БEЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНEДEЯТEЛЬНОСТИ В ВОПРОСАХ И ОТВEТАХ ЗАДАЧАХ И РEШEНИЯХ М 2002 480 С 10

6 1,25
2,4
3,6
4,4
5,3 1
2
3,25
4
4,75 1
1,5
1,75
3
3,5
Задача Требуется определить положение границы опасной зоны на берме выемки глубиной 3 м в суглинистых грунтах.
Решение
1. По исходным данным находим по табл. 9.2 значение коэффициента заложения a = 0,5.
2. Вычисляем след плоскости скольжения от возможной призмы обрушения на берме, свободной от нагрузки:

3. По табл. 9.3 наименьшее допустимое приближение к подошве незакрепленного откоса lн = 3,25 м, в котором учитывается дополнительная пригрузка бермы массой строительной машины (крана).
4. Принимаем положение границы опасной зоны для двух случаев:
берма выемки свободна от нагрузки - lн = 2,8 м;
берма выемки имеет нагрузку - lн = 3,25 м.
9.2. Устойчивость кранов
Для свободно стоящих стреловых кранов проверка грузовой устойчивости обязательна при двух положениях крана. В первом случае кран установлен на рабочей площадке с наибольшим допустимым уклоном a при направлении стрелы в сторону уклона перпендикулярно ребру опрокидывания (рис. 9.1, а).

а) б)
Рис. 9.1. Схема расчета грузовой (а) и собственной (б)
устойчивости стрелового крана
На кран со стороны противовеса действует ветровая нагрузка рабочего состояния и инерционные нагрузки, возникающие при работе механизмов подъема, поворота, изменения вылета и передвижения крана. Инерционная нагрузка, возникающая при передвижении крана, учитывается только при проверке устойчивости вдоль подкранового пути. Во втором случае при работе крана на площадке с наибольшим допустимым уклоном a стрела с грузом на максимальном вылете направлена в плане под углом 45° к ребру опрокидывания в сторону уклона рабочей площадки. В дополнение к первому расчетному случаю на кран действует касательная инерционная нагрузка от массы груза и стрелы, возникающая при работе механизма поворота крана в неустановившемся режиме.
9.3. Расчет ветровых нагрузок
За ветровую нагрузку на кран в рабочем состоянии принимается предельная нагрузка, при которой обеспечивается эксплуатация крана с номинальным грузом. Ветровой нагрузкой на кран в нерабочем состоянии считается предельная ветровая нагрузка, на которую должны быть рассчитаны элементы крана. Ветровая нагрузка определяется суммой статической и динамической составляющих.
Статическая составляющая ветровой нагрузки рассчитывается по формуле
(9.1)
где r - плотность воздуха;
u - скорость ветра, направленного параллельно земле;
к - коэффициент, учитывающий изменение динамического давления ветра по высоте;
с - коэффициент аэродинамической силы;
п - коэффициент перегрузки (для рабочего состояния п=1, для нерабочего п=1,1).
Для нерабочего состояния динамическое давление и скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью земли в зависимости от района РФ следует принимать по табл. 9.4.
Таблица 9.4
Скорость и давление ветра

Показательветровой
нагрузки Районы РФ
I II III IV V VI VII
Скорость ветра, м/с 21 24 27 30 33 37 40
Динамическое давление , Па 270 350 450 550 700 850 1000
П р и м е ч а н и е. Московская, Ивановская и Владимирская области - 1 район.
Для рабочего состояния крана динамическое давление и скорость ветра u на высоте 10 м над поверхностью земли, вне зависимости от района установки крана, но с учетом его назначения принимается по табл. 9.5.
Таблица 9.5
Скорость и давление ветра

