Методика исследований опасных факторов лесного пожара

УДК 630* 432.0 Ю. Т. Цай

Цай Юрий Тимофеевич родился в 1946 г., окончил в 1968 г. Красноярский сельскохозяйственный институт, кандидат технических наук, доцент, заведующий научным отделом организации лесопожарных работ и экономических исследований ВНИИПОМлесхоза, академик МАНЭБ. Имеет около 110 печатных работ в области механизации сельскохозяйственного и лесохозяйственного производства, организации лесопожарных работ, охраны труда и безопасности жизнедеятельности лесных пожарных.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ОПАСНЫХ ФАКТОРОВ ЛЕСНОГО ПОЖАРА

Изложена методика определения содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны лесного пожара. Приведены формулы для расчета необходимого числа измерений, средней квадратичной ошибки, точности измерений. Дан графоаналитический метод обработки данных.

Ключевые слова: методика, концентрация, вредные газы, опасные факторы, лесной пожар.

ВНИИПОМлесхоз проводит исследования, связанные с охраной труда и безопасностью лесных пожарных. Их работа характеризуется тяжелыми физическими нагрузками, психофизиологическим напряжением и дискомфортными условиями проживания. Установлено [1, 5], что уровень травматизма и профессиональной заболеваемости лесных пожарных является одним из самых высоких в лесной отрасли, и явного снижения его в последнем десятилетии не наблюдалось. Поэтому так актуальна задача повышения эффективности труда и безопасности людей.

При тушении лесного пожара на человека действует ряд опасных факторов: высокая температура воздуха рабочей зоны, тепловое облучение, задымленность воздуха и недостаток кислорода. Измерение и оценка этих факторов преследуют цель установить соответствие фактических значений гигиеническим нормативам и отнести условия труда лесных пожарных к определенному классу вредности и опасности как отдельно по каждому фактору, так и при их сочетании; основные требования к индивидуальным средствам защиты; связь состояния здоровья работающих с условиями труда; разработать мероприятия по их улучшению.

Согласно гигиеническим критериям условия труда подразделяются на четыре класса: оптимальные, допустимые, вредные и опасные [2, 3].

В соответствии с нормативами сумма отношений концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны к их ПДК не должна превышать единицы:

М

N 2

+ ... +

Nn

<1,

ЮК 1 ЮК 2 юк „

где Сь С2, ..., Сп - фактическая концентрация веществ в воздухе

рабочей зоны;

ПВКХ, ПБК2,... , ПБКп - ПВКтех же веществ.

Необходимое число измерений п для достижения требуемых точности и надежности можно определить заранее только в том случае, если известна средняя квадратическая ошибка измерений 8 [4]. Число измерений определяют по формуле

п>

8

где р - надежность измерении;

^ - доверительная оценка при известной точности измерений.

Если средняя квадратическая ошибка неизвестна, то число измерений определяют в зависимости от их надежности р и точности g по таблице.

В качестве показателя точности измерений (точности прибора) применяют средний квадрат отклонения результатов измерений хь х2, ..., хп от значения а:

1 п

- а

п

г = 1

где х7 - 7-е измерение;

а - средневзвешенное арифметическое значение.

2

§ Число измерений п| ри р

0,90 0,95 0,98 0,99 0,999

1,0 5 7 9 11 17

0,5 13 18 25 31 50

0,4 19 27 37 46 74

0,3 32 46 64 78 127

0,2 70 99 139 171 277

0,1 273 387 545 668 1089

0,05 1084 1540 2168 2659 4338

Если одним и тем же прибором производят т серий измерений (различных величин), то в качестве оценки дисперсии применяют среднее взвешенное из эмпирических дисперсий:

§2 = ~1}1 }2 +  + <7т-1},„

У <92 -1 У- + <Пд -1 ^ '

где П1, п2 , ... , пт - число измерений в сериях;

, s2, , sд - соответствующие эмпирические дисперсии. Эта формула практически позволяет использовать больше информации, что повышает ее надежность.

При эмпирическом (экспериментальном) изучении функциональной зависимости одной величины у от другой х производят ряд измерений у при различных значениях х. Зависимость будет тем точнее и надежнее, чем больше полученной информации. В качестве эмпирической обычно выбирают одну из формул определенного типа, например у = ах + Ь; у = ас х + с; у = а + Ь зт(гох + 1) и др. Задача сводится к определению параметров формулы. Обозначим выбранную функциональную зависимость через у = =/(х; а0, аь ..., а„) с указанием всех параметров, подлежащих определению.

В нашем случае измерения опасных факторов лесного пожара проводят приборами с постоянной точностью, т. е. все измерения значений функций у1, у2, ..., уп произведены с одинаковой точностью. Параметры а0, а1, ..., ап оценивают из условия, чтобы сумма квадратов отклонений измеренных значений у ¡г от расчетных 1|/( х^; а0, аь ..., аг), т.е. величина

N

5 = Е Ь'к - сю, С1\, ..., а„)]2,

А-=1

принимала наименьшее значение.

Экспериментальные исследования основных поражающих факторов лесного пожара проводят на опытном участке в Мининском опытно-механизированном лесхозе и на действующих лесных пожарах в таежных условиях Сибири. На опытных участках поджигают напочвенные горючие материалы, устанавливают тип лесного пожара, температуру и влажность окружающей среды, скорость распространения кромки пожара. Определяют основные поражающие факторы на расстоянии 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 м от кромки лесного пожара.

