БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ Под редакцией В. А. ТРЕФИЛОВА ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
advertisement
ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ Под редакцией В. А. ТРЕФИЛОВА Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки «Нефтегазовое дело» УДК 614.8.084(075.8) ББК 68.я73 Б40 А в т о р ы: В. А. Трефилов (предисловие, гл. 1 — 10, 24, 25, 27, 28, 30, заключение); С. Н. Костарев (гл. 11); Л. В. Плахова и С. Ф. Минацевич (гл. 12); А. Д. Овсянкин (гл. 13, 26); Л. М. Веденеева (гл. 14); Т. Г. Середа (гл. 15); О. В. Бердышев (гл. 16); А. Л. Долинов (гл. 17); А. Е. Шевченко (гл. 18, 21); Г. А. Цветков (гл. 19); И. М. Башлыков (гл. 20); О. В. Лонский (гл. 22 и 29); О. В. Кушнарева (гл. 23); Н. Л. Вишневская (гл. 31) Р е ц е н з е н т ы: зав. кафедрой техносферной безопасности, директор НИИ ЭПАК при МАДИ (ГТУ), д-р техн. наук, профессор Ю. В. Трофименко; зав. кафедрой безопасности жизнедеятельности Пермской государственной сельскохозяйственной академии, канд. техн. наук, доцент Л. В. Крашевский Б40 Безопасность жизнедеятельности : учеб. для студ. учреждений высш. проф. образования / [В. А. Трефилов, И. М. Башлыков, О. В. Бердышев и др.] ; под ред. В. А. Трефилова. — М. : Издательский центр «Академия», 2011. — 304 с. ISBN 978-5-7695-5315-8 Рассмотрены теоретические основы безопасности производственной деятельности. Приведена общая характеристика и классификация опасных природных факторов. Особое внимание уделено методам и средствам защиты человека от опасных и вредных производственных воздействий, а также моделированию системы управления безопасностью. Для студентов учреждений высшего профессионального образования по направлению «Нефтегазовое дело». Может быть полезен аспирантам и исследователям проблем безопасности человека на производстве. УДК 614.8.084(075.8) ББК 68.я73 Оригинал-макет данного издания является собственностью Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом без согласия правообладателя запрещается ISBN 978-5-7695-5315-8 © Коллектив авторов, 2011 © Образовательно-издательский центр «Академия», 2011 © Оформление. Издательский центр «Академия», 2011 ПРЕДИСЛОВИЕ Слово «безопасность» известно всем уже с детского возраста. Безопасность — отсутствие опасности. Родители и педагоги в школе учат детей переходить дорогу, пользоваться предметами без ущерба своему здоровью. Предмет «Безопасность жизнедеятельности» изучает вопросы безопасности производственной деятельности. Однако мир не стал безопасным. Тысячи людей получают травмы, гибнут в процессе трудовой деятельности, в быту, на улицах, в автомобилях, дома, на отдыхе. Практически все они предупреждены так или иначе об опасностях, но почему-то искренне считают, что с ними ничего не произойдет. Однако все как раз и происходит. Причиной тому — человек. Это человек производит технические устройства, которые недостаточно безопасны, проектирует и организует технологические процессы, в которых недостаточно учтены требования безопасности, эксплуатирует технику и не выполняет правила безопасности, дома и на отдыхе совершает необдуманные, немотивированные поступки, опасные для него и окружающих. «Безопасность жизнедеятельности» как учебная дисциплина необходима для того, чтобы выпускники вузов понимали закономерности возникновения и развития опасностей для них и их будущих подчиненных, а также знали какие методы и средства защиты необходимы, чтобы ни они, ни их подчиненные не утратили работоспособность, не получили травмы или не погибли. Специальности «Охрана труда», «Пожарная безопасность» раскрывают закономерности возникновения и развития опасностей и рассматривают методы и средства защиты производственного персонала от опасных и вредных воздействий на организм. «Безопасность жизнедеятельности» — это синтетическая дисциплина, базирующаяся на общих физических законах механики, электричества, магнетизма, акустики, ядерной физики, законах химических превращений веществ, знаниях медицины, профессиональной патологии, промышленной санитарии, на математическом моделировании процессов и явлений, а также на свойственных только безопасности жизнедеятельности закономерностях. Объектом изучения дисциплины «Безопасность жизнедеятельности» и специальностей «Охрана труда» и «Пожарная и промышленная 3 безопасность» служит система безопасности. Предмет изучения — это закономерности возникновения и развития опасностей, а также методы и средства защиты человека от опасностей. Холод и механические повреждения — первые из опасностей, с которыми человек встречается на протяжении всего своего исторического развития, поэтому одно из первых средств его индивидуальной защиты — одежда. В настоящее время для большинства производственных профессий создано огромное