Назначение кранов Скорость
ветра, м/с Динамическое давление, Па
Краны: строительные, монтажные, для полигонов железобетонных изделий, штучных грузов, а также стреловые самоходные общего назначения 14,0 125
Краны всех типов, устанавливаемые в речных и морских портах 20,0 250
Краны, устанавливаемые на объектах, исключающих возможность перерыва в работе 28,5 500
Задача Оценить собственную устойчивость стрелового самоходного крана, выполненного по схеме рис. 9.1.б, если: G1=42,49 кН - вес поворотной части крана; G2=118,59 кН - вес неповоротной части крана, b=2,42 м, С1=1,44 м и С2=0,02 м, a =6°, h'1=2,1 м и h''1=1,0 м - расстояния от центра тяжести поворотной и неповоротной частей крана до плоскости, проходящей через точки ребра опрокидывания; А1=3,8 м2; А2=9,6 м2, r'2=2,3 м, r''2=1,1 м - наветренные площади и расстояния от плоскости, проходящей через точки опорного контура до центров приложения ветровой нагрузки поворотной и неповоротной частей крана соответственно. Район установки крана II.
Решение Расчет ветровой нагрузки ведем по формуле (9.1) Динамическое давление ветра для нерабочего состояния крана выбираем по табл. 9.4. Для района II РФ =350 Па. Коэффициент аэродинамической силы с=1,2. Коэффициент к=1,00, так как наветренные площади крана расположены ниже уровня 10 м от поверхности земли. Коэффициент п=1,1.
Дальнейший расчет по алгоритму, приведенному в [9.1], показывает, что кран устойчив.
9.4. Определение расчетных параметров стропов и чалочных канатов
Строповку строительных конструкций производят по заранее разработанным схемам (рис. 9.2). Для подъема и перемещения крупногабаритных и длинномерных грузов применяют траверсы.
Чтобы определить технические данные гибких стропов, необходимо провести расчет (рис. 9.3).
Определяют усилие (натяжение) в одной ветви стропа

где S - расчетное усилие, приложенное к стропу, без учета коэффициента перегрузки и воздействия динамического эффекта, кН;
Q - вес поднимаемого груза, Н;
m - общее число ветвей стропа;
a - угол между направлением действия расчетного усилия стропа;
k - коэффициент, зависящий от угла наклона a ветви стропа к вертикали (табл. 9.6):
Таблица 9.6

a , град 0 15 30 45 60
k 1 1,03 1,15 1,42 2

Рис. 9.2. Схемы строповки конструкций:
а - двухветвевым стропом; б - траверсой в двух точках; в - траверсой в трех точках с уравнительным роликом; г - траверсой в четырех точках с двумя уравнительными роликами; д - трехветвевым стропом; е - траверсой в четырех точках; ж - продольной и двумя поперечными траверсами в четырех точках; з - подъем вертикального элемента; и - подъем наклонного элемента; 1 - центр тяжести груза; 2 - траверса; 3 - ролик; 4 - строп; a - угол между стропом и вертикалью

Рис. 9.3. Схема для расчета усилий в ветвях стропа
Определяют разрывное усилие в ветви стропа

где kз - коэффициент запаса прочности для стропа, определяемый в зависимости от типа стропа.
По найденному разрывному усилию по табл. 9.7 подбирают канат и определяют его технические данные: временное сопротивление разрыву, ближайшее большее к расчетному, и его диаметр.
Таблица 9.7
Техническая характеристика стальных канатов

Диаметрканатамм Массамсмазанногоканатакг Маркировочная группа по временному сопротивлению разрыву, МПа
1400 1600 1700 1800
Канат типа ТК 6? 19
11 43,3 52 560 60 050 63 850 65 800
14,5 71,5 86 700 99 000 105 000 108 000
17,5 107 129 000 147 500 157 000 161 500
19,5 127,5 154 500 176 500 187 500 193 500
21 149,5 1 810 000 207 000 220 000 227 000
22,5 173,5 210 000 240 000 255 000 263 000
24 199 241 000 275 500 292 500 302 000
продолжение табл. 9.7

