переданной на макет головы (а) и амортизации (б) шахтерских касок различных конструкций от величины энергии вертикального удара:

1 - каска ШЗ; 2 - каска ЗКЗП; 3 - каска Шахтер; 4 - энергия разрушения корпуса каски ШЗ; 5 - энергия разрушения внутренней оснастки каски Шахтер; 6 - энергия сотрясения головного мозга; 7 - энергия перелома костей черепа.

На рис. 3 представлены результаты расчета 90 % доверительного интервала для оценки величины энергии, приводящей к перелому косгей черепа и граничные значения этого интервала.

Епео Л 70

I | V =9,78 .0.013*

! | г Л 1,997

§

| г

3 1

■ ! 2 1 и2 = 0,9521 -1-

ЕО. Дж

Рис. 3. Зависимость энергии, переданной на макет головы каски ЗКЗП от величины энергии вертикального удара:

1 - доверительная граница с уровнем значимости 90%; 2 - уравнение регрессии; 3 - энергия сотрясения головного мозга; 4 - энергия перелома костей черепа.

По результатам исследований установлено, что наиболее информативным показателем, позволяющим обосновать зависимость тяжести травмирования головы от величины действующей энергии с целью прогнозирования необходимого уровня ее защиты и оценки эффективности каски является энергия, переданная на голову человека, рассчитываемая по формуле:

Епер— Ео - К,

(4)

где !•■(, - действующая энергия удара, Дж;

К - поглощение энергии удара, Дж.

Формула справедлива при /:'0 >0 и /;'0 > К.

Выявленная корреляционная связь (/=-0,957) между энергией, переданной на макет головы и жесткостью корпуса каски (С), позволяет сделать вывод о том, что жесткость является одним из параметров, влияющих на величину поглощения энергии удара. Расчет этого показателя сводился к экспериментальному получению диаграммы движения (падения и отскока) испытательного груза в координатах «путь-время» и рассчитывался по известной формуле:

С=(0 + т)-

Л Го Штг„

1 +

н

2л-

(5)

где С - масса падающего груза, кг; т - масса каски, кг; Я - полная высота падения груза, м; Л - высота отскока груза, м; Го - продолжительность отскока и падения, с, г„ - продолжительность прогиба, с.

Жесткость, поглощение энергии удара и энергия, передаваемая каской на голову, рассматривается и уценивается известными методиками, как суммирующий результат взаимодействия основных звеньев каски - корпуса и внутренней оснастки. Такой подход не позволяет рассчитать перераспределение поглощения энергии между ними, а, следовательно, и оценить эффективность ударозащитных свойств каски. Для решения этой задачи был проведен расчет приведенных выше характеристик не только для каски в целом, но и для отдельных ее звеньев.

Показатель, характеризующий конфигурацию корпуса каски (Я), определялся по формуле:

где / - длина малой оси эллипса каски, м; г - радиус кривизны купола каски, м.

Перераспределение поглощения энергии между корпусом каски и внутренней оснасткой оценивалось по величине прогиба корпуса каски (5):

т2Н2г2

Ш2с2Е235т4

(7)

где Е - модуль упругости, МПа; с - постоянная (с:~0,18); г - радиус сферической оболочки корпуса каски, м; 6 - толщина корпуса каски.

Растяжимость лучей внутренней оснастки (АЛ) определялась по формуле:

АЬ=1-Ь0, (8)

где Ь0 - первоначальная длина лучей амортизаторов (до удара), м; Ь - длина лучей амортизаторов после удара, м.

На основе теоретических и экспериментальных исследований эффективности ударозащитных характеристик каски построена математическая модель процесса поглощения и перераспределения энергии удара за счет совершенствования технических характеристик каски, которая выражается формулой:

Г, 1п р-*И0-5т2Н212№

К= 1,33-10"'

Ч [1+ 2,54-10"2(1п/7-1)2](1-1/2).та2г-4Я2'

(9)

Как следует из анализа графика (рис. 4), у касок с корпусами различной жесткости и конфигурации с оснастками, выполненными из различных материалов, наблюдается одна и та же тенденция - при малых энергиях удара (30-40 Дж) ее поглощение происходит, в основном, за счет растяжения лучей амортизатора внутренней оснастки.

С-10, кг/м

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

11-,

1 — г

3 —-

--1 _

1к ^ .4 2 1

-- ^ ■

1 ->>

20

25

30

35

40

45 Е0, Дж

Рис. 4. Изменение жёсткости конструкций касок различных конфигураций в зависимости от величины энергии вертикального удара: Каски: 1 - ШЗ; 2 - ЗКЗП; 3 - Шахтер.

Величина прогиба менее жесткого корпуса каски ШЗ уже при энергии удара в 35 Дж снижается почти вдвое, уменьшая величину безопасного вертикального зазора (/), приводя к росту риска травмирования головы, в то время как эти же характеристики каски ЗКЗП изменяются незначительно (рис. 5). Растяжение лучей оснастки выполненных из полиэтилена высокого давления менее выражено, чем у комбинированной оснастки из полиэтилена высокого давления с лучами, выполненными из эластичной ленты, особенно при энергиях 20-50 Дж.

40 35 30 25 20 15

10

5 0

Рис. 5. Изменение величины безопасного зазора у каски ЗКЗП при раздельном поглощении энергии удара в зависимости от величины энергии вертикального удара:

1 - за счет растяжения оснастки; 2 - за счет прогиба корпуса каски; 3 - максимальный безопасный зазор.

Проведенные исследования упругих свойств касок позволили определить диапазон их значений, при которых перераспределение энергии удара между корпусом и внутренней оснасткой будет более равномерным. Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования показали, что каска ЗКЗП обладает оптимальными параметрами жесткости корпуса (от 10000 до 11000 кг/м), относительным удлинением лучей оснастки (35-40 мм при энергиях удара до 50 Дж) и конфигурацией корпуса каски лежащей в пределах 1,4-1,5.

На основании проведенных исследований разработаны и утверждены в установленном порядке: техническое задание, рабочая конструкторская документация, технические условия и получен патент на защитную каску ЗКЗП [27].

Оценка влияния температуры окружающей среды на ударозащитные характеристики каски при энергии вертикального удара, равной 50 Дж показала, что при увеличении температуры ее ударозащитные свойства возрастают, а величина переданной энергии у всех типов касок снижается при: 7=20°С - в 1,7-3,1 раза; /=30°С - в 2,3-3,7 раза; /=50°С - в 2,9-4,5 раза. При низких температурах (-40°С) величина переданной энергии у всех испытуемых касок колебалась в пределах 19,3-26,7 Дж.

При получении уравнений регрессии, определяющих зависимость переданной энергии от энергии вертикального удара, значение постоянных коэффициентов устанавливалось методом наименьших квадратов по данным сопоставления энергий удара с переданной энергией. Для установления видов функциональной зависимости применен метод с использованием полинома Чебышева. При этом принимался

т, мм

10 30 50 70 Е„,Дк

такой вид уравнения, при котором дисперсия была минимальной. Анализ полученных данных показал, что для каски ЗКЗГ1 минимальная дисперсия будет иметь место при описании зависимости переданной энергии от энергии удара уравнением 2-го порядка, справедливым при значениях 20 Дж <Ед< 160 Дж:

£пер=0,007£'о2+0,69£'о+23,77. (10)

Аналогичные уравнения регрессии получены для других видов касок, традиционно применяемых в угольной промышленности. Вероятность соответствия расчетных данных фактическим (критерий Пирсона) для разных моделей касок с различной локализацией удара колебалась в пределах от 0,65 до 0,99. Соотношения фактических и расчетных величин переданных энергий (рис. 6) показывают незначительное расхождение между ними.

Епер, Дж

1 ........I........... 1

т __— - 1

1 1

20 40 60 80 100 120 140 160 180 Ео_

Рис. 6. Соотношение расчетной и фактической энергии для каски «ЗКЗП»: • фактическая величина переданной энергии; — расчетная величина переданной энергии.

