автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Совершенствование методов анализа производственного травматизма при горных работах

кандидата технических наук
Даниленко, Антон Георгиевич
город
Тула
год
2013
специальность ВАК РФ
05.26.01
цена
450 рублей
Диссертация по безопасности жизнедеятельности человека на тему «Совершенствование методов анализа производственного травматизма при горных работах»

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование методов анализа производственного травматизма при горных работах"

На правах рукописи

ДАНИЛЕНКО Антон Георгиевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ТРАВМАТИЗМА ПРИ ГОРНЫХ РАБОТАХ

Специальность 05.26.01 - Охрана труда (в горно-перерабатывающей промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 ДЕК тз

Тула 2013

005544369

005544369

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тульский государственный университет» на кафедре «Аэрология, охрана труда и окружающей среды»

Научный руководитель: Шейнкман Леонид Элярдович,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Фатуев Виктор Александрович,

доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Автоматизированные информационные и управляющие системы» ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», г. Тула

Карначев Игорь Павлович,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела гигиены труда и профессиональной патологии ФБУН «Северо-Западный научный центр гигиены и общественного здоровья», г. Мурманск

Ведущая организация: ОАО «Тульское научно-

исследовательское геологическое предприятие» (ОАО «ТулНИГП»), г. Тула

Защита диссертации состоится « 30 » декабря 2013 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.09 при Тульском государственном университете (300012, г. Тула, пр. Ленина, 90, 6-й уч. корпус, ауд. 220).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан « 28 » ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Леонид Элярдович Шейнкман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. До настоящего времени проблема безопасности труда в промышленности рассматривалась с точки зрения соответствия фактических данных нормативным. При этом в лучшем случае использовалась статистическая обработка ретроспективных данных об отказах оборудования, авариях и травмах на производстве. В такой методологической постановке безопасность труда являлась категорией слабоуправляемой.

Указанные проблемы получили отражение в трудах отечественных и зарубежных ученых: В.А. Легасова, H.H. Моисеева, В.И. Сидорова, C.B. Белова, В. Маршалла, Э. Хенли, X. Кумамото и др., где сформулированы основные научные и прикладные результаты по управлению безопасным состоянием сложных технологических объектов.

В данной работе на основе системно-динамических методов моделирования откликов производственной системы на управляющие воздействия осуществляется прогнозирование целевой функции безопасности, зависящей от различных видов рисков (травм, смертельных случаев, профессиональных заболеваний и др.). В качестве целевой функции безопасности выбрана средняя ожидаемая продолжительность предстоящей трудовой деятельности (СОППТД) работников. В качестве управляющих воздействий используются организационно-методические, технические и другие решения, направленные на снижение различных видов риска.

Целью работы являлось уточнение существующих закономерностей влияния организационно-технических факторов при выполнении горных работ на уровень производственного травматизма для совершенствования методических положений по обеспечению безопасных условий труда на предприятиях горнодобывающей промышленности.

Идея работы заключается в том, что обеспечение безопасных условий труда на предприятиях горнодобывающих регионов основывается на адекватных математических моделях, устанавливающих зависимость различных видов рисков от значений индикаторов опасности и зависимость целевой функции безопасности от различных видов рисков, используемой для прогнозирования и предупреждения травматизма.

Методы исследования. Работа выполнена с использованием методов системного анализа, обобщения отечественной и зарубежной литературы, методов многомерного статистического анализа производственного травматизма, современных численных методов и стандартных программных систем.

Основные защищаемые положения, разработанные лично автором:

1. Социально-экономические последствия, связанные с производственным травматизмом или профессиональным заболеванием связаны со стоимостью человеческой жизни. Экономические потери от несчастных случаев на производстве: в случае летального исхода составили 13-15 млн. рублей, в случае временной потери трудоспособности - 0,2-2 млн. рублей.

2. Наиболее значимыми факторами (индикаторами), определяющими уровень травматизма, являются: доля обученных по охране труда; обеспечен-

ность средствами индивидуальной защиты персонала; доля неисправного оборудования; доля аттестованных рабочих мест; доля работающего не по специальности персонала; укомплектованность штатов надзорных органов; степень износа оборудования.

3. В качестве целевой функции безопасности выбрана средняя ожидаемая продолжительность предстоящей трудовой деятельности работающих (СОППТД). В качестве управляющих воздействий используются ресурсы, в частности, финансовые средства, направляемые на снижение рисков работающих.

Научная новизна:

1. Установлены социально-экономические последствия несчастных случаев на производстве с учетом стоимости человеческой жизни, отличающиеся от известных оценок введением шкалы утраты трудоспособности из-за производственного травматизма.

2. На основе систематизации массива несчастных случаев по техническим и организационным причинам установлен набор индикаторов опасности, указывающих на вероятность возникновения внештатной ситуации и, как следствие, приводящих к несчастному случаю.

3. Обоснована экспоненциальная зависимость различных видов рисков (травм, смертельных случаев, профессиональных заболеваний) от значений факторов (индикаторов) опасности.

Достоверность сформулированных положений, полученных результатов и выводов подтверждается корректной постановкой задач исследования, применением методов оптимизации, математической статистики й теории вероятностей, проверкой адекватности разработанных моделей. Результаты работы не противоречат исследованиям других авторов.

Практическая значимость. Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» (ГКП216 «Обеспечение безопасности населения и окружающей среды путем снижения риска и уменьшения последствий техногенных катастроф» 2009-2011 гг.).

Основные научные результаты позволяют реализовать эффективные методы решения широкого класса задач по оценке рисков, определению индикаторов опасности, прогнозированию и предупреждению производственного травматизма на предприятиях горнодобывающей промышленности. Разработанный программно-математический комплекс может составлять методическую основу стандартов предприятий по управлению охраной труда.