Диаметрканатамм Массамсмазанногоканатакг Маркировочная группа по временному сопротивлению разрыву, МПа
1400 1600 1700 1800
Канат типа ТК 6?19
27 255,5 309 500 364 000 376 000 387 500
29 286 347 000 396 500 421 500 434 000
32 353 428 000 489 500 520 000 536 000
35 427 518 000 592 000 614 500 648 000
38,5 508 616 000 704 000 748 000 771 000
Канат типа ТК 6? 37
9 27,35 - 36 850 39 150 41 450
11,5 42,7 - 57500 61 050 62 550
13,5 61,35 - 82 400 87 700 89 600
15 83,45 98 400 112 000 119 000 122 000
18 109 128 000 146 500 155 500 159 500
20 138 162 000 185 500 197 000 202 000
22,5 170,5 200 000 229 000 243 500 249 000
24,5 206 242 500 277 000 294 500 301 500
27 245,5 289 000 330 500 361 000 360 000
29 288 339 000 387 500 412 000 422 000
31,5 334 393 600 449 500 478 000 489 500
33,5 383,5 451 500 616 500 548 500 661 500
36,5 436 514 000 687 500 624 000 639 500
38 492 580 000 662 500 704 000 721 500
39,5 551,5 650 000 743 000 789 500 808 500
Задача Требуется определить диаметр каната стропа для подъема груза весом 102 кН с зацепкой крюками при угле отклонения ветвей стропа от вертикали 45° , число ветвей m=4. Для a =45° коэффициент k=1,42.
Решение Усилие, действующее на одну ветвь стропа,
S = 1,42? 102 / 4=36,2 кН.
Разрывное усилие ветви стропа, изготовленного из стального каната, R ? kзS. При kз = 6, R = 6 ? 36,2 = 217,26 кН.
10. БЕЗОПАСНОСТЬ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ
10.1. Чрезвычайные ситуации: определения основных понятий и классификации
Вопрос Что следует понимать под чрезвычайной ситуацией?
Ответ Наиболее строгое определение понятия чрезвычайной ситуации приведено в [10.2]. В соответствии с ГОСТом, чрезвычайная ситуация (ЧС) есть состояние, при котором в результате возникновения источника чрезвычайной ситуации на объекте, определённой территории или акватории, нарушаются нормальные условия жизни и деятельности людей, возникает угроза их жизни и здоровью, наносится ущерб имуществу населения, народному хозяйству и окружающей природной среде.
Понятие чрезвычайной ситуации основано на том, что источником чрезвычайной ситуации является опасное происшествие, в результате которого создаются поражающие факторы прямого или косвенного воздействия на человека.
Вопрос Что такое поражающие факторы воздействия?
Ответ При системном подходе биосфера представляется совокупностью систем. В любой системе, включающей в себя человека, воздействия одних элементов на другие осуществляются посредством вещества, энергии и информации. Вещество, воздействующее на человека, может быть твёрдым, жидким и газообразным; однофазным, двухфазным и многофазным; обладать различным физическим, химическим, биохимическим и физиологическим действием на организм. Энергия, воздействующая на человека, проявляет себя в акустической, гравитационной, механической, тепловой, электрической, электромагнитной и других формах; каждая из них обладает своими биологическими эффектами. Информация оказывает воздействие на человека лишь тогда, когда она воспринята им и преобразована в знание. Воспринятое знание и знание, приобретённое ранее, побуждает человека к определённому типу поведения, например, к бездействию.
Воздействия энергии и вещества можно классифицировать по продолжительности, направлению и результатам действия. В зависимости от продолжительности действия выделяют воздействия острые, осуществляемые в течение малого периода времени; воздействия хронические, осуществляемые в течение достаточно длительного периода времени. По направлению действия различают воздействия прямые, направленные непосредственно на человека; воздействия косвенные, направленные на другие элементы системы, которые преобразуют и переводят воздействие к человеку. Результаты воздействия могут носить благоприятный и неблагоприятный характер, в том числе негативный, проявляющийся в травмах, болезнях, летальных исходах.
Проявления энергии и вещества относительно человека можно выразить через совокупность факторов воздействия. Необходимо принять то, что фактор воздействия представляет собой физическую величину, значение которой можно измерить или получить расчётом.
Результат воздействия любого фактора на человека зависит от его величины и времени действия. Весь диапазон возможных значений фактора воздействия с учётом продолжительности его действия можно разделить на интервалы следующими характеристическими значениями:
1. оптимальное значение при неограниченном времени действия - значение фактора воздействия, соответствующее состоянию комфорта;
2. предельное значение при ограниченном, но достаточно продолжительном времени действия, т.е. при хроническом действии - значение фактора воздействия, соответствующее предельно допустимому уровню действия;
3. пороговое значение при ограниченном, но достаточно малом времени действия, т.е. при остром действии - значение фактора воздействия, соответствующее началу поражающего воздействия;
4. значение необратимого воздействия при ограниченном, но достаточно малом времени действия, т.е. при остром действии - значение фактора воздействия, соответствующее переходу человека в недееспособное состояние;
5. экстремальное значение при ограниченном, но достаточно малом времени действия, т.е. при остром действии - значение фактора воздействия, соответствующее летальному исходу.