Удельный вес травм при работе стоя составляет 13%, более половины - 56% случаев травмирования проходит при непрямых ударах. Экспериментальные исследования степени защиты головы работающих от бокового и непрямого ударов, проводились на специально разработанном при участии автора стенде, кинематическая схема которого показана на рис. 7.

Рис. 7, Кинематическая схема стенда для испытания касок при боковом ударе:

1 - основание стенда; 2 - наковальня, 3 - ударник; 4 - испытанная каска, 5 - макет головы; 6 - датчики акселерометра; 7 - ходовой винт; 8 - пружина; 9 - толкатель; 10 - электромагнитное пусковое устройство; 11 - каретка; 12 - направляющие.

Из результатов исследований, приведенных на диаграмме (рис. 8), следует, что наиболее надежна защита каской головы при вертикальном ударе, поскольку в таком положении лучи внутренней оснастки работают на растяжение наиболее эффективно. Установлено, что чем удар становится более нецентральным, а точка

к измерительной системе

приложения действующей энергии ударных нагрузок смещается от вершины к основанию каски, тем больше меняется перераспределение поглощения энергии в сторону корпуса и при боковом ударе в 100% случаев происходит за счет его деформации, определяемой показателями жесткости его материалов и ширины кольцевого зазора. Определение коэффициентов корреляции боковой амортизации каски показало наличие сильной обратной связи с условным показателем жесткости материалов (г—0,84) и сильной прямой связи (/=0,95) с шириной кольцевого зазора.

200 -

Рис. 8. Зависимость переданной 150 . Ц энергии от энергий удара различной

юо 4 ^¿ТГм 11 локализации для защитных касок.

вертикальный удар (1- сотрясение, 2 - перелом); нецентральный удар (3 - сотрясение, 4 - перелом), боковой

50

о щ 'I щ мл,

I ^ ^}

2 з 4 5 удар. (5 - сотрясение, 6 - перелом).

6

3каска Шахтер; в каска ЗКЗП.

Экспериментальными исследованиями ударозащитных характеристик касок, проведенными методом перфорирующего конуса установлено, что зональная защита головы шахтера за счет расположения ребер жесткости корпуса каски ЗКЗП в местах максимально вероятного удара усилилась более чем в два раза в сравнении с традиционно применяемой в отрасли каской Шахтер (от 50 Дж до 110 Дж на центральном ребре жесткости).

При травмировании горнорабочего сдавливанием куском угля или породы предельно допустимая статическая усилие сжатия каски (Рск) определяется как сумма усилия сжатия, при которой ликвидируется кольцевой зазор (Ри усилия, ведущей к появлению болевых ощущений (Рво), взятой за критерий «относительно безопасного порога»:

РсГРю+Рво- (П)

Экспериментальные исследования различных модификаций касок из материалов с различной степенью жесткости с усилием 430 Н со скоростью 100 Н/мин показало, что все полиэтиленовые и пластиковые каски не выдерживают заданного сжимающего усилия, так как сопротивление деформации каски становилось меньше приложенного усилия и величин максимальной и остаточной ее значений. Эта задача решена за счет применения в зонах максимального сдавливания материалов повышенной жесткости - поликарбоната, армированных термопластов и прессмате-риалов.

Степень влияния касок на снижение вероятности травмирования головы горнорабочего оценена по показателю профессионального риска (по критериям Лапласа). При этом для каждого значения энергии удара определялся элемент риска отдельно по каждому виду касок:

Л ^пер(тах)"^пер г- (12)

Суммарное значение элемента риска по каждому из указанных показателей определялось по формуле:

где /' - число испытываемых видов касок.

Комплексная оценка надежности касок устанавливалась по показателям риска, возникающим вследствие разрушения элементов каски, сотрясения головного мозга, разрушения костей черепа при вертикальном, нецентральном и боковых ударах; по характеристикам массы каски; удара при £о=50 Дж после нагревания каски до + 50°С; удара при ¿о=50 Дж после охлаждения каски до - 10°С; удара при Е0=50 Дж после охлаждения каски до - 20°С, удара при Е0=50 Дж после орошения каски водой; бокового сдавливания, а так же показателям риска, по характеристикам прочности: соединения корпуса каски с лучами амортизатора оснастки (табл. 3).

Таблица 3

Сравнительная комплексная оценка надежности защиты головы шахтера касками "Шахтер" (Ш) и "ЗКЗП" (3), проведенная путем расчета индексов риска

Надежность Группы со сходными условиями труда

первая вторая третья четвертая пятая шестая

III 3 Ш 3 111 3 Ш 3 Ш | 3 Ш 3

Ир 7,7е~и 3.9еи 1.5с10 1Лси 3,2с" 4,0е14 9,7с"и 6,1е"|а 1.9е"10 | 1,9с"12 б.Зс |и 1,2ел~

Из анализа табл. 3 видно, что надежность каски «Шахтер» и аналогичных ей касок, традиционно применяемых в угольной промышленности, значительно ниже разработанной каски ЗКЗП.

В четвертом разделе приведены результаты исследований закономерностей риска поражения рук горнорабочих механическими и вибрационными факторами, что легло в основу создания высокоэффективных СИЗ рук.

Было изучено около 10 видов материалов, которые используются или могут быть использованы в качестве ударозащшных накладок, результаты исследования некоторых представлены на рис. 9.

Ео, Дж

Рис. 9. Зависимость переданной энергии удара от энергии вертикального удара при защите парусиной полульняной (1), губчатой резиной (2) и пластизолем (3), оцененная по базовым показателям тяжести травмирования кисти - ушибе (4) и переломе (5).

Степень защиты кисти и пальцев кисти шахтера от удара устанавливалась по показателям тяжести травмирования (см. табл. 2). Экспериментальные исследования целого ряда материалов, применяемых в качестве ударозащитных накладок показали крайне низкую степень их защиты, поскольку уже при энергии удара, равной 8-11 Дж, величина переданной энергии соизмерима с энергией ушиба кисти, а при £о=10-18 Дж - энергией перелома. В тоже время анализ графика, представленного на рис. 9 показывает, что пластизоль обладает достаточно эффективными ударозащит-ными свойствами и его амортизационные характеристики достаточно высоки \ (65%).Установлена зависимость переданной энергии удара от действующей при испытании образцов из жестких материалов (стеклопластика, полиэтилена и др.) от различной площади контакта с защищаемым участком руки. Из анализа результатов ! исследований, приведенных на диаграмме (рис. 10), следует, что с увеличением площади контакта более чем в 4 раза амортизация удара возрастает в 2,5 раза.

Рис. 10. Зависимость переданной энергии от площади ударозащитной прокладки из стеклопластика: 1 - 17,6 см' (19%); 2 - 35,2 см2 (31,5%); 3 - 75,6 см2 (47%).

Установлена корреляционная зависимость величины переданной энергии от упругих характеристик ударозащитных материалов, выражающаяся в амортизации накладки (гху=-0,58). Величина коэффициента регрессии показывает, что при снижении амортизации на 1%, переданная энергия увеличивается в среднем на 0,14 Дж. Экспериментальные исследования полихлорвинилового пластиката марки пластизоль Д17И позволили установить, что он обладает оптимальными характеристиками по показателям упругих свойств, прочности на разрыв и сопротивления сжатию, что позволяет достичь защиты от энергии ушибов при Е0=25 Дж и энергии переломов при Е0—50 Дж.

Полученные уравнения регрессии позволили установить связь между независимой (До) и зависимой (Етр) переменными при применении в качестве ударозащиты накладки из парусин полульняных, поролона, нетканых материалов, губчатой резины, пенолатекса, стеклопластика, полиэтилена высокого и низкого давления и пла-стизоля. Уравнение регрессии при применении пластизоля определяется формулой, справедливой при значениях 5 Дж <Е0<50 Дж:

-0,32/: о-0,! 5. (14)

Вероятность соответствия расчетных данных фактическим, проведенная по таблице квантилей распределения Пирсона для всех исследованных материалов, является достаточно надежной. Показатели надежности прочностных характеристик тканей для рукавиц рассчитывались по следующей зависимости:

з 1

У РС

„ 1\С, +Р2С2 +...Р:С, £ ' ' С, +С2 +...С,

1-1

где Р1 - риек нарушения прочности тканей от 1-го способа разрушения;

С, - средневероятностные значения показателя прочности для /-го способа повреждения ткани.