Апробация работы. Основные положения и практические результаты работы неоднократно докладывались автором на семинарах кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды Тульского государственного университета (2008 - 2013); IV, V, VI, VII Межлународных конференциях по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (г.Тула, 2008, 2009, 2010, 2011 гг.); XV, XVI XVII Международных экологических конференциях «Экология России и сопредельных территорий» (г. Новосибирск, 2010, 2011, 2012 гг.); V Магистерской научно-технической конференции (г. Тула, 2010 г.); Меж-

дународной научно-практической конференции молодых ученых и студентов (г. Тула, 2011 г.); VI молодежной научно-практической конференции Тульского государственного университета «Молодежные инновации» (г. Тула, 2012 г.); III Всероссийской научно-технической конференции «Инновационное развитие образования, науки и технологии (г. Тула, 2012 г.); областных конкурсах (Департамента труда и занятости населения Тульской области) на лучшую научную работу по охране труда и безопасности жизнедеятельности (г. Тула, 2011, 2012 гг.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 работах, 3 из которых - в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 120 страницах, содержит 17 иллюстраций и 19 таблиц. Список литературы включает 133 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Снижению производственного травматизма при разработке угольных месторождений посвящены исследования многих отечественных и зарубежных ученых: В.Б. Артемьева, С.Г. Гендлера, Н.О. Калединой, Ч. Рассела, К.З. Ушакова, Ю.В. Шувалова, Э.М. Соколова, Н.М. Качурина, Е.И. Захарова, В.А. Фа-туева, Н.И. Абрамкина.

Цель и идея работы, а также современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме обусловили необходимость постановки и решения следующих задач.

1. Изучить и обобщить содержание и структуру существующей базы данных по производственному травматизму на предприятиях горнодобывающей отрасли промышленности.

2. Оценить экономические потери, связанные с производственным травматизмом с определением стоимости человеческой жизни.

3. Установить причины травматизма и закономерности влияния организационно-технических факторов при выполнении горных работ на уровень производственного травматизма.

4. Разработать обобщенную математическую модель зависимости различных видов риска от значений факторов (индикаторов) опасности.

5. Установить зависимость целевой функции безопасности от различных видов риска.

6. Оценить потребность в ресурсах, необходимых для снижения рассматриваемых рисков до заданного уровня в течение заданного периода времени.

В первой главе на основе анализа публикаций рассмотрен международный и отечественный опыт принятия решений в сфере обеспечения безопасности населения и окружающей среды.

Во второй главе предложена методика расчета экономических потерь, связанных с производственным травматизмом или профессиональным заболеванием с определением стоимости человеческой жизни.

Несчастные случаи являются одной из основных причин смерти населения трудоспособного возраста. Так, по данным Совета национальной безопасности США для людей в возрасте до 38 лет несчастные случаи в ряду причин смерти стоят на первом месте. Всемирная организация здравоохранения собирает информацию о состоянии здоровья населения из 61 страны. По данным Международной организации труда (МОТ) ежегодно на производстве происходит примерно 140 миллионов случаев травмирования и погибает 180 тысяч человек. Эти данные следует рассматривать как ориентировочные из-за различий в системах государственной статистики разных стран, в частности относящихся к использованию различных показателей уровня травматизма.

В предлагаемом в работе подходе устанавливается градация потери трудоспособности работающим при получении травмы либо профессиональном заболевании, в основе которого лежит следующее положение: смертельному исходу соответствуют компенсационные выплаты пострадавшему работнику в размере среднегодового заработка за двадцать лет (таблица 1).

Таблица 1 - Шкапа оценки утраты трудоспособности _ из-за производственного травматизма

Показатели Степень утраты трудоспособности в % Длительность утраты трудоспособности (человеко-дни) Компенсационные выплаты пострадавшему работнику (среднегодовой з/п в годах)

Смертельный исход 100 6000 20

Полная утрата трудоспособности 100 6000 20

Частичная утрата 90 5400 18

трудоспособности 80 4800 16

70 4200 14

60 3600 12

50 3000 10

40 2400 8

30 1800 6

20 1200 4

10 600 2

При расчете конкретного случая со смертельным исходом произошедшего на ОАО «Ковдорский ГОК» была получена цена жизни среднестатистического человека в интервале 13-15 млн. руб. (таблица 2), а в случае временной потери трудоспособности экономические потери составили 0,2-2 млн. руб.

В третьей главе предлагаются системно-динамические методы моделирования откликов производственной системы на управляющие воздействия, включающие:

1. базу данных, содержащую сведения об авариях, несчастных случаях, инцидентах технических систем, состоянии и износе оборудования, нарушениях требований нормативно-правовых документов, аттестации рабочих мест, обеспеченности средствами индивидуальной защиты персонала, укомплектованности штатов надзорных органов, уровне знаний по охране труда и др.;

Таблица 2 - Расчет экономических потерь, связанных с производственным

травматизмом

N п/п Наименование статей Единица измерения Расчет затрат

Существующие нормативы Предлагаемый вариант

I Расчет экономических потерь

1 Сумма прочих расходов (на проведение экспертиз, исследований, оформление материалов и др.) рублей 136332 136332

2 Назначение сумм ежемесячных выплат лицам, имеющим право на их получение (в случае смерти пострадавшего) рублей 1419620 1419620

3 Сумма единовременных страховых выплат в возмещение вреда рублей 76699,8 76699,8

4 Сумма выплат морального вреда нет 76699,8

5 Сумма потерь объемов производства связанные со снижением производительности труда или летальным исходом рублей нет 165571*60 мес.= =9934260