разнообразие специальной одежды: водоотталкивающей, водонепроницаемой, кислотостойкой, негорючей, светоотражающей, устойчивой к истиранию и т. п. Для шитья одежды появилась необходимость в скрученной нити, позже стали производить канаты для крепления и подъема грузов. Канаты, веревки начали использовать и как средство индивидуальной защиты — страховки при работе на высоте. Защита ног — обувь — также прошла длительный путь развития от деревянных сандалий до современной обуви, как сезонной, так и специальной — меховой и валяной для защиты от холода, кислотостойкой, виброзащитной, негорючей, диэлектрической и др. Варежки и рукавицы служили средством защиты рук от холода, а в настоящее время также являются средством специального назначения — предохраняют руки от воздействия негорючих, кислотных, диэлектрических, вибрационных воздействий. Потребность человека в медных, свинцовых, оловянных рудах, железе, драгоценных камнях потребовала от человека спуститься под землю, делать там раскопы, тоннели. Осыпание земли угрожало жизни человека при обрушении сводов, что заставило использовать «крепь», т. е. подставки под свод потолка. Это техническое средство защиты шахтеров, прошедшее множество модернизаций, используют и в настоящее время. В результате роста численности населения, расселения его на территории с не столь благоприятным климатом требовалось все больше одежды. Были изобретены машины для производства тканей, паровые машины для ковки, перемещения грузов и людей. Вместе с прогрессом пришли новые опасности и пришлось разрабатывать предохранительные клапаны, указатели уровня воды, показатели давления, ограждения и т. п. Изобретение электрических машин вызвало необходимость защиты людей от поражения электрическим током с помощью изоляции, заземления, плавких вставок, автоматов защиты сети и т. п. Таким образом, история безопасности — это история развития человечества, потому что каждое новое изобретение и открытие требует адекватных средств защиты человека. Государство долгое время не уделяло должного внимания сохранению жизни и здоровья работников. Однако при широком распространении промышленного производства происходило все больше 4 несчастных случаев. Появление профсоюзов, Международной организации труда, принятие Всеобщей декларации прав человека Организацией Объединенных Наций (ООН), Европейской социальной хартии сформировало необходимые условия для создания эффективно действующей системы безопасности работающих. В 1920-е гг. в СССР были приняты серьезные меры по охране жизни и здоровья работающих на производстве: создан Центральный институт труда (ЦИТ), в регионах — научно-исследовательские институты охраны труда и институты гигиены труда и профессиональных заболеваний. Они внесли значительный вклад в создание и обеспечение безопасных условий труда. Во многих учебных заведениях были введены дисциплины, под тем или иным названием отражающие вопросы охраны труда. Начиная с первого поколения государственных образовательных стандартов становится обязательной общепрофессиональная дисциплина «Безопасность жизнедеятельности». Далее приведены некоторые определения, необходимые при изложении материала. Безопасность техники — свойство технических устройств не допускать, предотвращать воздействия на человека опасных и вредных факторов, которые привели бы к ухудшению состояния здоровья, травме или гибели. Безопасность технологического процесса — свойство технологического процесса не допускать, предотвращать опасные и вредные воздействия на людей. Опасный фактор — такой фактор, воздействие которого на человека может привести к травме или гибели. Вредный фактор — это фактор, воздействие которого может привести к снижению работоспособности и заболеванию. Меры безопасности — все виды правовых, организационнометодических мероприятий и деятельность специалистов, направленные на обеспечение безопасности работающих. Техника безопасности — система технических средств, предотвращающих воздействие на работающих опасных факторов. Нормы безопасности — принятые ограничения, регламентирующие предельно допустимые величины опасных и вредных факторов, средств защиты, периодичность их испытаний и другие величины. Правила безопасности — обязательные предписания, определяющие безопасные способы и приемы работы, правильное применение средств защиты. Средства защиты — средства, используемые для предотвращения или уменьшения воздействия на работающих опасных или вредных факторов. В связи с особенностями воздействия на человека различных по физическому или химическому происхождению опасных и вредных факторов принято рассматривать и частные составляющие безопас- 5 ности — электро-, пожаро-, взрывобезопасность, радиационную безопасность и др. Они отражают свойство технических устройств или