Набор указанных значений для каждого фактора образует шкалу воздействий, которая может носить индивидуальный или осреднённый характер.
Фактор, по своим параметрам превышающий значение предельно допустимого уровня воздействия, относится к числу негативных. Фактор, по своим параметрам превышающий пороговое значение, относится к числу поражающих.
Вопрос Что следует понимать под безопасностью при чрезвычайных ситуациях?
Ответ Все факторы воздействия в системе целесообразно разделить на факторы детерминированные и стохастические. Детерминированный фактор жестко обусловлен причинно-следственными связями в этой системе. Стохастический фактор проявляется случайно и относится к вероятностным факторам. Такое разделение основано на детерминированно-стохастическом характере развития природы. Человек, неразрывно связанный с биосферой, существует в условиях отсутствия всеобъемлющего знания о биосфере, поэтому его жизнедеятельность сопряжена с неопределённостью, а следовательно, с риском. Стохастический фактор, по своим параметрам превышающий значение предельно допустимого уровня воздействия, при ненулевой вероятности своего проявления относится к числу опасных факторов и является опасностью. Численное значение риска может быть пренебрежимо малым. С учётом этого стохастический фактор воздействия относится к опасным факторам, если уровень риска, которым он измеряется, превышает приемлемый. Приемлемый риск есть минимальный риск, уровень которого допустим и обоснован, исходя из ожидаемых последствий реализации опасностей для элементов биосферы.
Любая система биосферы относится к числу открытых систем. На состояние её элементов способны оказывать влияние вещество, энергия, информация, порождаемые другими системами. В связи с этим следует различать безопасность внутреннюю и внешнюю. Внутренняя безопасность системы есть интегральное свойство, отражающее её способность существовать и исполнять свою функцию в условиях приемлемого риска. Источником опасности может быть любой элемент системы, в том числе человек, осуществляющий деятельность в этой системе. Внешняя безопасность системы есть состояние защищённости её элементов от воздействия негативных стохастических факторов, способных образоваться в тех системах биосферы, в зонах влияния которых располагается данная система.
Безопасность в чрезвычайной ситуации есть состояние защищённости населения, объектов народного хозяйства и окружающей природной среды от поражающего воздействия совокупности поражающих факторов источника ЧС. Защищённость в чрезвычайной ситуации определяется деятельностью, направленной на предотвращение, а также на преодоление и снижение т.е. на ликвидацию негативных последствий реализации опасностей ЧС.
Вопрос Как классифицируются чрезвычайные ситуации?
Ответ По характеру источника различают техногенные, природные, биолого-социальные (биосоциальные) и военные чрезвычайные ситуации.
Источником техногенной чрезвычайной ситуации является опасное техногенное происшествие. К опасным техногенным происшествиям относятся аварийные взрывы в промышленной зоне индустриально-селитебного комплекса; аварии на инженерных и транспортных коммуникациях; пожары в промышленной зоне индустриально-селитебного комплекса; химические аварии, связанные с поступлением в окружающую среду опасных химических веществ; радиационные аварии и т.п.
Источником природной чрезвычайной ситуации является опасное природное явление, в результате которого на определённой территории или акватории может возникнуть чрезвычайная ситуация. Опасное природное явление есть событие природного происхождения или результат деятельности природных процессов, которые по своей интенсивности, масштабу распространения и продолжительности могут вызвать поражающее воздействие на людей, объекты народного хозяйства и окружающую природную среду. К опасным природным явлениям относятся опасные геологические, гидрологические и метеорологические явления, а также природные пожары.
Источником биосоциальной чрезвычайной ситуации может быть особо опасная или широко распространённая инфекционная болезнь людей, сельскохозяйственных животных и растений.
Источником военной чрезвычайной ситуации является применение современных средств поражения. К современным средствам поражения относятся боевые средства, находящиеся на вооружении войск, применение которых в военных действиях вызывает гибель людей, животных и растений, разрушения и повреждения объектов народного хозяйства, элементов окружающей природной среды.
Правительство РФ своим постановлением [10.10] утвердило положение о классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, в соответствии с которым ЧС классифицируются в зависимости от: количества пострадавших людей; количества людей, у которых нарушены условия жизнедеятельности; размера материального ущерба; размеров зон распространения поражающих факторов источника чрезвычайной ситуации.
В соответствии с этим постановлением, чрезвычайные ситуации подразделяются на локальные, местные, территориальные, региональные, федеральные и трансграничные.