6 Затраты связанные с похоронами погибшего работника рублей 30000 30000

7 Суммарный материальный ущерб от последствий несчастного случая рублей 1662651,8 11673611,6

II Расчет затрат на воспроизводство рабочей силы

1 Оплата дородового и послеродового отпусков (пособие по беременности и родам) рублей - 19705,8/29,4* * 140=93837

2 Единовременное пособие при рождении ребенка рублей - 8000

3 Ежемесячное пособие матерям на период отпуска по уходу за ребенком до достижения возраста полутора лет рублей 1500*18=27000

4 Сумма потерь в производстве за время нахождения матери в дородовом и после родовом отпуске и по уходу за ребенком в возрасте до 3-х лет рублей 19481,3/29,4*70+ +19481,3*12*3= =747711

5 Сумма затрат на содержание детей в ДДУ рублей - 22310*3=66930

6 Сумма затрат на обучение -общеобразовательных учреждениях - в зависимости от специальности (ПТУ) рублей 16720*9=150480 23670*3=71010

7 За весь период от рождения и до 18 летнего возраста затраты на содержание ребенка из расчета прожиточного минимума рублей 6859*12*15= =1316928

8 Затраты, связанные с лечением ребенка за весь период от рождения до начала трудовой деятельности рублей 2 пос. в год* *12лет*270,29= =6487

9 Потери объемов производства, связанные с нахождением матери по уходу за ребенком за время его болезни от трех летнего возраста до 14 лет рублей 19481,3/29,4*3,4* * 12=27035

10 Итого затраты на воспроизводство рабочей силы рублей - 2515418

Всего затраты связанные с производственной травмой рублей 1662651,8 14189029,6

2. комплекс методов моделирования откликов производственной системы на управляющие воздействия;

3. методику и организацию обнаружения нарушений и отклонений от нормативных и установленных значений показателей, влияющих на безопасность труда (далее по тексту индикаторов опасности), включающих: классификацию несчастных случаев, травм, профзаболеваний; анализ причин их возникновения: анализ последствий аварийной ситуации и оценку безопасности труда по фактическим значениям индикаторов опасности;

4. комплекс организационно-технических, методических и информационных решений для реализации эффективной стратегии управления безопасностью труда.

Состояние производственного травматизма в России хотя и уступает развитым странам, однако не так сильно, как общие показатели по несчастным случаям, включающие несчастные случаи в быту. Это говорит об определенной защищенности работников в части техники безопасности по сравнению с трагическими цифрами смертности от несчастных случаев в быту. Динамика объемов добычи угля, производственного травматизма со смертельным исходом и аварийности за 1996-2012гг. представлены на рисунке 1. В 2012 г. общий суммарный ущерб от происшедших аварий составил 994024 тыс. руб.

400

Рисунок 1 - Динамика объемов добычи угля, производственного травматизма со смертельным исходом н аварийное!« и 1996-2012гг

Статистические данные по производственному травматизму на горнодобывающих нредмрмх |имл 1кича1ыи<1км, что большая доля несчастных случаев (70-75%) обусловлена организационными причинами.

Организационные причины смертельного травматизма на подземных и открытых горных работах:

- неудовлетворительное содержание и недостатки в организации рабо-

чих мест;

- тикая трудовая и производственная дисциплина;

- ненадлежащее исполнение нарядной системы;

- производство работ с нарушением требований ироектно-эксплуа!анионной документации;

- допуск к работе лиц, не прошедших обучение;

- недостаточный уровень производственного контроля за подготовкой и выполнением работ;

- невыполнение организационно-технических мероприятий для безопасного выполнения работ в электроустановках.

Уравнение, отражающее взаимосвязь удельного показателя травматизма (V) с объемом добычи (Х|), количеством смертельно травмированных (Хг) и числом аварий <Х») представляет множественную линейную регрессию:

У = 0,287985 - 0,00003.V, + 0,000783Л\ + 0,003103ЛГ, (I)

Коэффициент детерминации - К = 0,9968. Коэффициент детерминации значим на уровне 0,01, так как расчетное значение критерия Фншера-Снедекора равное 1163,386 значительно превышает критическое Р,р(0,01;3;11): 6,22.

Наблюдаемые и предсказанные значения регрессионной модели представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 - Наблюдаемые н предсказанные uuwiim peí рсссионнои модели

1. Математическая формулировка задачи установления зависимости рисков от значений индикаторов опасности.

Для формализации перечисленных выше задач введем следующие обозначения:

/ - индекс времени / = 1,2,...,Г, где Г - интервал наблюдения; Я.,(/) -интенсивность несчастных случаев j -го вида на полуинтервале (/-I,/] на одного работающего; р,(/) - значение индикатора опасности í-ro вида на полуинтервале (»-!,/], / = 1./; í = nr;(0Sji,(/)Sl).

Исследование реального распределения несчастных случаев и механиз-

мов, приводящих к установлению такого распределения, позволило статистически обосновать гипотезу об экспоненциальной зависимости интенсивностей несчастных случаев от значений индикаторов опасности при условии квазистационарности параметров математической модели процесса.

Из предположения о вложении финансовых ресурсов во все мероприятия, связанные со снижением риска и в силу малости Х^ «1, 5, «1 можно доказать, что в первом приближении:

М') = £<М')е~8'М'\ (2)

/=1

где 0<|Л;<1, со,у - вес /-го индикатора опасности в 7-ом виде несчастного

случая (риска), 5, - коэффициент, определяющий скорость уменьшения риска

по г-му индикатору опасности.