Комплексная оценка надежности рукавиц устанавливалась по показателям риска, возникающего вследствие ушиба, перелома кисти; разрывной нагрузки тканей по основе и по утку; раздирающей нагрузки по основе и по утку; истираемости; воздухопроницаемости; жесткости по основе и по утку.

Индексы риска, рассчитанные для ударозащитных прокладок, приведены в табл.4.

Таблица 4

Показатели индексов риска, рассчитанные для прокладок, используемых в уда роза щнтных рукавицах

Показатель индекса риска Парусины полу-лен Поролон Нетканый материал Резина Пенола-текс Стеклопластик Полиэтилен Пластизоль

высокого давления низкого давления

Абсолютный 0,42 0,12 0,19 0,12 0,12 0,17 0,22 0,56 0,06

Относительный 0,76 0,22 0,35 0,22 0,22 .0*31 0,4 1 0,1

Анализ данных табл. 4 свидетельствует о том, что пластизоль в 10 раз надежнее полиэтилена низкого давления, в 8 раз - парусин полульняных, в 3-4 раза - стеклопластика, нетканых материалов и полиэтилена высокого давления, в 2 раза - поролона, губчатой резины и пенолатекса. Следовательно, пластизоль наиболее пригоден для изготовления ударозащитных накладок в рукавицах.

На СИЗ рук горнорабочих от удара разработаны и утверждены в установленном порядке исходные технические требования. <

Анализ профзаболеваний, проведенный на угольных предприятиях показал, что 18,2 % всех профзаболеваний шахтеров приходится на вибрационную болезнь, вызванную локальной вибрацией. По результатам оценки вибрационных характеристик шахтных машин и механизмов установлены виброскорости ручных машин, которые превышают допустимые нормы на 3-10 дБ.

Теоретические и экспериментальные исследования степени защиты горнорабочих антивибрационными рукавицами, "традиционно применяемыми в угольной промышленности показали, что прокладки из резины виброгасящей и трубки резиновой медицинской, рекомендуемые, действующими стандартами, эффективны лишь на частотах 63-1000 Гц и не имеют защиты от локальной вибрации на частотах 8-16 Гц, наиболее опасных в плане возникновения вибрационной болезни.

Расчет эффективности виброзащиты пакетов материалов с различными вибро-поглощающими характеристиками и установление степени их надежности проводился для каждого значения усилия нажатия j. При этом эффективность защиты СИЗ рук от вибрации определялась в восьми октавных полосах частот q как разность между уровнями вибрации, передаваемыми рукавицей без антивибрационных прокладок и с прокладками:

Aq,L o-Lq, (16)

где L0 и Lq - уровни вибрации, передаваемые рукавицей, соответственно без антивибрационных прокладок и с ними, дБ.

Суммарное и среднее значения элемента риска при каждом /-том усилии нажатия определялось по формуле:

i 4=1000 о q=8

где j - усилие нажатия, Н; Aq - значение эффективности пакета на ¿/-той октавной полосе, дБ; q - октавная полоса частот, Гц; 8 - количество нормируемых октавных частот.

Комплексная оценка антивибрационных рукавиц на основе установления индекса риска для пакета материалов проводилась по показателям риска при усилии нажатия j равном 50, 100 и 200 Н. В результате исследований установлено, что на частотах 8-16 Гц, только антивибрационные прокладки «Бизон» и «Медуза» с модулем упругости, равным (4-7)ТОе9дН/см2, физико-механические свойства которых представлены в табл. 5, обеспечивают снижение переданной вибрации на 3-5 дБ. Это позволяет увеличить допустимое время работы на крутопадающих пластах, где большой объем добьии угля осуществляется молотковым способом в смену от 47 до 77 мин. На антивибрационные рукавицы имеется патент на полезную модель [13].

Таблица 5

Свойства виброзащитных материалов

Тип покрытия Толщина, мм Снижение вибрации шума, дБ Коэффициент механических потерь, i] Плотность, р, г/см3 Интервал температур, ®С Прочность на отрыв, а0, Мпа

Бизон-1 2,5-6 4-10 0,25-0,35 0,85-0,9 -20... + 90 1-1,1

Бизон-1ф 5-8 8-15 0,35-0,55 0,9-0,95 -40...+100 1,3-1,5

Медуза-1 4-8 7-18 0,3-0,45 0,85-0,9 -20...+100 0,8-1,2

В пятом разделе приведены результаты исследования закономерностей риска травмирования позвоночника, ног и коленных суставов шахтеров на основе проведения комплексной оценки ст епени надежности их защиты.

Хронометражными. исследованиями установлено, что при работах на пластах мощностью от 0,7 до 1,1 м пребывание шахтеров в вынужденных позах составляет

86-98% всего рабочего времени. В результате этого позвоночник находится под угрозой травмирования обрушивающимися кусками породы и угля. В качестве критериев оценки тяжести травмирования позвоночника выбраны: разрыв передней продольной связки, фиксирующей межпозвоночные диски (£^=58,9-103 Дж), не полный (/1„р=77,5-82,4 Дж) и полный (£^=133,4-137,3 Дж) разрыв межпозвоночного диска наиболее показательно характеризующие различные степени тяжести повреждения.

По результатам экспериментов установлено, что энергия, переданная на позвоночник, защищенный только комплектом спецодежды практически равна энергии удара. Применение комбинированной ударозащитной накладки из полиэтилена и губчатой резины, амортизирующие свойства которой приближаются к свойствам мышечной ткани, позволяет повысить порог травмирующих энергий до 75-152 Дж. Коэффициенты регрессии при защите позвоночника комплектом спецодежды и комбинированной накладкой, составляющие соответственно 0,99 и 0,47, свидетельствуют о том, что предлагаемый способ защиты надежнее в два раза. Результаты расчетов коэффициентов регрессии для рисков травмирования позвоночника при работе на маломощных пластах, позволили установить зависимости при защите его спецодеждой и накладкой, выражающиеся формулами 18 и 19 соответственно, справедливыми при значениях 5 Дж </;'в<285 Дж:

^=0,992^-0,25, (18)

£цер=0,0021Ео+1,16Еп-5,02. (19)

Из анализа индексов риска травмирования позвоночника, установленного по показателям, выбранным в качестве критериев оценки тяжести видно, что менее надежна защита комплектом спецодежды, в 2 раза надежнее защита накладкой в поясничном и в 16,6 раз в спинном отделах. Такой неравномерный уровень защиты в разных зонах тела человека обусловлен неодинаковой толщиной, а, следовательно, и амортизационными способностями мягких тканей, составляющими 12 мм в спинном отделе за счет мышц спины и только 3 мм в поясничной области. Анализ локализации травм позвоночника при различных мощностях разрабатываемых пластов подтвердил, что основная доля травм (более 80%) приходится на нижне-грудной и поясничный отделы позвоночника.

Амортизация такой накладки при £о=15 Дж равна 49%, стойкость к проколу -220±2,5 Н, динамическое разрушение перфорирующим конусом - не менее 10 Дж, устойчивость к статическому сжатию по длине прокладки - 450±3,0 Н, что свидетельствует о надежной защите позвоночника данным СИЗ от механических повреждений.

С учетом специфики работы на маломощных пластах установлены количественные зависимости тяжести травмирования коленных суставов горнорабочих от величины энергии удара при перемещении их по выработке. На основании результатов исследований получены регрессионные модели надежности защиты коленного сустава наколенниками, отличающиеся конструктивными решениями и изготовленными из различных материалов: высококачественного полиуретана, пористой рези-

ны и композиционного материала «ТВИМ». Критерии Пирсона для разных моделей наколенников с различной локализацией удара колеблются от 0,93 до 0,99.