К локальной относится чрезвычайная ситуация, в результате которой пострадало не более 10 человек, либо нарушены условия жизнедеятельности не более 100 человек, либо материальный ущерб составляет не более 1 тыс. минимальных размеров оплаты труда на день возникновения ЧС и зона чрезвычайной ситуации не выходит за пределы территории объекта производственного или социального назначения.
К местной относится чрезвычайная ситуация, в результате которой пострадало свыше 10, но не более 50 человек, либо нарушены условия жизнедеятельности свыше 100, но не более 300 человек, либо материальный ущерб составляет свыше 1 тыс., но не более 5 тыс. минимальных размеров оплаты труда на день возникновения ЧС и зона чрезвычайной ситуации не выходит за пределы населённого пункта, города, района.
К территориальной относится чрезвычайная ситуация, в результате которой пострадало от 50 до 500 человек, либо нарушены условия жизнедеятельности от 300 до 500 человек, либо материальный ущерб составляет от 5 тыс. до 0,5 млн минимальных размеров оплаты труда и зона чрезвычайной ситуации не выходит за пределы субъекта РФ.
К региональной относится чрезвычайная ситуация, в результате которой пострадало от 50 до 500 человек, либо нарушены условия жизнедеятельности от 500 до 1000 человек, либо материальный ущерб составляет от 0,5 млн до 5 млн минимальных размеров оплаты труда и зона чрезвычайной ситуации охватывает территорию двух субъектов РФ.
К федеральной относится чрезвычайная ситуация, в результате которой пострадало свыше 500 человек, либо нарушены условия жизнедеятельности свыше 1000 человек, либо материальный ущерб составляет свыше 5 млн минимальных размеров оплаты труда и зона чрезвычайной ситуации выходит за пределы территории двух субъектов РФ.
К трансграничной относится чрезвычайная ситуация, поражающие факторы которой выходят за пределы РФ или чрезвычайная ситуация, которая произошла за рубежом и затрагивает территорию РФ.
10.2. Техногенные чрезвычайные ситуации
Источник техногенной чрезвычайной ситуации - аварийный взрыв в промышленной зоне
Вопрос Что следует понимать под аварийным взрывом?
Ответ Аварийный взрыв, происходящий в воздушной среде, есть практически мгновенное преобразование энергии, связанное с изменением физико-химического состояния веществ, сопровождающееся образованием воздушной ударной волны с избыточным давлением на фронте волны, выше порогового значения. При давлениях, ниже порогового значения, воздушные волны не являются взрывными, а относятся к звуковым.
Все аварийные взрывы по характеру изменения состояния вещества можно разделить на взрывы физические и химические. Физический взрыв вызывается изменением физического состояния вещества, характеризующегося высокими, относительно окружающей среды, значениями температуры или давления. Химические взрывы связаны с химическими превращениями веществ.
К физическим взрывам относятся взрывы сосудов под давлением и паровые взрывы. Взрыв сосуда под давлением происходит вследствие снижения прочности стенок ёмкости; заполнения ёмкости веществом сверх установленного предела, приводящего к возникновению внутреннего давления, которое превышает предельно допустимые значения; нагрева герметизируемого в сосуде вещества до температур, превышающих предельно допустимые значения; химических превращений веществ, находящихся в ёмкости, которые приводят к росту внутреннего давления до значений, превышающих предельно допустимые.
Паровой взрыв возникает при смешении двух жидких веществ с разными температурами при условии, что температура одного из них значительно превышает температуру кипения другого.
Химические взрывы вызываются быстрыми химическими превращениями веществ. Химические превращения происходят в результате реакций взрывчатого разложения вещества; окислительных реакций; реакций полимеризации, изомеризации и конденсации сложных химических соединений; реакций в сложных смесях.
По характеру развития взрывного процесса в пространстве все химические взрывы подразделяются на сосредоточенные (точечные) или объёмные. Сосредоточенный взрыв есть взрыв твёрдого или жидкого вещества, занимающего малый, относительно зоны воздействия, объём. Объёмный взрыв есть дефлаграционный или детонационный взрыв газовоздушного, паровоздушного или пылевоздушного облака, занимающего значительный, относительно зоны воздействия, объём. Под облаком понимают рассеяние в атмосфере какого-либо вещества в твёрдом жидком или газообразном состоянии.
Химические взрывы классифицируют также по плотности взрывчатого вещества. Различают взрывы конденсированного и неконденсированного вещества. Взрывы конденсированных веществ вызываются твёрдыми и жидкими веществами, такими как тринитротолуол C6H2CH3(NO2)3 и нитроглицерин C3H5 (ОNO3)3. Взрывы неконденсированных веществ наблюдаются в смесях воздуха с горючими газами, парами или пылью.
Вопрос Какие поражающие факторы могут возникнуть в результате аварийных взрывов и каково их поражающее воздействие?
Ответ В процессе аварийного взрыва энергия взрывной системы переходит в энергию взрывного процесса, а именно в энергию ударной волны; энергию разлетающихся осколков, образующихся при разрушении оболочки, которая ограничивает взрывающееся вещество; энергию переносимых предметов и тел, вовлечённых во взрывной процесс динамическим напором воздушного потока; энергию теплового излучения раскаленных продуктов взрыва; остаточную энергию взрывной системы.