технологических процессов предотвращать, не допускать воздействия электрического тока, возгорания, радиации, взрыва и других источников опасности. Источник опасности — материальный объект, явление или процесс, обладающий энергией, способной при определенных условиях воздействовать на человека и привести к травме, гибели или ухудшению его здоровья. Безопасное состояние — состояние техники и среды, опасные факторы которых не проявляют своих свойств и не могут воздействовать на человека, травмировать его или ухудшить состояние его здоровья либо снизить его работоспособность. Опасное состояние — такое состояние техники и среды, опасные факторы которых могут проявить (но еще не проявили) свои свойства и привести к травме, гибели, заболеванию или ухудшению работоспособности. Происшествие — это состояние, при котором опасные факторы проявили свои опасные свойства и привели к травме, гибели, заболеванию человека. Охрана труда — система законодательных актов и социальноэкологических, санитарно-гигиенических, организационных и технических мероприятий, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе трудовой деятельности. Р А З Д Е Л I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Гл а в а 1 СИСТЕМА «ЧЕЛОВЕК — ТЕХНИКА — СРЕДА» 1.1. Описание системы «человек — техника — среда» Человек на производстве всегда окружен определенной средой и техническими устройствами. К тому же он находится всегда во взаимодействии со средой и техникой, при этом использует технику или среду для своих целей. Все это позволяет определить систему как «совокупность взаимосвязанных элементов, взаимодействие которых направлено на достижение поставленной цели». Цели ставит человек, для их достижения подбирают соответствующую технику. Взаимодействие человека с техникой или средой является некоторым процессом, т. е. системообразующим фактором. В ходе процесса появляется информация, а процесс подлежит управлению со стороны человека. Это общее описание любой системы производства адекватно описывает систему «человек — техника — среда» (ЧТС), необходимую для анализа и синтеза системы безопасности. Действительно, человек постоянно взаимодействует с различными устройствами, представляющими для него разные опасности. Действует он в условиях естественной (на открытой местности) или искусственной (в помещении) природной среды, которая либо непосредственно создает для него опасности (низкая температура, дождь, снег, гроза, камнепады, сели, наводнение, землетрясение), либо усиливает или ослабляет действие техники. При этом с техникой человек взаимодействует, чтобы достичь определенных целей. Содержание взаимодействия — технологический процесс, в котором может участвовать один человек на одном рабочем месте или несколько человек на нескольких рабочих местах. При этом могут перемещаться материалы или человек, либо и то, и другое. Перемещение техники и людей могут вызывать и изменения окружающей среды. Технологический процесс сопровождается созданием информации, которой служат: показания приборов, появление звукового, 7 вибрационного, электромагнитного полей, изменение температуры, перемещение механизмов, фиксированных в документах и др. Информация позволяет управлять системой безопасности. На основе информации о состоянии безопасности планируют мероприятия по ее повышению, обеспечивают необходимыми информационными, трудовыми, материальными ресурсами, оперативно управляют соответствующие органы, ведут учет и анализ результатов совершенствования безопасности. Таким образом, определение системы безопасности удовлетворяет требованиям, предъявляемым к выделению из общего многообразия именно системных элементов, и такая система может быть рассмотрена именно как сложная система, подлежащая анализу и синтезу с системных позиций. 1.2. Модель системы «человек — техника — среда» Анализ и синтез системы безопасности (рис. 1.1) возможны только в случае математического описания системы, т. е. с помощью модели. Однако моделирование системы безопасности затруднено, так как разнообразие элементов системы представляет большую сложность в описании этих элементов, их взаимосвязей и взаимодействия. Поэтому будем использовать математический аппарат, обладающий высокой степенью абстракции. Обозначим символами L — множество людей, T — множество технических устройств, E — множество элементов среды, J — множество информации, Y — множество элементов управления. Рис. 1.1. Схема системы безопасности 8 Взаимосвязи между элементами определим отношениями R, под которыми можно понимать отношения функциональные, предпочтения, следования и другие, отражающие суть взаимосвязи. Тогда получим: LR1T, LR2E, LR3J, LR4Y, TR5L, TR6E, TR7J, TR8Y, ER9L, ER10T, ER11J, ER12Y, JR13L, JR14T, JR15E, JR16Y, YR17L, YR18T, YR19E, YR20J. (1.1) Система