Экспериментально подтверждено, что наиболее достоверной причиной возникновения травматических повреждений и профзаболеваний коленного сустава у горнорабочих является воздействие значительных кратковременных усилий на него с энергией 27-67 Дж, в то время как по данным отечественных и зарубежных травматологов ушиб мягких тканей колена фиксируется при /?Пер=21-23 Дж, разрушение элементов структуры сустава - при 40-56 Дж.

По результатам исследований пересмотрены подходы в оценке методов и способов защиты коленных суставов, которые положены в основу разработанных и утвержденных ТУ У 25.1-22721757-009:2007 «Наколшники захисш зншш НЗЗ-07. Те-хшчш умови". Применение наколенника НЗЗ-07, изготовленного из высококачественного полиуретана для защиты коленных суставов шахтеров, работающих в условиях маломощных пластов более чем в 1,6 раза снижает риск травмирования коленного сустава на энергиях ушиба и перелома. Проколостойкость наколенника НЗЗ-07 в 2,8 раза выше традиционно применяемых, изготовленных из пористой резины, а остаточная деформация, ухудшающая амортизационные свойства наколенника в ; процессе эксплуатации не отмечалась при нагружении наколенника усилием 300 Н в течение 15 минут (рис. 11).

Типы наколенников Тип наколенников

а б

Рис. 11. Исследование усилия сквозного прокола защитного слоя (а) и остаточной деформации (б) наколенников: вкладных из (1 - пористой резины, 2 - композиционного материала ТВИМ); полиэтиленовые съёмные с вкладышами из (3 - пористой резины, 4 - композиционного материала ТВИМ), 5 - наколенник съёмный из высококачественного полиуретана.

Комплексная оценка, проведенная на основе расчета индексов риска по показателям рисков, возникающих вследствие ушиба, нарушения структуры, травмирования коленного сустава проколом и остаточной деформации наколенника показала, что самыми надежными остаются наколенники съемные из высококачественного полиуретана.

Экспериментальными исследованиями установлено, что пальцы стопы и стопа горнорабочих 1, 3 и 4 групп, защищенные сапогами без ударозащитных элементов, подвергаются ушибу при энергии удара, равной 10 Дж, а при £о=15 Дж - достигает энергии перелома. Применение металлических подносков снижает риск травмирования пальцев стопы более чем в 10 раз (£о=170-180 Дж), при этом защита пальцев от удара металлическими подносками (Л=0,04) более чем в 20 раз надежнее защиты традиционно применяемыми в угольной промышленности полуэбонитовыми подносками (Я=0,81) и почти в 25 раз надежнее защиты материалом сапога (R=0,97). Амортизация ударозащитных элементов в области подъема стопы, голеностопного сустава и пяточной области составляет 30,6-84,6%, переданная энергия - 0,7734,7 Дж, что практически устраняет риск травмирования этих зон ноги в диапазоне энергий 5-50 Дж. Установлена обратная количественная зависимость между энергией удара и амортизационными характеристиками материалов спецобуви (г=-0,74), что позволило найти оптимальное соотношение между ударозащитой и эргономическими свойствами подъема спецобуви. Зоны задних и боковых поверхностей голени и бедра при работе на маломощных пластах (2, 5 и 6 группы) не защищены. При ударах с энергией 25 Дж и выше происходит разрушение материала голенища, и переданная энергия фиксируется как энергия ушиба (£„^=23,8-24,7 Дж), а амортизация удара составляет всего 1,2-4,8%.

Применение усилительного элемента на голенище, выполненного из материала обуви на 16-25 Дж повышает надежность защиты голени при работе на маломощных пластах. Защита голени от удара предлагаемым ударозащитным элементом (R=0,58) в 1,7 надежнее, чем защита материалом сапога (/¿=0,98).

Для повышения надежности защиты подошвы стопы спецобувью из резины и поливинилхлоридов и устранения риска травмирования ног проколом с усилием равным 1200 Н, необходимо в 3,5 раза усилить характеристики материала низа обуви по показателю сопротивления проколу. Защита от прокола голенищем сапога и пакетом спецодежды (68,7-127,5 Н) при работах на маломощных пластах достаточна, чтобы предотвратить травму голени.

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований разработано и утверждено в установленном порядке техническое задание, позволившее обосновать требования к спецобуви для шахтеров, работающих на маломощных угольных пластах.

С учетом риска травмирования различных анатомо-топографических зон ног шахтеров от воздействия механических факторов получен комплекс регрессионных моделей надежности их защиты различными ударозащитными элементами. Ниже приведены характерные уравнения регрессии для ударозащитных элементов голени и защиты пальцев стопы металлическими подносками, значительно снижающих риск травмирования указанных зон, справедливых при значениях 5 Дж </:'ö<220 Дж:

Характер изменения зависимостей при других способах защиты (ударозащитными элементами из материала обуви, полуэбонитовым подносками и др.) обосновывался аналогичными уравнениями.

£тер=0,018562Ь"о2+0,031Е0+1,49. £ncp=0,000115£0+10,ll.

(20) (21)

Вероятность соответствия расчетных данных фактическим, проведенная по таблице квантилей распределения Пирсона для всех исследованных материалов, является достоверной при уровне значимости 0,96-0,99.

Оценка надежности элементов спецобуви проведена по комплексу защитных, эксплуатационных и эргономических показателей, характеризующих риски вследствие воздействия энергий ушиба и перелома при нарушении ударозащиты: подноска, подъема стопы, голенища, голеностопа; по проколу: голенища, подошвы с антипро-кольной стелькой и без нее; по гибкости; по показателю сопротивления скольжению подошвы и каблука. Установлено, что надежность защиты спецобувью от механических повреждений возрастает в 7-9 раз при наличии указанных элементов.

На спецобувь для шахтеров, работающих на маломощных пластах, разработано техническое задание, согласованное и утвержденное в установленном порядке. На спецобувь при работе в очистных и подготовительных выработках необводнен-ных шахт разработаны исходные технические требования, утвержденные Министерством угольной промышленности Украины.

В шестом разделе приведены результаты исследования надежности защиты шахтеров спецодеждой, применяемой на угольных предприятиях на основе принципов зональной оценки рисков их поражения ОВПФ. Рассмотрены требования к спецодежде для шахтеров при работах на пологих пластах мощностью более 1,8 м, на маломощных пологопадающих и крутопадающих пластах, имеющих свою специфику производства отличную от предыдущих двух.

Установлена зависимость заболеваний органов дыхания горнорабочих от микроклиматических условий и обводненности горных выработок угольных шахт, что легло в основу расчета теплозащитных свойств пакета шахтерской спецодежды, определяемых величиной его суммарного теплового сопротивления (Лсуи ) по формуле:

-/„ -100%

Чум.

/?су«. = . с22)

у-(100-0%

где /ст.к. - средневзвешенная температура кожи; °С; и - температура воздуха, °С; С - снижение средневзвешенной величины теплового сопротивления одежды, %; с} - плотность теплового потока, Вт/м\

Математической обработкой результатов исследований выявлено, что расчетное тепловое сопротивление в положении «стоя» (группы 1, 3, 4) составило 0,23 м2 °С/Вт. В положении лежа при работе на маломощных пластах (группы 2, 5, 6) оно равно 0,2 м2 °С/Вт, при толщинах пакета спецодежды, соответственно, равных 2,75 мм и 5,14 мм в области плеча, предплечья, локтя, туловища, бедра, голени при параметрах воздухопроницаемости шахтерской спецодежды в пределах 20-23 дм3/м2с и поверхностной плотности, не превышающей 580 г/м2.

С целью классификации анатомо-топографических зон по степени сходности воздействия на них трения применен кластерный анализ, позволивший установить наибольшую пораженность тела шахтеров, работающих на маломощных пластах, профессиональными заболеваниями кожи (пиодермитами) и микротравмами в области колен, локтей, плеч, бедра, голени. Как следует из результатов анализа графика частоты отказов и среднего времени безотказной эксплуатации спецодежды из

хлопчатобумажных тканей, представленных на рис. 12, износ брюк почти в 1,5, а куртки - 2 раза выше, чем на пластах большой мощности. Аналогичный результат был получен и при исследованиях износостойкости других тканей.