В зависимости от того, как распределится энергия во взрывном процессе, поражающими факторами взрыва могут стать параметры: воздушной ударной волны; движущихся осколков, обломков, предметов и тел; раскалённых продуктов взрыва и теплового излучения центральной зоны взрыва.
Действие взрыва на людей можно подразделить на прямое и побочное. Прямое действие связано с существенным увеличением давления воздуха окружающей среды в результате прихода фронта ударной волны. Человек как приёмник этой волны наиболее восприимчив к скорости повышения давления, к величине избыточного давления на фронте волны и к длительности воздействия. Части организма, отличающиеся существенной разницей в плотностях соседних тканей, наиболее поражаемы.
Лёгкие человека содержат множество альвеол, поэтому обладают меньшей плотностью, чем окружающие ткани, и, следовательно, очень чувствительны к действию взрывной волны. Повреждения лёгких являются прямой или косвенной причиной многих патофизиологических эффектов, среди которых лёгочные кровотечения и отёк, разрыв лёгких, закупорка кровеносных сосудов воздухом, потеря дыхательного запаса, образование мелких рубцов на лёгких.
Слуховой анализатор человека также проявляет очень высокую чувствительность к изменению давления. Ухо может откликаться на очень низкие величины потока акустической энергии, которые вызывают отклонение барабанной перепонки на расстояние, меньшее диаметра молекулы водорода. Однако ухо не способно верно реагировать на импульсы, период которых меньше 0,3 мс. При большой величине потока акустической энергии такие импульсы вызывают отклонение барабанной перепонки большой амплитуды. Именно такая реакция может стать причиной разрыва барабанной перепонки, повреждений среднего уха и т.п. Границей временной потери слуха [10.1] при нормально падающей волне для импульса фазы сжатия iS > 4 Па? с является уровень звукового давления в 160 дБ, 50 %-я вероятность разрыва барабанной перепонки наблюдается для iS > 80 Па? с при 195 дБ. К другим последствиям прямого действия взрыва относятся повреждения гортани, трахеи, брюшной полости, нервных окончаний спинного мозга и т.д.
Побочное действие взрыва связано с образованием осколков и обломков, переносом предметов и тел, с нагревом продуктов взрыва и тепловым излучением. Осколки образуются при разрыве твёрдой оболочки взрывной системы. Их характеристиками, определяющими степень поражения, являются: масса, форма, плотность, площадь миделева сечения, скорость и угол падения при ударе. К патофизиологическим последствиям действия осколков относятся рваные раны кожи, проникающие ранения внутренних органов, грубые травмы, переломы черепа и проломы костей.
К побочным эффектам взрыва относится перенос тела и последующий тормозящий удар. В этом случае под действием давления фронта волны и динамического напора воздушного потока, создаваемого этой волной, тело может быть оторвано от твердой опоры и перенесено на некоторое расстояние. Повреждения могут возникнуть либо на стадии ускорения, либо во время тормозящего удара о твёрдую преграду. При подобных ударах наиболее уязвимой оказывается голова человека, кроме того, возможны травмы жизненно важных органов и переломы костей. К побочному действию взрывной волны относятся также поражения горячими продуктами взрыва и тепловым излучением. При взрывах пыли, паров или газов это может стать основной причиной гибели людей.
Вопрос Какими параметрами характеризуется воздушная ударная волна?
Ответ После инициирования взрыва расширяющиеся продукты взрывной системы образуют зону сжатого воздуха, которая в виде ударной волны перемещается в атмосфере. Ударная волна представляет собой область сжатия - разрежения воздуха со скачкообразным изменением давления на фронте волны. К параметрам, описывающим её характеристики, относятся: избыточное давление на фронте ударной волны; максимальное давление разрежения; продолжительность фазы сжатия; продолжительность фазы разрежения. Интегральная характеристика ударной волны, объединяющая в себе изменяющееся во времени давление и продолжительность фазы сжатия, называется импульсом фазы сжатия. Перемещающаяся зона сжатия ударной волны вовлекает в движение частицы воздуха. Они движутся с определённой скоростью и создают динамическое давление на любую преграду.
Давление на фронте волны по мере удаления от центра взрывной системы снижается. Фронт волны последовательно проходит центральную зону, т.е. зону разлёта продуктов взрыва; ближнюю зону взрыва; дальнюю зону взрыва; зону вырождения ударной волны в звуковую.
Основными параметрами, характеризующими поражающую способность воздушной ударной волны, являются избыточное давление на фронте ударной волны и импульс фазы сжатия.
Взрыв резервуара высокого давления с химически инертным газом
При взрыве резервуаров высокого давления с химически инертными газами могут образовываться ударные волны, способные привести к серьёзным разрушениям и травмам. Энергию взрыва сосуда под давлением можно оценить по величине работы адиабатического расширения сжатого газа:

