Технические науки/13. Охрана труда

Харитонов А.А. ст. преп. каф. ЕПЕМ

Государственное ВУЗ «Криворожский национальный университет», Украина

Анализ электротравм для моделирования генезиса электротравм в электротехнических комплексах

и системах железорудных шахт

Актуальность проблемы при решении научных и прикладных задач.

От исследования и оценки безопасности при эксплуатации электротехнических комплексов и систем, наряду с анализом состояний режимов электропотребления, в свою очередь зависит оценка эффективности применения электроэнергии на горных предприятиях.

Следует заметить, что решение проблемы безопасности электропотребления горных предприятий должно решаться в рамках рассмотрения процессов в эрготехнической системе «человек - электроустановка - окружающая среда» [1].

Многообразие вопросов указанной проблемы не позволяет в объеме одного исследования обеспечить их решение. В этой связи представляется целесообразным выделение наиболее актуальных вопросов, а именно: дать оценку состояния безопасности электротехнических комплексов и систем горных предприятий; выполнить исследование свойств персонала как элемента эрготехнической системы [2]; осуществить анализ характеристик процессов, обусловливающих безопасность в наиболее травмоопасных видах электроустановок.

В соответствии с методикой исследования электротравматизма горнорабочих в основу оценки безопасности электротехнических комплексов и систем железорудных шахт положим материалы расследования и учета несчастных случаев (НС).

Исследование электротравматизма на железорудных рудниках предполагает как анализ таких его общих характеристик как динамика, удельный вес, частота НС, распределение по отдельным факторам и т.п., так и моделирование процесса возникновения электротравм.

В частности моделирование генезиса электротравм позволяет на основе причинного анализа определить причины и условия, источники опасностей, опасные ситуации и опасные условия труда. Вместе с этим модели генезиса электротравм позволяют выполнить вероятностную оценку состояний электроустановок электротехнических комплексов, окружающей среды и персонала – как элементов эрготехнической системы обеспечения электробезопасности [2]. В этой связи одним из вопросов, направленных на повышение условий электробезопасности, являются проведенные ранее исследования по установлению первичных критериев электробезопасности [3].

Одной из основных потенциальных причин, обусловливающих возникновение электротравм (ЭТ), является неисправное состояние электроустановок. Распределение ЭТ по видам электроустановок показывает, что к числу наиболее травмоопасных относятся: в подземных выработках шахт и рудников - комплекс контактной электровозной откатки (для угольных шахт ЭТ составляет 37% общего числа НС в подземных выработках; для рудников черной металлургии - 75% и 31%).

Повышение условий электробезопасности в контактных сетях (КС) связано с признанием их потенциальным источником опасности [4].

Цель исследований.

Анализ статистик и законов распределения ЭТ на горнорудных предприятиях с подземной добычей полезных ископаемых.

Материалы исследований.

Для оценки состояния безопасности процесса электропотребления горных предприятий проанализируем динамику электротравматизма на предприятиях основных горнодобывающих отраслей, которая характеризуется следующим: число электротравм (ЭТ) на предприятиях угольной отрасли и горных предприятиях цветной металлургии снизилось, соответственно, на 33 и 47%; на горных предприятиях черной металлургии наблюдается рост числа ЭТ на 15%.

Удельный вес электротравматизма в общем производственном травматизме составил: для предприятий угольной отрасли 3,6%; для горных предприятий черной металлургии 14,3% [5].

Среднее значение коэффициента частоты электротравматизма характеризуется: для предприятий угольной отрасти – 18,9∙10^-6; для горных предприятий цветной и черной металлургии, соответственно, 23,4∙10^-6 и 22,1∙10^-6.

Приведенные данные, несмотря на то, что они характеризуют период времени, при котором увеличивалась энергоемкость технологических процессов, приводят к необходимости сделать выводы:

1) темпы снижения электротравматизма по сравнению с периодом 1956-1967гг. снизились;

2) состояние электробезопасности на горных предприятиях является напряженным и требует повышения эффективности усилий науки и практики для сокращения числа н.с. при применении электроэнергии.

В угольной отрасли свыше 70% НС произошло на предприятиях с подземной разработкой месторождений, около 30% - на предприятиях с открытой разработкой месторождений. Для отраслей черной металлургии указанные показатели 25 и 75 %.

Специфика электротравматизма на горных работах различных отраслей промышленности и наметившиеся тенденции роста электротравматизма в горнорудной промышленности СССР и сохранение их в электротравматизме Украины свидетельствуют о необходимости более тщательного изучения причин его возникновения в шахтах и карьерах горнорудных производств, на основе исследования влияния факторов участвующих в формировании электротравмоопасных ситуаций и негативных влияний на надежность электрооборудования и средства электробезопасности. Эти исследования должны явиться основой разработки комплексов профилактических мероприятий, направленных на эффективное снижение электротравматизма.