Метод факторного анализа позволил получить значения ю,^ с учетом их

относительного постоянства на протяжении достаточно длительного периода времени наблюдения.

Таким образом по результатам наблюдений Ц/), Д,(/) и ыи можно вычислить значения 5,, определяющие степень влияния г-го индикатора в

снижение рискау-го вида.

Оценку параметров математической модели можно осуществить с использованием нелинейного метода наименьших квадратов.

Для этого решается следующая задача: найти 5, при известных Х(1), ДД/)> доставляющие минимум следующей функции:

2

->1шп. (3)

т 1=1

/

о 1=1

Таким образом могут быть получены регрессионные зависимости Х которые используются при решении основной задачи оптимизации целевой функции безопасности.

2. Математическая формулировка задачи установления зависимости целевой функции безопасности от различных видов риска.

Рассматривается система «человек-среда». Среда характеризуется техногенными рисками. В качестве целевой функции безопасности выбрана средняя ожидаемая продолжительность предстоящей трудовой деятельности работающих (СОППТД). В качестве управляющих воздействий используются ресурсы, в частности, финансовые средства, направляемые на снижение рисков работающих.

Вследствие неполноты знаний о функционировании системы «человек-среда» проблема оценки влияния вкладываемых ресурсов в снижение рисков на СОППТД работающих:

Ф = Ф{?11(^1)Д2(х2),...Ду(^)} (4)

не поддается решению прямым методом. Здесь Х1 - риску'-го вида, ] = 1,7, х/

- ресурсы вкладываемые в снижение риска у'-го вида.

Взаимодействие человека со «средой» описывается на макроуровне. Рассматриваются две ситуации: «среда» в отсутствие производственной деятельности и «среда» с учетом производственной деятельности. Соответственно, все риски разбиваются на общий риск Х() (при отсутствии производственной деятельности) и риск рассматриваемой производственной деятельности - А. ПР.

При таком рассмотрении «двух-рисковой» модели формируется утверждение о соотношении затрат на снижение полного риска в системе «человек-среда».

Действительно, в предположении ограниченности финансовых ресурсов и аддитивности рассматриваемых рисков:

= (5)

Свойство аддитивности рисков сохраняется, пока они много меньше единицы.

В общем виде функцию безопасности Ф можно выразить следующим образом: Ф = Ф{Л1(х1),Д.2(;с2),...ДДх,)}, где X, - риск /-го вида; - ресурсы

вкладываемые в снижение риска ;-го вида.

Аналитический вид функции Ф следует из точной формулы определения математического ожидания случайной величины, в качестве которой в нашем случае рассматривается СОППТД работающих:

т -|Л(Г)Л-

Ф[А] = |(Я(()е' dt, (6)

о

где Ц/) - полный риск, а интегрирование проводится по всему периоду времени жизни работающих на объекте.

Для аналитической функции Ф(А0 + А ПР ) справедливо разложение

дФ дФ dФ = --(dX0 + dXnP) = --

Sarg Sarg

N

дХ0 8ХПР ~z-dx0 +--dxnp

OX Q OX np J

ЭФ .

■-axn

dX 0

д X о д X цР

дх о дхПР

(7)

так как х0+хПР = const (ресурсы предприятия ограничены).

Необходимым условием экстремума функции безопасности Ф является: d Ф = 0, (8)

из которого следует, что dX fx dX пр

-- =-—. (9)

d х q d x Yip

Таким образом получено соотношение, суть которого сводится к следующему: предельные затраты на снижение рисков должны быть равны.

Так как среднестатистическому человеку присуща определенная продолжительность жизни, а ее длительность определяется совокупным риском среды, в работе вводится показатель - «стоимость продления жизни» - С, который определяется как прирост годового дохода работника, необходимый для увеличения средней ожидаемой продолжительности предстоящей жизни работника на один год.

Тогда ^ = -1. (10)

дх0 С

Необходимое условие максимума функции Ф связывает стоимость единицы риска с уровнем технико-экономического состояния производственного объекта и позволяет оценить насколько затраты на снижение различных рисков далеки от оптимальных.

Достаточным условием максимума функции безопасности является выпуклость «эластичностей» всех рисков по вложениям в их снижение:

(П)

дхПР дх0

Анализ статистических данных показывает, что Л0 и X меняются незначительно на протяжении довольно длительного периода трудовой деятельности работника, следовательно, можно воспользоваться первым членом разложения Ф:

Ф(А0 +А„;1) = 1 где X пр «А.0. (12)

Л0 + ЛПР

Следовательно, Ф достигает максимума при минимуме (X 0 + XПР).

3. Математическая формулировка задачи оценки потребности в инвестициях в снижение рисков.

Путем введения стоимостного эквивалента индикаторов опасности организационного и технического характера, влияющих на снижение риска, задача управления безопасностью формулируется следующим образом: найти управляющие воздействия, т.е. распределить финансовые ресурсы, доставляющие максимум функции безопасности:

или в первом приближении минимум эквивалентному выражению:

¿¿ш,,*-»'"^-^«. (14)

при условии ограниченности выделяемых на безопасность средств:

¿х,<Х,х,>0; (15)

при известных ти, 5, и зависимостях цДдГ/), где х, - финансовые ресурсы, вкладываемые в / —ый индикатор опасности.

С помощью полученной модели может быть сформулирована задача снижения за планируемое время Тпл до заданного уровня различных видов риска и расчета требуемых для этого финансовых ресурсов, например, следующим образом:

¿¿*Д/)->тт (16)

1=1 ;=1

при выполнении условий: ££ и,; е ь л н (О, V/ = 1,2,...,

1 пл'

;=\,=1

х1 > 0, где X пл(1) - планируемый уровень риска на производстве в год ?.