где Р1 - абсолютное давление газа в резервуаре до взрыва, Па; Р0 - атмосферное давление, Па; kr - показатель адиабаты газа, находящегося в резервуаре; Vr - объём резервуара, м3.
Предполагаем, что математическое описание газодинамики взрывного процесса исходит из теории точечного взрыва [10.4]. Математическая модель ударной волны будет основываться на приближенных аналитических выражениях с использованием безразмерных величин. Безразмерное расстояние от центра взрыва до фронта ударной волны можно получить из выражения:

динамический параметр

где Rпр - расстояние от центра взрыва до приёмника ударной волны, м; kу.в. - коэффициент перехода энергии взрывного процесса в энергию ударной волны (в первом приближении kу.в. = 0,5).
Давление на фронте ударной волны можно определить по следующим уравнениям

где k - показатель адиабаты для газообразной среды, в которой образуется ударная волна; a - энергетический параметр.
Для вычисления энергетического параметра взрыва можно использовать формулы вида

Значения коэффициентов а1, а2, а3 приведены в табл. 10.1.
Таблица 10.1
Коэффициенты для вычисления энергетического параметра

№ п/п Параметр симметрии, n Показатель адиабаты, k а1 а2 а3
1 1 1,1-3 0,36011 -1,2700 -0,17912
2 1 1,2-2 0,36594 -1,2537 -0,18471
3 2 1,1-3 0,34649 -1,19796 -0,14134
4 2 1,2-2 0,35246 -1,1768 -0,13945
5 3 1,1-3 0,30774 -1,1598 0,11917
6 3 1,2-2 0,31246 -1,1409 -0,11735
Скорость частиц газа за фронтом ударной волны вычисляется по формулам:

Скорость звука при атмосферном давлении

Скорость движения фронта ударной волны

Плотность воздуха при давлении сжатия

Значение импульса фазы сжатия ударной волны определяется из приближенного выражения:
,
Динамическое давление воздушного потока, следующего за фронтом ударной волны, составляет

Уровень звукового давления, соответствующего давлению на фронте ударной волны

Для сферической симметрии (n =3) и воздушной среды (k=1,4):
энергетический параметр

давление на фронте при 0 < RS < 2

давление на фронте при RS ? 2

скорость воздушного потока при 0 < RS < 2

скорость воздушного потока при RS ? 2

импульс фазы сжатия

Задача В сферическом резервуаре радиусом 1 м давление азота в момент взрыва составило 3,2 МПа. Определить минимальное расстояние, начиная с которого не происходит временной потери слуха.
Решение Объём сосуда с азотом составляет:

Энергия взрыва

Динамический параметр

Задаёмся значением расстояния от центра взрыва до приёмника ударной волны Rпр = 40 м. Безразмерное расстояние от центра взрыва до фронта ударной волны

Скорость звука при атмосферном давлении

Импульс фазы сжатия

Границей временной потери слуха для iS > 4 Па? с является уровень звукового давления L = 160 дБ. Из соотношения

получаем pS = 2000 Па.
При Rпр = 40 м, когда RS ? 2

Полученное значение pS меньше 2000 Па, потому задаёмся новым значением Rпр и повторяем расчёт. В итоге получим Rпр=37,1 м.
Источник техногенной чрезвычайной ситуации - пожар в промышленной зоне
Вопрос Какие поражающие факторы могут образоваться при пожарном горении?
Ответ В Федеральном законе "О пожарной безопасности" [10.8] даётся следующее определение понятию пожар: "Пожар есть неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства". Подобное определение позволяет считать пожар опасным происшествием, которое может стать источником чрезвычайной ситуации, сопровождающейся возникновением и реализацией поражающих факторов воздействия на человека, объекты народного хозяйства и окружающую природную среду. Горением называется физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества с окислителем, приводящий к высвобождению энергии и образованию продуктов горения.
К поражающим факторам пожара, способным воздействовать на человека, относятся: концентрация токсичных веществ в продуктах сгорания; оптические свойства дыма, проявляющиеся в повышенном светопоглощении; недостаточное количество кислорода во вдыхаемом воздухе, разбавленном продуктами горения; высокая температура и интенсивный лучистый тепловой поток зоны горения; параметры ударной волны при горении, протекающем по взрывному механизму.
Вопрос Какое поражающее воздействие оказывают поражающие факторы пожара на человека?
Ответ В соответствии со статистическими данными 60-70 % смертей при пожарах происходит в результате отравления и удушья. К токсичным веществам, образующимся при пожарном горении относятся: угарный газ (СО), цианиды (HCN), хлорсодержащие вещества (СОСl2), альдегиды (С3Н6О) и другие продукты неполного горения и пиролиза.
Микрочастицы сажи, золы, капельки смол и кислот, входящие в состав дыма, рассеивают и поглощают свет. При концентрации дисперсной фазы дыма более 0,1 г/м3 видимость в задымлённой среде составляет менее 10 метров. Ограничение видимости способно привести человека в паническое состояние, при котором вероятны действия, неадекватные складывающейся обстановке.
В помещениях при пожаре могут образовываться зоны, в которых концентрация токсичных веществ незначительна, в то же время концентрация кислорода существенно понижена. Известно, что содержание кислорода во вдыхаемом воздухе менее 15 % вызывает асфиксию и может привести человека к гибели.
Непосредственное воздействие пламени на человека способно привести к его быстрой гибели в результате болевого шока, т.е. вследствие нарушений функционирования жизненно важных органов.
Высокая температура зоны горения приводит к генерации интенсивного теплового излучения. Поражающее действие теплового излучения на человека приводит к ожогу открытых участков кожи и сетчатки глаза. Ожоги кожных покровов по тяжести разделяют на 4 степени (табл. 10.2).
Таблица 10.2
Степени тяжести ожогов кожных покровов