В связи с выше изложеным можно рассмотреть распределение НС по уровню и роду опасного фактора (напряжения) за период с 1966 по 1975 года приведены в табл. 1.

Таблица 1 – Распределение НС по уровню и роду напряжения, %

Отрасли	Уровень напряжения		Род напряжения
	до 1000 В	Свыше 1000 В	Переменное 50 Гц	Выпрямленное
Угольная шахты	76,3	23,7	75,2	24,8
Железорудная промышленность рудники карьеры	85,7 13,8	14,7 86,2	42,9 81,5	57,1 18,5

Проанализировав данные табл. 1 можно сделать вывод, что структура распределения ЭТ по уровню напряжения существенно отличается, поэтому в условиях подземных выработок основное внимание надо уделить мероприятиям по снижению электротравматизма в электроустановках напряжением до 1000 В, особенно в контактных сетях электровозной откатки [4]. Структура распределения ЭТ по роду опасного фактора показывает, что на электроустановки с выпрямленным напряжением приходится: от 16,1 до 57,1% НС, происходящих на шахтах и рудниках (для условий подземных выработок этот показатель еще выше).

Распределение ЭТ по видам электроустановок электротехнических комплексов горных предприятий показывает: для предприятий с подземной разработкой наиболее травмоопасны контактные сети электровозной откатки.

Распределение ЭТ по месяцам года (рис. 1) позволяет говорить о наличии сезонности с максимумом в летние и минимум в зимние месяцы. "Летний пик", отмечавшийся ранее в ряде работ по анализу электротравматизма [6], характеризует ухудшение условий электробезопасности в результате причин организационного (возрастание текучести кадров, большое количество отпусков и, как следствие, снижение квалификационного уровня работников) в электропатологического (снижение работоспособности, усиление утомляемости персонала и т.п. вследствие повышения температуры окружающей среды) характера.

Изменение динамики ЭТ по дням недели и часам суток (рис. 2,3) свидетельствует о неравномерности их распределения.

Следует особо отметить большое число поражений в воскресенье. Очевидно, что большие объемы монтажно-наладочных работ, выполняемые в этот день в условиях дефицита времени и высокой интенсивности труда, требуют лучшей организации, усиленного надзора со стороны инженерно-технического персонала.

В течение суток распределение числа ЭТ характеризуется значительным ростом количества несчастных случаев в дневные часы ( с 8 до 17 ч). В этот период происходит 67% НС на железорудных шахтах. Это обусловлено увеличением числа работающих в это время, большим объемом работ в электроустановках и коммутаций электрических цепей.

Рассмотрение распределений ЭТ по дням недели и часам суток показывает на необходимость особенно тщательного соблюдения требований безопасности в указанные травмоопасные периоды.

Рисунок 1 – Распределение электротравм по месяцам года на горных предприятиях

(1 - отрасль выработки, 2 -шахты в целом,

3 - подземные выработки, 4 - карьеры)

Распределение ЭТ по профессиональным группам характеризуется данными табл. 2.

Таблица 2 – Распределение электротравм (в %) по профессиональным группам

Отрасль, предприятия, комплекс	Персонал
	электротехнический	неэлектротехнический
Угольная шахты подземный поверхностный	39,5 83,3	60,5 16,7
Железорудная промышленность рудники подземный поверхностный	56,3 100,0	47,3 -

Анализ данных табл. 2 показывает, что структура профессий пострадавших различна для подземного электротехнического комплекса и электротехнических комплексов поверхностей железорудных шахт. В условиях подземных выработок значительное число случаев электропоражений приходится на работников неэлектротехнических профессий. В качестве одной из причин, объясняющей это обстоятельство для условий подземных выработок, выступает высокая вероятность соприкосновения в процессе работы с электроустановками лиц, не имеющих достаточных основ знаний техники электробезопасности. Так, большинство случаев поражений проходчиков и почти все случаи электротравм крепильщиков произошли при недооценке опасности работ вблизи неотключенного или плохо изолированного контактного провода электровозной откатки [7].

Рисунок 2 – Распределение электротравм по дням недели на горных предприятиях

(1 - отрасль выработки, 2 -шахты (рудники), 3 - подземные выработки, 4 - карьеры)

Рисунок 3 – Распределение электротравм по часам суток на горных предприятиях

(1 - отрасль выработки, 2 -шахты в целом, 3 - подземные выработки, 4 - карьеры)

Указанные обстоятельства еще раз доказывают, что вопросы повышения надежности функционирования различных групп персонала как энергетического элемента системы обеспечения электробезопасности являются остроактуальными.

Причиной ЭТ в электротехнических комплексах горных предприятий, обусловленных возникновением цепи через пострадавшего [8] в 75% случаев служит контактная сеть электровозной откатки.