Таким образом, задача оптимизации превращается в задачу нелинейного программирования, для решения которой разработан специальный вычислительный алгоритм на основе модификации метода овражного шага И.М. Гель-фанда, являющегося развитием классической «градиентной» традиции.

В четвертой главе приведены алгоритмы решения задач и результаты математического моделирования.

На основе статистических данных за период проведения исследований 1996-2012 гг. установлена экспоненциальная зависимость вида У = Аехр(<5-я)> отражающая связь смертельного травматизма У от значения индикатора опасности - р с 1996 по 2012 г.; А, 5 - параметры модели:

У = 1,02105 ехр(-1,92821//). (17)

Оценка нелинейной модели проведена в системе статистического анализа 8га11з11са V. 6.1 методом Гаусса-Ньютона.

Доля объясненной моделью дисперсии составляет 89,9% (0,89995); корреляционное отношение Я = 0,9486. Оценки параметров модели являются значимыми на уровне значимости а = 0,01, т.к. принадлежат 99%-ным доверительным интервалам: А{0,24610; 1,7960}; 5 {- 3,05676; - 0,799668}, что так же подтверждается анализом по ^критерию. Модули расчетных значений Ь критерия Стьюдента на уровне а = 0,01 превышают критическое значение I-статистики: 1{А}=5,31263 > ^,99(5) = 3,3649; г{5}=6,88925 > 10,99(5) = 3,3649.

Л 0,50

5

1 0,40

со

6 0,30

>5

£ 0,20

л

5 о,ю

о.

0>

1 0,00

Наблюдаемые значения--«--Предсказанные значения

Рисунок 3 — Зависимость смертельного травматизма от значения индикатора опасности

Поиск начального приближения для оценки параметров модели нелинейной регрессии функции безопасности от индикаторов опасности будем осуществлять в два этапа. На первом этапе оценим по методу наименьших квадратов параметры со,, при /' = 1,7 для следующей модели

* = (18)

то есть решим следующую оптимизационную задачу 12

'=S

7=1

-»min,

которая в аргументной форме записывается следующим образом

ш ""■""' = arg min £ (X, - Ü гц,)2,

ш J=1

где N - число наблюдений.

Отыскание й ""'""' сводится к решению следующей системы уравнений dl

(19)

(20)

Зтп

= 0, / = 1,7

ю= (FT FTX, где Хт = (X, ,Х2 ,...,XN), й>т =(ю,,со2,...,со7),

(21)

F1 -

"м —

Дп И12

М- 21 И 22

^JVl Iх N2

^17 И27

(22)

Полученную м""'""' оценку будем рассматривать в качестве начального приближения в методе Ньютона-Рафсона для вектора весовых коэффициентов.

Вторым этапом является выбор вектора 5"ач - начального приближения для вектора оценок 5°'', предлагается выбрать его следующим образом:

——-—1п^|т1ах ~^*т|п Хтз=тахХ,,Хтш=тшХ/ (23)

где [Х,тах = тах(х. ,, ц,тш = т]п ,, для г = 1,7.

1 j=l,N '

Введем обозначения Ат = (а[,а2,...,а(1) = (со, ,...,со7,5,,...,57), где 9 = 14, йт = Д г и Л'1Щ =(о)'Г"",...,со'Г"",5'Г"",..-,3'Г""). Далее будем рассматривать следующую модель нелинейной параметризации у = Ф(А,и) + е .

Оценивание неизвестных параметров нелинейно-параметризованных моделей возможно нелинейными методами наименьших квадратов.

В общем виде алгоритм Ньютона-Рафсона можно записать следующим образом:

= (24)

Ma<;)) = ¿VФ(ЛW,г7I)VФг(Л<;^г7;); (25)

= ¿УФ(Я<;»,г7,)(^ -ФЙ^.Й,)). (26)

7 = 1

В таблице 3 приведены рассчитанные по разработанному алгоритму показатели по трем предприятиям.

Таблица 3 Расчетные показатели

ОАО «Апатит» ОАО «Ковдорский ГОК» ОАО «Олкон»

1 й; и, 5, Ц. га, 5, И. ш, 5,

1 0,91 0,258 2.13 0,99 0,246 2,57 0,97 0,288 1,94

2 0,9 0,206 2,07 0,94 0,211 1,99 0,93 0,205 1,46

3 0,87 0,154 1,83 0,91 0,142 1,93 0,89 0,137 2,32

4 0,95 0,142 2,91 0,99 0,142 2,34 0,97 0,137 2,84

5 0,81 0,103 1,38 0,89 0,117 1,49 0,83 0,096 1,65

6 0,94 0,094 1,66 0,99 0,086 2,13 0,96 0,114 2,24

7 0,96 0,043 1,34 0,99 0,056 1,27 0,97 0,023 1,09

1- доля обученных по охране труда; 2- обеспеченность средствами индивидуальной защиты персонала; 3 - доля исправного оборудования в подразделении; 4 - доля аттестованных рабочих мест в подразделении; 5 - доля работающего по специальности персонала; 6 - укомплектованность штатов надзорных органов; 7- доля работников своевременно прошедших медицинский осмотр.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, на основании экспериментальных и теоретических исследований уточнены существующие закономерности влияния организационно-технических факторов при выполнении горных работ на уровень производственного травматизма для совершенствования методических положений по обеспечению безопасных условий труда на предприятиях горнодобывающей промышленности, что имеет важное значение для горной промышленности страны.