Частота отказов,/ (/)

Рис. 12. Частота отказов и среднее время безотказной эксплуатации спецодежды из хлопчатобумажных тканей при мощности пласта:

1- до 0,6 м; 2 - 0,8 м и выше; _ куртка;

брюки.

Между показателями микротравматизма, заболеваниями кожи и износом спецодежды выявлена тесная корреляционная связь. Установлено, что снижение микротравмирования и профилактика воспалительных заболеваний кожи шахтеров могут быть решены путем увеличения прочностных характеристик тканей и применением материалов, обладающих антимикробными свойствами. Показано, что спецодежда традиционно применяемая при работах на маломощных и крутопадающих пластах имеет низкую степень надежности По показателям износостойкости.

Повышение износостойкости ткани было решено двумя способами: путем нанесения на ткань латексного покрытия ДММА-65ГП, что увеличило ее стойкость к истирающему воздействию почти в 3 раза (с 256,5 до 716,6 циклов) и путем применения износостойких хлопкополиэфирных тканей, где вопрос их электризуемости решался впрядением металлических волокон микронных размеров из коррозионно-стойкой хромоникелевой стали с 1%, 3%, и 5% их содержанием. Результаты измерений электрического сопротивления (р) и коронного разряда хлопкополиэфирной ткани с металлическим волокном показали, что уже 3% металлического волокна уменьшают удельное электросопротивление ткани до 107-108 Ом, что ниже значений, регламентированных отраслевыми стандартами (табл. 6). При этом показатели прочности ткани увеличивались в 3-5 раз. На спецодежду для горнорабочих маломощных пластов разработано и утверждено в установленном порядке техническое задание, для крутопадающих пластов разработаны технические условия.

Таблица 6

Электрическое сопротивление экспериментальных образцов хлопкополиэфирной ткани

Вид ткани ХГ1Э ХПЭ + 5% ст. ХПЭ +3% ст. ХПЭ + 1 % ст.

/л Ом 10" ю1 10' -10" 10* -109

Экспериментальными исследованиями установлено, что применение в качестве профилактики нательного белья из тканей, где в качестве антимикробных препаратов прививались на ткань гексахлорофен или метацид, снижает уровень кожных заболеваний более чем в 5 раз. Уровень необходимой зональной защиты от трения и удара небольшой силы в зависимости от позы горнорабочего («лежа» или «стоя») обоснован с применением метода интервальных оценок.

Угольно-породная пыль и масла, попадая на травмированную кожу шахтеров, способствуют возникновению заболеваний кожи. Установлено, что защита шахтеров, работающих в полной экипировке, включающей костюм, кальсоны и рубашку (средневзвешенный показатель «запыленности» кожи равен 0,003 г на 100 см2) в 7-9 раз надежнее, чем у работающих в костюме, майке и трусах (0,028 г на 100 см2) и в 30-40 раз, чем в трусах и майке (0,116 г на 100 см2), поскольку задерживает более 80% пыли, 20% из которых приходится на специальное белье. Исследование масел в пододежном пространстве у рабочих, занятых ремонтом забойного оборудования, машинистов выемочных комбайнов и элекгрослесарей на добычных участках, проведенное фотометрическим методом, позволило установить, что концентрация их резко возрастает после 6-7 рабочих смен. Из этого следует, что шахтерские костюмы без специального белья, на долю которого приходится более 40% маслоза-щитной эффективности, не обеспечивают нормированный 10-сменный срок защиты горнорабочих от индустриальных масел.

Комплексная оценка надежности спецодежды устанавливалась по следующим показателям: разрывная и раздирающая нагрузка по основе и утку, истираемость, воздухопроницаемость, пылепроницаемость, водоупорность до и после стирки, в полной мере характеризующим надежность ее защитных свойств. Это позволило обосновать комплекс требований к тканям, наиболее эффективно защищающих от ОВПФ на рабочих местах.

Установлена зависимость повышения риска травмирования шахтеров горнодобывающим оборудованием, транспортными и другими техническими средствами в условиях недостаточной видимости в подземных выработках с высоким уровнем запыленности шахтного воздуха. Повышение безопасности работ и снижение уровня травматизма на рабочих местах с недостаточным освещением решалось путем внедрения СИЗ с опознавательными знаками светоотражающих и фотолюминесцентных материалов, на которые разработаны руководящий документ [37] и отраслевой стандарт [38], регламентирующие общие технические требования к знакам, устанавливающие правила эксплуатации, приемки и методы контроля их характеристик.

В седьмом разделе обоснованы технические требования к СИЗ шахтеров и оценена эффективность результатов исследований, что позволило разработать такие их модели, которые по защитным, эксплуатационным, эргономическим и другим характеристикам значительно эффективнее существующих аналогов, традиционно применяемых в угольной промышленности.

Экономическая эффективность применения СИЗ для отрасли (Эоп) определялась по формуле: ■

Эоп-Дв + Су„ (23)

где Д. - дополнительный объем чистой продукции за счет сокращения потерь рабочего времени из-за болезней и травм, грн/год;

Су - изменение удельной стоимости СИЗ, грн/год.

За счет внедрения новых высокоэффективных средств защиты и снижения воздействия на шахтеров ОВПФ достигается социальный эффект. При этом ожидаемый годовой технико-экономический эффект составил около 8 млн. грн.

ВЫВОДЫ

Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, в которой дано теоретическое обоснование и решение актуальной научной проблемы, заключающейся в развитии научных основ создания высокоэффективных СИЗ, позволяющих снизить или устранить воздействие ОВПФ шахтной среды на шахтеров в процессе производства. Решение этой проблемы осуществлялось путем установления закономерностей влияния комплекса ОВПФ на риск и тяжесть поражения шахтеров с разработкой на этой основе методов преобразования параметров ОВПФ в требования к свойствам СИЗ, что представляет актуальную научную проблему и имеет важное государственное значение для повышения безопасности труда и надежности защиты шахтеров за счет применения высокоэффективных СИЗ.

Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации при выполнении исследований и внедрении разработок:

1. На основе анализа современных достижений науки и практики, а также нормативных документов установлено, что принятая в отрасли система разработки СИЗ шахтеров малоэффективна. Отсутствует классификация контингента рабочих подземных профессий угольных шахт, основанная на анализе комплекса ОВПФ рабочих мест, оценке защитных свойств СИЗ и методов их контроля, что не позволяет свести всю совокупность профессий в группы со сходными условиями труда: В полном объеме не учитывается номенклатура, интенсивность и локализация производственных факторов, характерных для рабочих мест угольных шахт, что не позволяет на основе преобразований параметров ОВПФ в требования к защитным свойствам СИЗ проводить достоверную оценку эффективности защиты шахтеров, направленную на снижение риска возникновения профзаболеваний или травм и обоснования перспективных направлений в создании высокоэффективных СИЗ.

2. Впервые обоснована система создания высокоэффективных СИЗ шахтеров и оценки их свойств, основанная на установлении степени риска поражения шахтеров комплексом ОВПФ шахтной среды и оценке уровня его защищенности, что позволило обосновать перспективные направления в разработке и совершенствовании СИЗ с повышенными защитными и эксплуатационными свойствами.

3. Обоснована методология комплексной оценки эффективности СИЗ шахтеров на основе установления закономерностей риска поражения горнорабочих ОВПФ. Проведена дифференциальная оценка свойств СИЗ, преобразованная затем в относительные показатели, представляющие функцию двух абсолютных показателей -измеренного и базового. Моделирование зависимостей между уровнями ОВПФ, действующими на шахтера до и после защиты СИЗ, оцениваемых по величине фактора, определяющего тяжесть травмы или профзаболевания, выполнено с использованием корреляционного и многофакторного регрессионного анализа. Для каждого значения фактора определялся элемент риска по защитному свойству, с последующей оценкой суммарного значения риска для комплексной оценки СИЗ. Полученный результат позволил провести сравнительную комплексную оценку нескольких СИЗ и оценить надежность защиты каждым из них определенной зоны. Установлены зависимости травм и заболеваний шахтеров от условий труда в виде уравнений множественной регрессии.