Большинство электротравм на шахтах, рудниках произошло в результате непосредственного соприкосновения пострадавших с токоведущими частями, находящимися под напряжением. Если не учитывать электротравм в контактных сетях, которые в плане защищенности от прикосновений персонала негативно отличаются от других подземных электроустановок, то на долю поражений по причине прикосновения к токоведущим частям приходится от 25 до 43% общего числа несчастных случаев в подземных выработках. Для поверхностных электротехнических комплексов шахт (рудников) этот показатель составляет от 80 до 100%, для карьеров - от 83 до 92%.

Значительный удельный вес имеют электротравмы, происходящие при работе под напряжением и в результате ошибочной подачи напряжения во время производства работ. Электротравмы по этим причинам составляют: для поверхности шахт (рудников) - от 26 до 40%, для карьеров -45,6.

Значительное число ЭТ на горных предприятиях с подземным способом добычи полезных ископаемых, а именно до 83% характеризуется причинами, в основе которых лежит снижение защитных свойств изоляции, что говорит о недостаточном профилактическом контроле состояния изоляции электроустановок.

Обращает на себя внимание высокий процент электротравм в подземных выработках, основной причиной которых является отключенное или неисправное состояние защиты от утечек в сетях переменного тока напряжением до 1000 В. Это положение подтверждает необходимость широкого внедрения аппаратов защиты от утечек, обладающих свойствами самоконтроля исправности. Кроме этого, на предприятиях следует проводить комплекс мероприятий по снижению токов утечки на землю с целью обеспечения работы соответствующих средств защиты, но этот вопрос не входит в задачи данного исследования.

Для принятия управляющих решений в вопросах безопасного применения электроэнергии на горных предприятиях требуется математическое описание параметров, величин, характеризующих электротравматизм, процессов развития электротравм.

Описание производственного травматизма в рамках вероятностно-статистических методов требует оценки статистических характеристик и законов распределения отдельных его показателей.

Моделирование процессов в системе обеспечения электробезопасности, технико-экономическая оценка последствий от ЭТ требуют знания статистических характеристик таких случайных величин как возраст и стаж пострадавших. В качестве статистик принимаем следущие данные: математическое ожидание Т_возр, дисперсия D и среднеквадратическое отклонение σ, коэффициент вариации υ, асимметрия А, эксцесс Е.

Статистические характеристики возраста пострадавших в электроустановках предприятий отраслей приведены в табл. 3.

Экспериментальные распределения, имеются в виду дифференциальные и интегральные, возраста пострадавших в виде гистограмм и кривых накопленных частостей приведены на рис. 4.

Анализ статистик и экспериментальных законов распределения возраста пострадавших показывает, что отдельные значения достаточно хорошо концентрируются вокруг средних значений с коэффициентом вариации, не превышающим в основном 30%. Распределения возраста пострадавших имеют за редким исключением незначительную положительную асимметрию и отрицательный эксцесс. С учетом этого можно выдвинуть гипотезу о нормальном законе распределения возраста пострадавших.

Для выборок возраста пострадавших, характеризующих отрасли в целом, с помощью критерия Пирсона с вероятностью 0,95 была подтверждена возможность принятия выдвинутой гипотезы о нормальном распределении [9]. Для выборок возраста пострадавших в условиях подземных выработок, поверхностного комплекса, разрезов (карьеров) с помощью критерия Колмогорова при уровне значимости 0,05 была подтверждена гипотеза об их принадлежности к одной статистической нормальной совокупности (к которой относится «отраслевая» выборка) [10]. Значения наблюдаемых и критических значений критериев позволяют принять выдвинутую гипотезу.

Таким образом, законы распределения возраста пострадавших будут иметь вид

(1)

где, Т_возр , σ₀ – параметры нормального распределения (приведены в табл. 3.4)

Таблица 3 – Статистические характеристики возраста пострадавших в горнорудной промышленности (черная металлургия)

Предприятие, отрасль	Статистические характеристики
	Твозр,.,лет	Dлет^2	σлет	υ	А	Е
Подземные виработки рудников	33,9	43,5	6,59	0,19	0,49	-0,86
Поверхносные комплексы рудников, обогатительные фабрики	35,9	82,8	9,1	0,25	-0,32	-1,18
Карьеры	32,1	64,1	8,01	0,25	0,20	-0,87
Отрасль	33,5	68,5	8,28	0,24	0,14	-0,88

Рисунок 4 – Статистические законы распределения возраста пострадавших в электроустановках железорудных предприятиях

Анализ статистик и законов распределения возраста пострадавших показывает, что средний возраст пострадавших для предприятий разных; отраслей составляет от 30 до 36 лет. Интересующая нас вероятность поражения в возрасте от 25 до 40 лет составляет для горных, предприятий черной металлургии - 0,72.