Основные выводы и рекомендации работы заключаются в следующем:

1. Оценены экономические потери от несчастных случаев на производстве, которые составили: в случае летального исхода 13-15 млн. рублей, в случае временной потери трудоспособности - 0,2-2 млн. руб;

2. Установлен набор факторов (индикаторов) опасности, указывающих на вероятность возникновения внештатной ситуации и, как следствие, приводящих к несчастному случаю.

3. Установлена математическая зависимость целевой функции безопасно-

ста от различных видов рисков (травм, смертельных случаев, профессиональных заболеваний).

4. Установлена экспоненциальная зависимость рисков от значений индикаторов опасности.

5. Разработаны математические модели, которые могут составлять научно-методическую основу стандартов предприятий по управлению охраной труда.

6. Разработан программно-математический комплекс, обеспечивающий решение широкого класса задач по оценке рисков, определению индикаторов опасности, прогнозированию и предупреждению травматизма на горнодобывающих предприятиях.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России:

1. А.Г.Даниленко. Математические модели управления безопасностью труда на предприятиях горно-перерабатывающей промышленности / Л.Э.Шейнкман, А.Г.Даниленко, В.Л.Рыбак, С.Г.Геворкян // Известия ТулГУ. Серия «Естественные науки». 2012. — Вып. 1. 4.2. с. 232—238.

2. А.Г.Даниленко. Управление безопасностью труда на предприятиях горно-перерабатывающей промышленности / Л.Э.Шейнкман, А.Г.Даниленко// Интернет-журнал "Технологии техносферной безопасности (http://ipb.mos.ru/ttb). 2013. - Вып. 6 (52). - 7 с.

3. А.Г.Даниленко. Прогнозирование и предупреждение аварийности и производственного травматизма на предприятиях горно-перерабатывающей промышленности / А.Г.Даниленко // Известия ТулГУ. Серия «Технические науки». 2013.-Вып. 10.-с. 127- 133.

В иных изданиях

4. А.Г. Даниленко. Внедрение стандартов управления производственными рисками / A.A. Кузнецов, А.Г. Даниленко // 4-я Международная конференция по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики. Материалы конференции ТулГУ, Тула, 2008. - с. 489-499.

5. А.Г. Даниленко. Оценка экономического ущерба, связанного с производственным травматизмом / Л.Э.Шейнкман, А.Г.Даниленко // 5-я Международная конференция по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики. Материалы конференции ТулГУ, Том 2, Тула, 2009.-е. 288-295.

6. А.Г. Даниленко. Методические рекомендации по определению экономического ущерба, связанного с производственным травматизмом / Л.Э.Шейнкман, А.Г.Даниленко // Информационно-аналитический сборник «Охрана труда в Тульской области» №2, Тула, 2009. — с. 9-16.

Изд. Лиц. ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 22.11.2013 Формат бумаги 60x84 Vie- Бумага офсетная.

Усл.печ.л. 0,9 Уч.-изд.л. 0,8 Тираж 100 экз. Заказ 041.

Тульский государственный университет. 300012, г. Тула, просп. Ленина, 92.

Отпечатано в издательстве ТулГУ. 300012, г. Тула, просп. Ленина, 95.

Текст работы Даниленко, Антон Георгиевич, диссертация по теме Охрана труда (по отраслям)

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный университет»

На правах рукописи

04201451839

ДАНИЛЕНКО Антон Георгиевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ТРАВМАТИЗМА ПРИ ГОРНЫХ РАБОТАХ

Специализация 05.26.01 - Охрана труда (в горно-перерабатывающей

промышленности)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - докт. техн. наук, проф. Л.Э. Шейнкман

Тула 2013

Оглавление

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ К ОЦЕНКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА.....................................................................................................................................................7

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ СВЯЗАННЫХ С

ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ ТРАВМАТИЗМОМ.................................................................................41

3. СИСТЕМНО-ДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ СТАТИСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ ПО АВАРИЙНОСТИ И ТРАВМАТИЗМУ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ГОРНЫХ РАБОТ65

4. АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ И РЕЗУЛЬТАТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО

МОДЕЛИРОВАНИЯ...........................................................................................................................82

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.......................................................91

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................................................92

Приложение 1.....................................................................................................................................106

Введение

Актуальность. До настоящего времени проблема безопасности труда в промышленности рассматривалась с точки зрения соответствия фактических данных нормативным. При этом в лучшем случае использовалась статистическая обработка ретроспективных данных об отказах оборудования, авариях и травмах на производстве. В такой методологической постановке безопасность труда являлась категорией слабоуправляемой.

Указанные проблемы получили отражение в трудах отечественных и зарубежных ученых: В.А. Легасова, H.H. Моисеева, В.И. Сидорова, C.B. Белова, В. Маршалла, Э. Хенли, X. Кумамото и др., где сформулированы основные научные и прикладные результаты по управлению безопасным состоянием сложных технологических объектов.

В данной работе на основе системно-динамических методов моделирования откликов производственной системы на управляющие воздействия осуществляется прогнозирование целевой функции безопасности, зависящей от различных видов рисков (травм, смертельных случаев и др.). В качестве целевой функции безопасности выбрана средняя ожидаемая продолжительность предстоящей трудовой деятельности (СОППТД) работников. В качестве управляющих воздействий используются организационно-методические, технические и другие решения, направленные на снижение различных видов риска.

Целью работы являлось уточнение существующих закономерностей влияния организационно-технических факторов на уровень производственного травматизма при выполнении горных работ для совершенствования методических положений по обеспечению безопасных условий труда на предприятиях горнодобывающей промышленности.