4. Разработана классификация профессий шахтеров на основе количественной параметрической оценки условий труда, что позволило свести всю их совокупность в б групп со сходными условиями труда и обосновать требования к показателям защитных свойств СИЗ в каждой группе.

5. Обоснованы требования к зональной защите анатомо-топографических зон тела горнорабочих и установлены материальные причины травм по выделенным зонам на основании результатов кластерного анализа.

6. Обоснован информативный критерий риска травмирования шахтера - энергия удара, переданная на анатомо-топографические зоны тела, который в отличие от принятых нормативными документами показателей механической прочности наиболее достоверно определяет разницу между величиной внешнего удара и ее поглощением или перераспределением за счет амортизационных свойств СИЗ.

7. Установлена корреляционная связь между тяжестью повреждения головы, рук, ног, позвоночника и других анатомо-топографических зон тела шахтеров, работающих в различных горно-геологических и горнотехнических условиях и величиной травмирующей энергии механических факторов. Полученные зависимости позволили научно обосновать методы количественной оценки защитных свойств СИЗ.

8. Получены регрессионные зависимости, позволяющие оценить уровень необходимой защиты различных зон тела шахтеров от механических факторов, на основе которых разработаны методы прогнозирования параметров необходимой защиты. На основе расчета индексов риска проведена сравнительная комплексная оценка надежности СИЗ.

9. Установлена корреляционная связь величины травмирующей энергии переданной на голову шахтера и амортизационных способностей каски от степени растяжения лучей амортизатора внутренней оснастки и прогиба корпуса каски, характеризующихся величиной ее жесткости и конфигурацией, что позволило обосновать конструктивные параметры каски. Раскрыт механизм воздействия удара различной величины на голову шахтера, на основе которого построена математическая модель

процесса поглощения и перераспределения энергии удара за счет совершенствования технических характеристик каски. Показано, что надежность касок при вертикальном ударе выше, чем при нецентральном ударе в 5,3-17 раз и боковом - более чем в 70 раз.

10. Разработан метод оценки физико-механических свойств материалов и конструкций каски, позволивший обосновать технические характеристики принципиально новой конструкции каски ЗКЗП с повышенными ударозащитными свойствами. Установлено, что жесткость корпуса каски должна находиться в диапазоне 10000-11000 кг/м при распределении толщин ее корпуса в области максимального удара - 6,5-8,0 мм (центральное ребро жесткости), 3,8-4,5 (боковые ребра жесткости), конфигурация корпуса каски должна находиться в пределах 1,4-1,5, а относительное удлинение лучей оснастки может достигать 35-40 мм на малых энергиях удара (до 50 Дж). Сравнительной комплексной оценкой установлено, что удароза-щитные характеристики каски ЗКЗП в два раза выше, чем каски Шахтер, традиционно применяемой в угольной промышленности.

11. Установлены зависимости тяжести повреждения коленного сустава от величины энергии удара, образующегося при перемещении горнорабочих по выработке с уточнением механизма возникновения травм, заключающегося в воздействии значительных кратковременных усилий на него с энергией 27...67 Дж, что дало основание для пересмотра оценки методов и способов защиты этой анатомо-топографической зоны.

12. Обоснованы зависимости теплового сопротивления и толщины пакета спецодежды от рабочей позы шахтеров, работающих на маломощных пластах и величина средневзвешенной толщины пакета спецодежды, составляющая 5,14 мм в местах соприкосновения с почвой. Построена регрессионная модель, описывающая зависимость между воздухопроницаемостью и поверхностной плотностью шахтерской спецодежды, позволившая обосновать требования к пододежному микроклимату.

13. Выявлены корреляционные связи между износом спецодежды шахтеров и мощностью пластов, определяющие их вынужденные рабочие позы. По тяжести поражения различных зон тела шахтеров микротравмами и воспалительными заболеваниями кожи, в зависимости от рабочих поз выделены три группы анатомо-топографических зон тела, требующие дифференцированной защиты от трения.

14. По результатам исследований разработаны СИЗ головы, рук, ног, коленных суставов, позвоночника и других анатомо-топографических зон тела шахтера, которые прошли промышленные испытания на угольных предприятиях, часть их внедрена, а некоторые рекомендованы к широкому внедрению.

15. Расчетная экономическая эффективность от внедрения результатов диссертационной работы, заключающихся в изготовлении и внедрении касок «ЗКЗП», противоударных и антивибрационных рукавиц, наколенников НЗЗ-07, спецодежды для маломощных и крутопадающих пластов и других новых высокоэффективных средств защиты составляет около 8 млн. грн. в год.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в работах:

Статьи в научных специализированных изданиях

1. Рассолов Н. И. Роль санитарно-профилактических лабораторий в организации системы мероприятий по снижению заболеваемости шахтеров / Н. И. Рассолов, А. Ф. Долженков, А. В. Корягин // Предупреждение травматизма и производственная санитария в шахтах: сб. научн. тр. - 1988 - С. 21-25.

2. Левкин Н. Б. Совершенствование спецобуви для горнорабочих, работающих на маломощных угольных пластах / Н. Б. Левкин, А. Ф. Долженков, Л. И. Браилко, А. Г. Квитко // Предупреждение травматизма и производственная санитария в шахтах: сб. научн. тр. - 1990 - С. 21-27.

3. Макаев А. Ф. О сертификации средств индивидуальной защиты горнорабочих / А. Ф. Макаев, В. С. Макогонов, А. Ф. Долженков, С. И. Бондарев, К. К. Литовка // Вестник гигиены и эпидемиологии. - 1998. - Том 2, №1. - С. 61-62.

4. Долженков А. Ф. Установление требований к защитным свойствам шахтерской спецодежды / А. Ф. Долженков, Р. А. Садымака // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. научн. тр. -1998г.-С. 196-199.

5. Поронник А. А. О гигиенических проблемах при сертификации продукции средств индивидуальной защиты и спецодежды / А. А. Поронник, А. Ф. Макаев, К. К. Литовка, Ю. А. Иванов, А. Ф. Долженков // Вестник гигиены и эпидемиологии. -2000.-Том4,№1,-С. 64.

6. Долженков А. Ф. Опыт работы испытательной лаборатории средств индивидуальной защиты работающих / А. Ф. Долженков, А, Г. Квитко, Н. А. Мартынова Р. А. Садымака, К. Э. Теличко // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб, научн. тр. - 2001. - С. 162-165.

7. Долженков А. Ф. Разработка опознавательных знаков из светоотражающих материалов для спецодежды и других средств индивидуальной защиты / А. Ф. Долженков, А. Г. Квитко, Н. А. Мартынова, Р. А. Садымака // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. научн. тр. -2003.-С. 222-226.

8. Долженков А. Ф. О возможности использования литьевых композиций по-ливинилхлорядов для изготовления специальной обуви / А. Ф. Долженков, А. Г. Квитко, Ю. В. Клименко // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. научн. тр. - 2004. - Ч 1. - С. 212-216.

9. Онасенко А. А. Напряженно-деформированное состояние полиэтиленовых йленок для охлаждающих элементов / А. А. Онасенко, И. Ф. Марийчук, Н. И. Ши-линговский, А. Ф. Долженков // Научно-исследовательский институт горноспасательного дела и пожарной безопасности «Респиратор». - Горноспасательное дело: сб: научн. тр. - 2004. - Вып. 41. - С. 145-152;

10. Долженков А. Ф. Применение световозвращающих материалов в средствах индивидуальной защиты при работах на угольных предприятиях / А. Ф. Долженков // Вюник нацюнального НД1 охороии пращ: зб. наук, праць. - 2004, № 10. - С. 10-12.

11. Долженков А. Ф. Разработка и исследование качества спецодежды, для работающих на маломощных угольных пластах / А. Ф. Долженков // В ¡сник нацю-нального техшчного университету Украши «КП1». С ерш „Гфництво": зб. наук, праць. - 2004. - Вип. 11. - С. 96-102.