Температуру измеряют инфракрасным термометром «Яау1ек», содержание угарного газа - газоанализатором АНКАТ-7664-01. Результаты замеров заносят в таблицы. Если замер СО и СО2 прибором невозможен, используют метод отбора проб, т. е. в емкости закачивают вредные вещества и в стационарных условиях на приборах определяют их содержание. Среднесменные концентрации измеряют как для лесных пожарных, так и для руководителей, инструкторов, которые по характеру работы могут подвергаться воздействию опасных факторов.

Измерение концентраций приборами индивидуального контроля проводится при непрерывном или последовательном отборе в течение всей смены или не менее 75 % ее продолжительности, охватывает все производственные операции, включая перерывы (нерегламентированные), пребывание в операторных и др. Число отобранных за смену проб зависит от концентрации вещества в воздухе. Для достоверной характеристики воздушной среды необходимо получить данные не менее чем по трем сменам.

Среднесменную концентрацию определяют с учетом всех технологических операций (основные и вспомогательные) и перерывов в работе. Число проб при этом зависит от числа технологических операций, их длительности и, как правило, должно быть не менее пяти. Среднесменную концентрацию рассчитывают как средневзвешенную во времени смены или оп-

ределяют на основе обработки результатов измерений графоаналитическим методом.

Все операции технологического процесса, их длительность (включая нерегламентированные перерывы), длительность отбора каждой пробы и соответствующие ей концентрации вносят в таблицы. Если работник в течение смены выходит из помещения или находится на участках, где заведомо нет контролируемого вещества, то отмечают, чем он был занят, и ставят нуль. В отдельную графу заносят результаты произведения концентрации вещества на время отбора пробы.

Среднюю концентрацию для каждой операции (Ко) определяют по формуле [4]

^ _Klh + K2t2 + - + Kntn

Ко — .

tl + t2+- + tn

где Ki, K2, ..., Kn - концентрация вещества;

tl, t2, ..., tn - время отбора пробы.

По результатам средних концентраций за операцию (Ко) и ее длительности (Г0) рассчитывают среднесменную концентрацию (Kcc) как средневзвешенную за смену:

Kol ТOl + Ко2 То2 + ••• + Коп Топ

К о=-

где

K<,1, K2,

ТоЬ Tо2,

, Коп - средняя концентрация за операцию; , Топ - продолжительность операции.

Медиана (Ме) - безразмерное среднее геометрическое значение концентрации вредного вещества, которое делит всю совокупность концентраций на две равные части: 50 % проб выше значения медианы, 50 % - ниже. Медиану рассчитывают по формуле

Стандартное геометрическое отклонение (5„). характеризующее ире-делы колебаний концентраций, рассчитывают по формуле

1

21ln

K

Me

где Кс с - среднесменная концентрация.

Графоаналитический метод обработки данных о содержании вредных веществ в воздухе рабочей зоны заключается в следующем.

Результаты измерений концентраций вещества в порядке возрастания

c.c

вносят в таблицу и отмечают соответствующую длительность отбора пробы. Время отбора всех проб суммируют и принимают за 100 %. Определяют процент времени отбора каждой пробы в общей длительности отбора всех проб X1, а также накопленную частоту последовательным суммированием времени каждой пробы. На логарифмически вероят- ностную сетку (см. рису- нок) наносят значения концентраций (по оси абсцисс) и соответствующие им накопленные частоты (по оси ординат), через нанесенные точки проводят прямую.

Определяют значение или Х1б, которое соответствует 84 или 16 % вероятности накопленных частот (оси ординат). Рассчитывают стандартное геометрическое отклонение:

084 Ме о„ = - или 0„ =

Ме 016

Значение < 3 свидетельствует о стабильности концентраций в воздухе рабочей зоны и не требует повышенной частоты контроля; > 6 указывает на значительные колебания концентраций в течение смены и необходимость увеличения частоты контроля среднесменных концентраций для данной профессиональной группы работающих (на данном рабочем месте).

Среднесменную концентрацию рассчитывают по формуле

1п Ксс = ЫМе + 0,5(1п 5Я)2; Ксс = е1пКс с.

Максимальные концентрации соответствуют значениям 97 % накопленных частот при продолжительности рабочей смены 8 ч.

Предложенная методика позволяет провести замеры опасных и вредных факторов лесного пожара, определить их численные значения, обработать и проанализировать экспериментальные данные, установить зависимость одной величины от другой, рассчитать среднесменную концентрацию вредных газов на тушении лесных пожаров. Все это дает возможность обосновать основные требования к индивидуальным средствам защиты и разработать мероприятия по оздоровлению условий труда лесных пожарных.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Главацкий Г.Д., Цай Ю.Т., Липина Л.А. Охрана труда и безопасность лесных пожарных. - Красноярск: КГТУ, 2001. - 158 с.

2. ГОСТ 12.1.007-76. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. - М.: Гос. комитет СССР по стандартам, 1984. - 5 с.

3. Гигиенические критерии оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса. - М.:Агрохим, 2000. - 162 с.

4. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971. - 192 с.

5. Цай Ю.Т., Липина Л.А. Защита людей от воздействия опасных факторов лесного пожара при выполнении лесопожарных работ // Матер. IV Международ. конф. - Томск; Иркутск: Изд-во Томск. ун-та, 2001. - С. 157-159.

ВНИИПОМлесхоз Поступила 28.12.01

Yu.T. Tsay

Technique of Investigating Harmful Factors of Forest Fires

The technique of determining harmful substances content in the air of a forest fire-working zone is stated. The formulae for calculating the necessary number of measurements, mean quadric error and measurement accuracy are provided. Grapho-analytical method of data processing is given.