Идея работы заключается в том, что обеспечение безопасных условий труда на предприятиях горнодобывающих регионов основывается на адекватных математических моделях, устанавливающих зависимость различных видов рисков

от значений индикаторов опасности и зависимость целевой функции безопасности от различных видов рисков, используемой для прогнозирования и предупреждения травматизма.

Методы исследования. Работа выполнена с использованием методов системного анализа, обобщения отечественной и зарубежной литературы, методов многомерного статистического анализа производственного травматизма, современных численных методов и стандартных программных систем.

Основные защищаемые положения, разработанные лично автором:

1. Социально-экономические последствия, связанные с производственным травматизмом связаны со стоимостью человеческой жизни. Экономические потери от несчастных случаев на производстве: в случае летального исхода составили 13-15 млн. рублей, в случае временной потери трудоспособности -0,2-2 млн. рублей.

2. Наиболее значимыми факторами (индикаторами), определяющими уровень травматизма, являются: доля обученных по охране труда; обеспеченность средствами индивидуальной защиты персонала; доля исправного оборудования; доля аттестованных рабочих мест; доля работающего по специальности персонала; укомплектованность штатов надзорных органов; доля работников своевременно прошедших медицинский осмотр.

3. В качестве целевой функции безопасности выбрана средняя ожидаемая продолжительность предстоящей трудовой деятельности работающих (СОППТД). В качестве управляющих воздействий используются организационно-методические и технические решения, а также финансовые средства, направляемые на снижение рисков.

Научная новизна:

1. Установлены социально-экономические последствия несчастных случаев на производстве с учетом стоимости человеческой жизни, отличающиеся от известных оценок введением шкалы утраты трудоспособности из-за производственного травматизма.

2. На основе систематизации массива несчастных случаев по техническим и

организационным причинам установлен набор индикаторов опасности, указывающих на вероятность возникновения внештатной ситуации и, как следствие, приводящих к несчастному случаю.

3. Обоснована экспоненциальная зависимость различных видов рисков (травм и смертельных случаев) от значений факторов (индикаторов) опасности.

4. Построена статистически значимая нелинейная множественная регрессия, устанавливающая зависимость риска травм со смертельным исходом от значений факторов (индикаторов) опасности для конкретных предприятий.

Достоверность сформулированных положений, полученных результатов и выводов подтверждается корректной постановкой задач исследования, применением методов оптимизации, математической статистики и теории вероятностей, проверкой адекватности разработанных моделей. Результаты работы не противоречат исследованиям других авторов.

Практическая значимость. Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» (ГКП216 «Обеспечение безопасности населения и окружающей среды путем снижения риска и уменьшения последствий техногенных катастроф» 2009-2011 гг.).

Основные научные результаты позволяют реализовать эффективные методы решения широкого класса задач по оценке рисков, определению индикаторов опасности, прогнозированию и предупреждению производственного травматизма на предприятиях горнодобывающей промышленности. Разработанный программно-математический комплекс может составлять методическую основу стандартов предприятий по управлению охраной труда.

Апробация работы. Основные положения и практические результаты работы неоднократно докладывались автором на семинарах кафедры Аэрологии, охраны труда и окружающей среды Тульского государственного университета (2008 - 2013 гг.); IV, V, VI, VII Международных конференциях по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (г. Тула, 2008, 2009, 2010,

2011 гг.); XV, XVI XVII Международных экологических конференциях «Экология России и сопредельных территорий» (г. Новосибирск, 2010, 2011, 2012 гг.); V Магистерской научно-технической конференции (г. Тула, 2010 г.); Международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов (г. Тула, 2011 г.); VI молодежной научно-практической конференции Тульского государственного университета «Молодежные инновации» (г. Тула, 2012 г.); III Всероссийской научно-технической конференции «Инновационное развитие образования, науки и технологии (г. Тула, 2012 г.); областных конкурсах (Департамента труда и занятости населения Тульской области) на лучшую научную работу по охране труда и безопасности жизнедеятельности (г. Тула, 2011,2012 гг.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 работах, 3 из которых - в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 120 страницах, содержит 18 иллюстраций и 24 таблиц. Список литературы включает 133 наименования.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ К ОЦЕНКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

Современный этап развития мирового сообщества характеризуется ростом угроз различной природы, поэтому обеспечение безопасности личности, общества и государства в различных сферах жизнедеятельности является приоритетной задачей государственной политики, научно-практической и общественной деятельности.

Уровень безопасности зависит от уровня защищенности личности, общества и государства от угроз, имеющих различную природу (экономическую, политическую, социальную, техногенную и пр.). Наибольшую обеспокоенность вызывают опасности стихийных бедствий и техногенных катастроф, связанных с потенциально опасными промышленными объектами.

Международный опыт показывает, что для принятия обоснованных решений в сфере обеспечения безопасности населения, государства, окружающей природной среды используются показатели риска. Под риском понимается количественная мера реализации случайных событий с нежелательными (негативными) последствиями.

Обеспечение требуемого уровня безопасности непосредственно связано с достижением приемлемого уровня риска, конкретное значение которого определяется глубиной научных знаний, уровнем социально-экономического и технологического развития страны, развитостью культуры безопасности, национальным менталитетом и рядом других факторов.

Обоснование приемлемого уровня осуществляется на основе анализа риска и применения эффективных механизмов управления риском. Анализ риска -процесс идентификации опасностей, определение условий и форм их реализации, а также количественная оценка показателей риска для отдельных лиц или групп населения, имущества или окружающей среды. Управление риском - системный

подход к использованию различных механизмов (законодательных, организационных, экономических, инженерно-технических) в решении задач предупреждения или уменьшения опасности для здоровья и жизни человека, ущерба имуществу и окружающей среде до приемлемого уровня.