12. Долженков А. Ф. Анализ комплекса физико-механических показателей при оценке материалов для спецодежды шахтерской / А. Ф. Долженков, Н. А. Мартынова, Р. А. Садымака // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. научн. тр. - 2004. -Ч. 2. - С. 174-181.

13. Долженков А. Ф. Применение спецодежды шахтерской из износостойкой антистатической ткани на угольных предприятиях / А. Ф. Долженков // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. научн. тр.-2005.-С. 175-181.

14. Долженков А. Ф. О совершенствовании системы контроля качества и безопасности средств индивидуальной защиты / А. Ф. Долженков // Уголь Украины. -2005.-№10.-С. 28-30.

15. Кашуба О. И. Разработка защитной каски пожарного на основе проведения исследований влияния ударных нагрузок в системе «каска - падающий груз» / О. И. Кашуба, А. Ф. Долженков // Науковий вюник УкрНДШБ. - 2005. - №2 (12). -С. 106-113.

16. Долженков А. Ф. Повышение эффективности защиты головы работников от бокового удара в условиях маломощных пластов угольных шахт / А. Ф. Долженков // Вюник нацюнального техшчного университету Украши «КП1». Сер1я „Прни-цтво": зб. наук, праць. - 2005. - Вип. 12. - С. 126-129.

17. Долженков А. Ф. Совершенствование норм выдачи средств индивидуальной защиты / А. Ф. Долженков // Уголь Украины. - 2006. - № 3. - С. 31 -32.

18. Воробьев В. Д. Исследование защитных характеристик касок при вертикальном ударе / В. Д. Воробьев, О. И. Кашуба, А. Ф. Долженков // Вюник нацюнального техшчного ушверситету Украши «КП1». Серш „Прництво": зб. наук, праць. -2006.-Вип. 14.-С. 167-176. ' '

19. Кашуба О. И. О возможности применения литьевых компонентов при изготовлении обуви для пожарных - спасателей / О. И. Кашуба, А. Ф. Долженков // Науковий вюник УкрНДШБ. - 2006. - №1С. 212-124.

20. Долженков А. Ф. Характеристика степени защиты головы работающего каской шахтерской при вертикальном ударе в зависимости от величины действующей энергии / А. Ф. Долженков // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. научн. тр. - 2006. - Вып. 18. -С. 155-161. ' • '

21. Долженков А. Ф. Оценка эффективности антивибрационных средств индивидуальной защиты рук, применяемых в угольной промышленности / А. Ф. Долженков, В. В. Попов // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. научн. тр. - 2007. - Вып. 19. - С. 148-157.

22. Долженков А. Ф. Степень защиты позвоночника человека, работающего с противоударной накладкой / А. Ф. Долженков // Уголь Украины. - 2007. - № 12. -С. 28-31.

23. Долженков А. Ф. Модель многофакторного регрессионного анализа зависимости заболеваемости и травматизма от условий труда и применяемых средств индивидуальной защиты / А. Ф. Долженков // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. научн. тр. - 2007. - Вып. 20. -С. 120-129.

24. Долженков А. Ф. Оценка эффективности ударозащиты шахтерских касок /

A. Ф. Долженков // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах: сб. научн. тр. - 2008. - Вып. 21. - С. 90-100.

25. Воробьев В. Д. Разработка наколенников для горнорабочих / В. Д. Воробьев, А. Ф. Долженков // Уголь Украины. - 2009. - № 7. - С. 25-27.

Патенты

26. Пат. на корисну модель № 6539 Украша, МПК А41019/015. Зааб захисту рук вщ шбрацп / Пластун В. М., Долженков А. П. ; заявники 1 власники Пластун

B. М., Долженков А. П. - № 20040907807; заявл. 24.09.2004; опубл. 16.05. 2005, Бюл. № 5 - 3 с.

27. Пат. на корисну модель № 22041 Украша, МПК Р41Н 1/00 / Захисна каска / Коптиков В. П., Долженков А. П., Кштко А. Г.; заявник ) власник МакНД! -№ 200612131; заявл. 20.11.2006; опубл. 10.04.2007, Бюл. №4-3 с.

Тезисы докладов

28. Долженков А. Ф. Организация и порядок сертификации средств индивидуальной защиты на Украине / А. Ф. Долженков, Ю. А. Иванов, А. Ф. Макаев, А. Г. Квитко // Актуальш проблеми медицины пращ 1 еколош Донбасу: зб. статей за материалами М1жнародно1 наук.-практ. конф., 5-6 листопада 2000 р. - Донецьк: Каштан, 2000.-С. 54-55. .

29. Долженков А. Ф. К вопросу о разработке новой редакции «Отраслевые нормы бесплатной выдачи спецодежды, спецобуви и других средств индивидуальной защиты для работников угольной промышленности» / А. Ф. Долженков // Актуальш проблеми ппени пращ, професшно! патологи 1 медично! скологп' Донбасу: зб. статей за матерпшшк Мгжнародно) наук.-практ. конф., 15-16 листопада 2005 р. -Донецьк: Каштан, 2005. - С. 27-30.

30. Долженков А. Ф. Модель многофакторного регрессионного анализа зависимости заболеваемости и травматизма от условий труда, как критериев защитных характеристик СИЗ / А. Ф. Долженков // Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли: тезисы докладов второй Международной научн.-практич. конф., 1-2 ноября. - Макеевка, 2007. - С. 52-53.

31. Долженков А. Ф. Новые направления в разработке средств индивидуальной защиты шахтеров / А. Ф. Долженков // Повышение безопасности ведения горных работ: материалы круглого стола в рамках проведения Международной выставки «Уголь-майнинг 2008», 4-8 сент. 2008 г. - Донецк, 2008. - С. 23-24.

32. Долженков А. Ф. Вопросы оценки качества и безопасности СИЗ, поступающих на угольные предприятия / А. Ф. Долженков // Современные СИЗ - способ

обеспечения безопасности: тезисы докладов второй Международной научн.-практич. конф.,11-13 ноября 2008 г. - К., пгт Пуща Водица, 2008. - С.6-8.

33. Долженков А. Ф. О перспективах рационализации средств индивидуальной защиты, применяемых в угольной промышленности / А. Ф. Долженков // Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли: тезисы докл. научн,-практич. конф., 8-9 дек. 2004 г. - Макеевка: МакНИИ, 2004. - С. 180-183.

Статьи в научных журналах и сборниках

34. Долженков А. П. Досвщ робота МакНД1 з сертифшацн 3aco6ÍB шдивщуа-льного захисту / А. П. Долженков // Гнформацшний бюлетень з охорони прац1. -2004.-№3,-С. 32-33.

35. Долженков А. П. Створення спецодягу для працюючих прниюв на круто-падаючих пластах вугшьних шахт / А. П. Долженков // 1нформацшний бюлетень з охорони пращ. - 2004. - № 4. - С. 17-18.

36. Долженков А. Ф. Какая спецодежда удобна и безопасна для горняков / А. Ф. Долженков // Чистый четверг. - 2005. - № 2 (6). - С. 41-49.

37. Засоби шди[мдуального захисту шахтар1в з розшзнавальними знаками Í3 свшюповертаючих матерюлм. Загальш техшчш вимоги / А. П. Долженков, А. Г. Kbítko, Н. О. Мартинова, Р. А. Садимака, Н. М. Яцюта, Я. Б. Яцюта, Г. I. Соко-лянська: КД 12.07.001-2001. - [Чинний вщ 2007-11-01]. - Макнвка: МакНД!, 2001. -20 с. — (Нормативний документ Мшвуглепрому Украши. Кершпий документ).