уравнений отношений (1.1) — это модель системы безопасности, если из всех свойств человека рассматривают только те, которые имеют отношение к безопасности, из всех свойств технических устройств рассматривают только те, которые связаны с опасностями или безопасностью человека, из всех свойств природы рассматривают только те, которые представляют опасность для человека, наконец, информация только об опасностях и безопасности людей. Управление изначально сформулировано как управление безопасностью. Поскольку абстрактное описание (1.1) не позволяет непосредственно анализировать и синтезировать системы безопасности, проведем следующие преобразования. Как известно, бинарные отношения могут раскладываться на более сложные с введением дополнительной переменной, называемой состоянием, если только множества, связанные отношением, можно разделить по некоторому признаку хотя бы на два подмножества. В нашем случае такое деление вполне возможно, например, по признаку опасности: опасно — не опасно. В этом случае система (1.1) преобразуется следующим образом: LR11 C LT T 1 , C LT R12T 2 ; TR51 CTL L1 , CTL R52 L2 ; LR21 C LE E 1 , C LE R22 E 2 ; TR61 CTE E 1 , CTE R62 E 2 ; LR31 C LJ J 1 , C LJ R32 J 2 ; TR71 CTJ J 1 , CTJ R72 J 2 ; LR41 C LY Y 1 , C LY R42Y 2 ; TR81 CTY Y 1 , CTY R82Y 2 ; (1.2) 1 C JL L1 , C JL R132 L2 ; ER91 C EL L1 , C EL R92 L2 ; JR13 1 1 C ET T 1 , C ET R102 T 2 ; JR14 C JT T 1 , C JT R142 T 2 ; ER10 1 1 C EJ J 1 , C EJ R112 J 2 ; JR15 C JE E 1 , C JE R152 E 2 ; ER11 9 1 1 C EY Y 1 , C EY R122 Y 2 ; JR16 C JY Y 1 , C JY R162 Y 2 ; ER12 1 CYL L1 , CYL R172 L2 ; YR17 1 CYT T 1 , CYT R182 T 2 ; YR18 1 CYE E 1 , CYE R192 E 2 ; YR19 1 2 CYJ J 1 , CYJ R20 YR20 J 2. Исходя из (1.2), представляется возможным записать состояния С каждого элемента и системы безопасности в целом. C L F1 S L , C LT , C LE , C LJ , C LY , СT F2 ST , CTL , CTE , CTJ , CTY , C E F3 S E , C J F4 S J , CY F5 SY , C чтс C EL , C ET , C EJ , C EY C JL , C JT , C JE , C JY , , , S с.б , C L , CT , C E , C J , CY . CYL , CYT , CYE , CYJ (1.3) (1.4) (1.5) (1.6) (1.7) (1.8) Состояние людей зависит от их собственных свойств — здоровья, обученности, дисциплинированности, точности действий, внимательности, а также от того, насколько безопасна техника, среда, какая информация об опасностях доведена до людей, насколько эффективно управление безопасностью. Состояние техники зависит от «собственных» свойств безопасности техники, от того, насколько люди безопасно работают на этой технике, насколько среда воздействует на безопасность техники, насколько информация о технике распространена среди обслуживающего персонала, каким образом система управления безопасностью влияет на технику. Состояние среды зависит от «собственных» свойств среды — температуры, влажности, скорости движения воздуха и других факторов, действий людей по изменению безопасного состояния среды, от того, как техника изменяет безопасное состояние среды, информации о безопасности среды, воздействия системы управления на среду. Состояние информации определяется «собственными» свойствами (полнотой, своевременностью и достоверностью), а также влиянием людей на информацию, состоянием техники, выдающей информацию, и влиянием управления на информацию. Состояние управления безопасностью зависит от «собственных» свойств — эффективности управления и оперативности, а также от 10 Рис. 1.2. Изменение системы безопасности того, как люди подготовлены и относятся к управляющим воздействиям по безопасности, каким образом можно воздействовать на среду, как информация позволяет принимать оптимальное решение по управлению безопасностью. Состояние системы безопасности (системы «человек — техника — среда», Счтс) определяется системными свойствами — эффективностью, стоимостью и состоянием элементов системы. Стоимость системы безопасности очевидна и определяется вложенными средствами при проектировании, испытаниях, изготовлении и монтаже, а также эксплуатационными расходами. Эффективность системы — степень достижения цели — требует отдельного рассмотрения. Состояние системы (рис. 1.2) может быть безопасным Cб. чтс, когда параметры источников опасности не могут привести к травме, гибели или заболеванию человека. Если же существуют необходимые условия, т. е. некоторые параметры могли бы привести к травме, гибели или заболеванию, но отсутствуют достаточные условия, т. е. другие параметры не позволяют нанести ущерб человеку, то такое состояние будем называть опасной ситуацией Cо.с. чтс. Состояние, при котором происходит травма, гибель или заболевание человека, назовем состоянием происшествия Cп. чтс. Система первоначально находится в состоянии Cб. чтс. В процессе трудовой деятельности параметры источников опасности изменяются, при этом система может перейти в состояние Cо.