Степень ожога Результат воздействия теплового излучения на кожный покров
I Покраснение и отёк кожи
II Образование пузырей, наполненных плазмой крови
IIIA Неполное омертвение (некроз) кожного покрова
IIIБ Полный некроз, поражение всех слоёв кожи
IV Обугливание кожного покрова и некроз подлежащих тканей
Ожоги I, II, IIIA степени являются поверхностными, заживление которых может происходить без хирургического вмешательства. Ожоги IIIБ и IV степени являются глубокими, они требуют для заживления пересадок кожи, взятой с других участков тела. Ожоги до 15 % от всей поверхности тела называют ограниченными. Если обожжено более 15 % поверхности тела, то изменения, возникающие при этом в организме, называют ожоговой болезнью.
При ожогах II степени, охвативших более половины поверхности тела человека, вероятность летального исхода превышает 50 %. Количественным критерием ожога II степени может служить повышение температуры тела на глубине 0,1 мм от поверхности кожи до значения, равного 44,8 ° С [10.1].
Ожог сетчатки глаза происходит при изображении на ней высокотемпературной зоны горения. Параметрами, определяющими степень воздействия теплового излучения на сетчатку, являются энергия падающего потока (тепловой импульс), время облучения сетчатки и размер изображения зоны горения на сетчатке. Количественная взаимосвязь указанных параметров установлена экспериментально [10.1].
Аварийное горение углеводородного газа с образованием огневого шара
При разрушении резервуара с углеводородными газами СmHn выброс горючего вещества в атмосферу приводит к образованию облака. Облако смеси газов с воздухом, переобогащённой горючими веществами, неспособно гореть в детонационном режиме. Оно начинает гореть с внешней оболочки, горит по дефлаграционному механизму и образует огневой шар. Высокотемпературные продукты горения светятся и излучают тепловую энергию, что может стать причиной ожогов кожных покровов людей, находящихся на опасных расстояниях. Огневой шар зарождается в момент контакта облака с источником зажигания. Поднимаясь, шар, образует грибовидное облако, ножка которого - восходящие конвективные потоки воздуха. Вовлекаемый воздух разбавляет и охлаждает газы, радиационные потери также вносят свой вклад в процесс быстрого охлаждения. Горение газов и вовлечённого воздуха продолжается до тех пор, пока температура горения не становится меньше температуры воспламенения.
Стехиометрическое уравнение горения углеводородов имеет вид:

где m - количество атомов углерода, n - количество атомов водорода.
Диаметр огневого шара можно определить по следующей формуле [10.6]:

где М - масса углеводородов, образовавших облако, т.
Время существования огневого шара

Верхний концентрационный предел распространения пламени

Коэффициент расхода окислителя для огневого шара, при котором происходит дефлаграционное горение, определяется значением верхнего концентрационного предела:
.
Состав продуктов горения в огневом шаре определяется соотношением горючих веществ и окислителя, а также температурой горения. При расчёте состава продуктов горения ограничимся определением удельных количеств основных компонентов, содержание которых в продуктах сгорания превышает 0,1 %. При a < 1 к ним относятся СО2, СО, Н2О, Н2, N2. Предварительно составляется система уравнений, которая включает в себя:
a. уравнения материального баланса по углероду, водороду, кислороду, азоту;
b. уравнение константы равновесия реакции водяного газа

которое имеет вид

где tГ - температура горения, ° С.
Удельное количество углекислого газа определится из выражения

<< Пред. стр. 10 (из 12) След. >>

Список литературы по разделу