38. Засоби шдив1дуального захисту иихтарт з розгпзнавальними знаками ¡з свклоповертальних i фотолюм1несцентних MaTepianÍB. Загальн1 TexnÍ4H¡ вимоги: СОУ 10.00174088.014:2008 / О. М. Брюханов, Д. П. Долженков, Л. П. 1ноземцева, Л., I. Скляров, А. Г. Kbítko, Н. О. Мартинова, Р. А. Садимака, Н. М. Яцюта, Я. Б. Яцюта, Д. А Ошщенко - [Чинний В1д 2008-05-07]. - Макнвка: МакНД1, 2008. - 27 с. - (Нормативний документ Мшвуглепрому Украши. Галузевий стандарт).

39. Галузев] норми безплатно! в и дач i спецодягу, спецвзутгя та ¡нших засоб1в шдивщуального захисту для прашвник1в вупльно! промисловост] / [О. М. Брюханов, А. П. Долженков, С.А. Крутенко, О. I. Кашуба, А. Г. Kbítko, Н. О. Мартинова, Р. А. Садимака, Ю. В. Кшменко, Р. А. Долженков]; шд загальною редактсю А. П. Долженкова. - 2005. - 218 с.

Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве, заключается в следующем:

[4, 5, 7-9, 15, 18, 19, 25] - постановка задач и определение направлений исследований;

[2, 6, 21, 27, 37, 38] - проведение и обобщение результатов исследований в области разработки и совершенствования СИЗ;

[3, 12] - разработка методов и методик исследований;

[1, 28, 39] - разработка практических рекомендаций по результатам исследований.

34

АНОТАЦШ

Долженков А.П. Розвиток наукових основ створення засобт шдивщуалыгаго захисту шахтар1в. - Рукопис.

Дисертацш на здобуття наукового ступеня доктора техшчних наук за спеща-льнicтю 05.26.01 - «Охорона пращ». - Державний Макнвський науково-дослщний институт з безпеки робгг у гтрничш промисловосп, Макивка, 2009.

У дисертацшшй робот1 виршена актуальна наукова проблема, що полягае в розвитку наукових основ створення високоефективних засоб1в шдив¡дуального захисту шахтарш, шляхом установления багатофакторних залежностей ваги ушко-дження анатомо-топограф!чних зон тша прника, що працюе в ршшх прничо-геолопчних i прничотехтчних умовах вщ величини i характеру впливу ОВПФ. За-пропоновано й обгрунтовано нову систему створення високоефективних засо01в ш-дивщуального захисту шахтар;в з використанням визначення ступеня ризику 1 ваги поразки прниюв комплексом фактор) в шахтного середовища, характерним для конкретного робочого М1сця, що дозволяе оцшити надшшсть захисту прника оптималь-ним набором 313 1 обгрунтувати перспективна напрямки в }х розробш й удосконалю-ванн1.

Клгочов! слова: безпека, засоби щдивщуального захисту, небезпечш1 шкщлив! виробнич! фактори, профес1Йна зaxвopювaнicть, травматизм, комплексна ощнка, ри-зик, ефектившсть.

АННОТАЦИЯ

Долженков А.Ф. Развитие научных основ создания средств индивидуальной защиты шахтеров. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.26.01 - «Охрана труда». - Государственный Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности, Макеевка, 2009.

Диссертация посвящена решению актуальной научной проблемы, заключающейся в развитии научных основ создания высокоэффективных СИЗ шахтеров, путем установления многофакторных зависимостей тяжести повреждения анатомо-топографических зон тела шахтера, работающего в различных горно-геологических и горнотехнических условиях от величины и характера воздействия ОВПФ. Для решения этой проблемы предложена и обоснована новая система создания высокоэффективных СИЗ, которая в отличие от известных методов оценки средств защиты основана на установлении степени риска поражения горнорабочих комплексом ОВПФ, характерным для конкретного рабочего места. Такой подход позволит оценить уровень защищенности шахтеров оптимальным набором СИЗ и развить перспективные направления в разработке и совершенствовании их защитных и эксплуатационных свойств.

Обоснована номенклатура комплекса ОВПФ, чье воздействие может устраняться или снижаться СИЗ На этой основе разработана классификация профессий горнорабочих, учитывая сходные условия труда и требования к показателям защитных свойств СИЗ в каждой группе.

Установлены зависимости тяжести повреждения • анатомо-топографических зон тела горнорабочих, работающих в различных горно-геологических и горнотехнических условиях от величины воздействия механических факторов. Это позволило научно обосновать методы оценки защитных свойств СИЗ. Получены уравнения регрессии, позволяющие оценить уровень необходимой защиты различных зон тела шахтеров касками, ударозащитными и антивибрационными рукавицами, спецобувью, наколенниками, накладками на позвоночник и другими СИЗ от удара. На основе этого разработаны методы прогнозирования параметров необходимой защиты. Требования к зональной защите тела горнорабочих от ОВПФ установлены на основе проведения кластерного анализа, позволившего определить степень сходности воздействия на них производственных факторов и объединить в однородные группы

Раскрыт механизм характера воздействия механических факторов различной величины на голову горнорабочего, на основе которого построена математическая модель процесса поглощения и перераспределения энергии удара, что легло в основу совершенствования технических характеристик каски. Установлена корреляционная связь, величины переданной на голову горнорабочего энергии и амортизационных способностей каски с растяжением лучей амортизатора внутренней оснастки и прогибом ее корпуса, характеризующихся показателями жесткости и конфигурацией. С учетом этого обоснованы конструктивные параметры каски. Разработан метод оценки физико-механических свойств материалов и конструкции кас^и, который использован для создания принципиально новой ее конструкции с повышенными ударозащитными свойствами.

Влияния комплекса ОВПФ на организм шахтеров моделировались зависимостями между показателями травматизма (профзаболеваемости) и параметрами условий труда с использованием корреляционного и многофакторного регрессионного анализа.

Установлены зависимости теплового сопротивления и толщины пакета спецодежды от рабочей позы шахтеров, работающих на маломощных пластах и воздухопроницаемости от поверхностной плотности шахтерской спецодежды. На этой основе обоснованы требования к пододежному микроклимату для шахтеров при работах в различных условиях труда. Выявлены корреляционные связи между износом спецодежды кожи шахтеров и мощностью пластов с выделением 3 групп анатомо-топографических зон тела, требующих дифференцированной защиты от трения. На основе этого установлена закономерность возникновения поражения кожи горнорабочих, работающих на маломощных пластах в зависимости от прочностных характеристик тканей, подвергающихся наибольшему износу.

Установлены зависимости травмирования коленного сустава от величины энергии удара при работах шахтеров в вынужденных производственных позах на маломощных пластах. На основе полученных результатов уточнен механизм воз-

никновения травм и профессиональных заболеваний коленных суставов и разработано более эффективное в сравнении с применяемыми в отрасли СИЗ коленного сустава.

На основе оценки риска воздействия на шахтеров ОВПФ и установлении степени надежности их защиты проведена сравнительная комплексная оценка эффективности СИЗ.

Ключевые слова: безопасность, средства индивидуальной защиты, опасные и вредные факторы, профессиональная заболеваемость, травматизм, комплексная оценка, риск, эффективность.

ABSTRACT

Dolzhenkov A. F. Scientific basis of developing individual protection means for miners. - Manuscript.

The thesis for a Doctor of Sciences (Engineering) degree in speciality 05.26.01 -Labour Protection. - State Makeyevka Safety in Mines Research Institute, Makeyevka, 2009.

The thesis is devoted to an urgent issue of developing efficient individual protection means for miners based on determining multivariate relationships between injury severity in topographic zones of the body of a miner working in various mine/mining conditions, and the amount and character of hazardous/dangerous occupational factors. An innovative system of developing efficient individual protective means for miners is suggested and substantiated, where the risk and severity of injury caused by a typical combination of mine factors at working place are determined. It enables to ascertain protection reliability of a miner equipped with an optimum set of individual protection means; and justify advanced development guidelines.

Key words: safety, individual protective means, occupational disease incidence, injury rate, integrated assessment, risk, efficiency.

Отпечатано т ризографе ООО фирма "ДРУК-ИНФО" Подп. к печати 23.11.2009 г.

У слов, печат. л. 1,9 Тираж 100 экз. Заказ №1063 83000, г. Донецк, ул. Артема, 58, к. теп. 335-64-55