с. чтс. Переход в состояние Cп. чтс может быть только из состояния Cо.с. чтс. Время нахождения в состоянии Cо.с. чтс может быть различным: очень большим (годы) или очень коротким (доли секунды), но система должна находиться в состоянии опасной ситуации. Из состояния Cо.с. чтс система может перейти или в Cб. чтс, или в Cп. чтс, а из состояния Cп. чтс система никуда не переходит, так как происшествие уже случилось. Далее может быть только другая система. 1.3. Эффективность системы безопасности Эффективность системы безопасности существенно зависит от формулировки ее цели. По-видимому, другой цели кроме исключения травм, гибели, заболевания у системы безопасности не может быть. В связи с этим критерием эффективности системы безопасности должен быть критерий, оценивающий отсутствие за определенный период травм, гибели или профессиональных заболеваний 11 Рис. 1.3. Переходные вероятности (пояснение в тексте) работающих. Следовательно, он должен определять возможность непопадания системы ЧТС в состояние Cп. чтс. Возможность попасть или не попасть в какое-либо состояние можно оценить вероятностью Pп(t) или [1 − Рп(t)] = Qп(t). (1.9) При этом понятно, что задавать требования к системе безопасности этим показателем нельзя, можно только оценить существующую систему и сравнить существующие системы. Исходя из рис. 1.2, вероятность попадания системы ЧТС в состояние Cп. чтс можно определить следующим образом (рис. 1.3). Обозначим состояние Cб. чтс как состояние 1, состояние Cо. с. чтс как состояние 2, а состояние Cп. чтс как состояние 3. Тогда: α12 — вероятность перехода из состояния 1 в состояние 2, α21 — вероятность перехода из состояния 2 в состояние «1», а α23 — вероятность перехода из состояния 2 в состояние 3. Рассмотрение таких процессов целесообразно провести с использованием аппарата полумарковских случайных процессов. Полумарковский процесс принят потому, что нет уверенности в экспоненциальности закона распределения случайных событий перехода из одного состояния в другое. Запишем систему алгебраических уравнений вероятностей нахождения в каждом состоянии и нормирующего уравнения: P3 = P2 α23, P2 = P1α12 − P2α23 − P2α21, P1 = P2α21 − P1α12, P1 + P2 + P3 = 1. (1.10) Подставляя P2 в P1, а затем в P3, получим P3 P1 12 23 1 21 23 . Вероятность попадания или не попадания системы ЧТС в состояние происшествия действительно определяет эффективность системы: (t ) 23 (t ) Qп (t ) 1 Рб (t ) 12 . 1 21 23 12 (1.11) При равенстве вероятностей перехода системы из безопасного состояния в состояние опасной ситуации α12(t) и из состояния опасной ситуации в безопасное состояние α21(t) показатель эффективности определяется вероятностью P1 и α23. Если же α21(t) больше α12(t), т. е. вероятность возвращений больше вероятности переходов в опасную ситуацию, то это означает хорошую систему защиты. Наиболее интересной величиной, конечно же, является α21(t). Она определяется и системой информации об измерении параметров источников опасности, и системой защиты, и системой управления. 1.4. Стоимость системы безопасности Системным свойствам системы безопасности является стоимость Gчтс, т. е. сумма денежных средств, в которую обходится обеспечение отсутствия травм, гибели или заболеваний человека на предприятии, в цехе, на участке, в офисе, учебном заведении и т. п. При этом в указанную сумму средств входит в стоимость средств защиты, обучения, сигнализации, автоматики, отключателей, содержания системы управления, дополнительных помещений для размещения оборудования (например, компьютеров), средств индивидуальной защиты. Все это дополняется эксплуатационными расходами, связанными с обслуживанием оборудования, его периодическими проверками и освидетельствованием, а также амортизационными отчислениями. Увеличение вложенных в систему безопасности средств должно соответственно повышать эффективность. При минимальном вложении средств, в первую очередь на организационные меры рост эффективности не слишком заметен. Увеличение эффективности становится заметным при использовании технических средств обеспечения безопасности. Особенно заметен рост эффективности при комплексной автоматизированной системе обеспечения безопасности. Контрольные вопросы 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Дайте определение системы безопасности. В чем заключается цель системы безопасности? Перечислите элементы системы безопасности. От каких свойств и состояния каких элементов зависит состояние человека? Какими «системными» свойствами обладает система безопасности? Что представляют собой «меры безопасности»? Дайте определение понятия «техника безопасности». Объясните понятие «нормы безопасности». Дайте определение понятия «правила безопасности». Что понимают под термином «охрана труда»?