Целью Российского научного общества анализа риска (далее Общества) является подготовка обоснованных предложений в сфере обеспечения безопасности населения и окружающей природной среды путем объединения усилий всех заинтересованных сторон. Основные составляющие достижения этой цели - эффективное национальное законодательство, основанное на Конституции Российской Федерации и установление предельных уровней риска, регулирующее опасное воздействие на человека и окружающую среду. В качестве первого шага Общество заявляет о необходимости введения нормативов предельно допустимых уровней риска, связанного с воздействием потенциально опасных промышленных объектов.

Исходя из уровня социально-экономического развития Российской Федерации и на основании существующего мирового опыта предлагается установить нормативы предельно-допустимого уровня индивидуального риска (ПДУ) смерти, а также уровня социального (коллективного) риска. Предлагаемые Обществом нормативы носят рекомендательный и целевой характер, отражают специфику промышленного объекта (эксплуатируемые, вновь вводимые), а также характер опасного воздействия.

Для потенциально опасных производственных объектов России в целом целесообразно установление ПДУ индивидуального риска в диапазоне 10"4 - 10"5 в год в качестве общего федерального норматива.

Указанный норматив должен быть дифференцирован в зависимости от специфики промышленных объектов - источников опасности, и характеру их опасного воздействия на население. Эта дифференциация отражает следующие

показатели ПДУ индивидуального риска смерти, являющиеся частными федеральными нормативами:

по критерию новизны промышленного объекта (за исключением специальных объектов):

- не более 10"4 в год - для действующих объектов;

- не более 10"5 в год - для новых (вновь проектируемых) объектов;

по критерию комбинированности опасного воздействия:

- не более 10"5 в год - для систематического воздействия вредных факторов на здоровье населения (при этом показатель не более 10"7 в год является нормативной величиной пренебрежимого уровня риска);

- не более 10"4 в год - для совместного (комбинированного) систематического воздействия различных вредных факторов на здоровье населения (при этом показатель не более 10"6 в год является нормативной величиной пренебрежимого уровня риска).

Нормативную величину предельно допустимого социального риска смерти (гибели) целесообразно установить на уровне 10"4 случаев в год при максимальном числе жертв равном десяти. При этом показатель не более 10"6 в год (при том же максимальном числе жертв) является нормативной величиной пренебрежимого уровня социального риска.

Наклон нормативных кривых социального риска соответствует 100 кратному уменьшению частоты для кратного увеличения числа жертв.

1.1 Предельно-допустимые уровни риска

1.1.1 Основные термины и определения

РИСК - возможность реализации случайных событий с негативными (нежелательными) последствиями [1, 48]. Как количественная мера, риск есть функция двух переменных - частоты и последствий нежелательного события [65]:

где .Р - частота; С - последствия.

В частном случае, когда последствие конкретно и измеряется по типу "Да/Нет", "Происходит/Не происходит" (например, жизнь/смерть), тогда риск становится функцией одной переменной, а именно - частоты (Р) нежелательного события:

Общий показатель риска дополняется набором вторичных или производных от него показателей, которые вводятся для измерения риска определенных воздействий (радиационных, химических, электромагнитных и др.), определенных последствий (смертные случаи, ущерб для здоровья, повреждение имущества и др.) или для определенных объектов, подлежащих обеспечению безопасности (индивидуум, группы людей, растительный и животный мир, здания и сооружения и др.) [8].

Нормированию часто подлежат именно вторичные показатели. В качестве примера, можно выделить два вторичных наиболее употребительных нормативных показателей риска.

Индивидуальный риск представляет собой частоту, с которой индивид может понести определенный ущерб. Обычно показатель индивидуального риска используется для сравнительной оценки риска для населения, живущего вблизи и на определенном отдалении от предприятия - источника риска [3, 6].

Риск =/(7\ С),

(1.1)

Риск =/(Г).

(1.2)

и

Социальный риск представляет собой соотношение между частотой возникновения ущерба более определенной величины и размером ущерба, например, общей численностью погибших или пострадавших людей (так называемые Б-Ы диаграммы, так же известные как кривые Фармера).

Индивидуальный риск от систематического воздействия - риск, создаваемых для населения из-за долговременных поступлений загрязнителей в окружающую среду и постоянного "беспорогового" воздействия загрязняющих веществ на здоровье населения[26, 29].

Индивидуальный риск от совместного воздействия различных факторов -

риск смерти для людей в результате совместного действия загрязняющих веществ, радиационного облучения и других факторов [35, 36, 37, 38].

Анализ риска - процесс идентификации опасностей, определение условий и форм их реализации, а также количественная оценка показателей риска для отдельных лиц или групп населения, имущества или окружающей среды [2, 49].

Управление риском - системный подход к использованию различных механизмов (законодательных, организационных, экономических, инженерно-технических) в решении задач предупреждения или уменьшения опасности для жизни человека, заболеваний или травм, ущерба имуществу и окружающей среде до приемлемого уровня [33, 34].

Приемлемость риска. На государственном уровне методология анализа и управления риском, основанная на концепции приемлемого риска, впервые была принята в Нидерландах. Она является тем научным фундаментом, на котором строится практическая деятельность по повышению экологической безопасности территорий и населения, проживающего в районах, насыщенных промышленными объектами, главным образом химической индустрии, газо- и нефтеперерабатывающих заводов.

В последнее время получил широкое распространение в зарубежной практической деятельности по обеспечению безопасности и управлению риском голландский подход. Согласно этому подходу весь "спектр" значений риска (индивидуального и социального) разбивают на три области в соответствии с так называемым принципом "светофора" (рисунок 1.1 и рисунок 1.2):

- недопу