Стаж работы пострадавших является случайной величиной, описание которой целесообразно отразить в рамках вероятностного подхода.

В качестве статистических характеристик стажа пострадавших как случайных величин используем: математическое ожидание Т_ст, дисперсия D, среднеквадратическое отклонение σ, коэффициент вариации υ, асимметрия А, эксцесс Е приведены в табл. 4.

Экспериментальные распределения стажа пострадавших в виде кривых накопленных частостей и гистограмм приведены на рис. 5.

Анализ статистик и экспериментальных законов распределения стажа пострадавших показывает значительный разброс отдельных значений случайной величины относительно средних. Коэффициент вариации имеет значения, значительно превышающие значения, характерные для нормального закона.

Таблица 4 – Статистические характеристики стажа пострадавших в горнорудной промышленности

Предприятие, отрасль	Статистические характеристики
	Тст,.,лет	Dлет^2	σлет	υ	А	Е
Подземные виработки рудников	5,31	35,8,5	5,98	1,12	1,04	-0,39
Поверхносные комплексы рудников, обогатительные фабрики	7,03	34,6	5,83	0,84	0,74	-0,39
Карьеры	6,58	39,6	6,29	0,96	1,16	0,77
Отрасль	6,45	37,5	6,13	0,95	1,06	0,45

Выше изложенное, а также вид гистограмм позволяет выдвинуть гипотезу об экспоненциальном распределении стажа пострадавших. Проверка выдвинутой гипотезы с помощью критерия Пирсона подтвердила возможность ее принятия с вероятностью 0,95 для выборок, характеризующих отрасли в целом. Проверка гипотезы о принадлежности выборок стажа пострадавших для условий подземных выработок железорудных шахт к одной статистической совокупности, к которой относится "отраслевая" выборка, с помощью критерия Колмогорова позволила ее принять при уровне значимости 0,05.

Рисунок 5 – Статистические законы распределения стажа работы пострадавших в электроустановках железорудных предприятий

Таким образом, законы распределения стажа пострадавших имеют вид

(2)

где λ – параметр экспоненциального закона, определяется как обратное значение величины среднего стажа пострадавших Т_ст.

Выводы

Анализ статистик и законов распределений стажа пострадавших показывает, что средний стаж пострадавших для предприятий различных отраслей составляет от трех с половиной до семи с половиной лет. ЭТ лиц со стажем до 10 лет составляют от 65 до 75% несчастных случаев.

Выполненный анализ позволяет перейти к моделированию процесса происхождения электротравм.

Список литературы

1. Ляхомский А.В. Исследование воздействия на человека напряжения и тока с фазовыми отсечками // Межвуз. сб. научн. тр. «Вопросы электроснабжения и электропривода». – Калинин, 1997. – С. 52 – 54.

2. Ляхомский А.В., Синчук О.Н., Харитонов А.А. Физиологическая характеристика горнорабочих железорудных шахт как элемента эрготехнической системы обеспечения электробезопасности // Весник Криворожского технического университета. – Кривой Рог: КНУ, 2013. Вип. 35. – С. 152 – 156.

3. Синчук О.Н., Харитонов А.А. К вопросу оценки первичных критериев электробезопасности приэксплуатации тяговых контактных сетей железорудных шахт // Весник Кременчугского национального университета имени Михаила Остроградского. – Кременчуг: КрНУ, 2013. Вип. 35. – С. 337 – 343.

4. Синчук И.О. Тяговая контактная сеть железорудных шахт – потенциальный источник поражения горнорабочих электрическим током // Горный вестник. – №96. – 2013. – С. 288 - 290.

5. Бухтояров В.Ф., Круглов Г.А.. Исследование взаимосвязей в системе “человек – машина – среда” при формировании несчастного случая // Безопасное ведение работ на разрезах: Сб. науч. трудов // УкрНИИпроект. Киев – 1982 г. – С. 3 – 7.

6. Шевяков Ф.Я. Определение причинно-следственных связей при анализе аварий и несчастных случаев //Безопасность труда в промышленности. – 1980. - №9.

7. Синчук О.Н. Электробезопасность рудничной откатки / Э.С. Гузов, А.Г. Ликаренко, А.Г. Животовский, Б.П. Борисов // К.: Техніка, 2009 г. – 188 с.

8. Синчук И.О., Харитонов А.А. Контактные сети железорудных шахт как источник поражения горнорабочих электрическим током // Государственное предприятие «НИГРИ», 2013 г.

9. В. Е. Гмурман Теория вероятностей и математическая статистика . – ВШ, 2002.

10. Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т./Ред. совет: В.С. Авдуевский (пред.) и др. Т.2. Математические методы в теории надежности и эффективности / Под ред. Б.В.Гнеденко. - М.: Машиностроение, 1987. - 280 с.