Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ состояния вопроса и обоснование задач исследования 11
1.1 Характеристика источников электромагнитных полей на рабочих местах персонала предприятий горной промышленности 11
1.2 Биологическое действие электромагнитных полей 14
1.3 Гигиеническое нормирование электромагнитных полей 20
1.4 Способы и средства обеспечения электромагнитной безопасности на рабочих местах 28
Выводы по главе 1 36
ГЛАВА 2 Исследование условий воздействия электромагнитных полей на рабочих местах 37
2.1 Материалы и методы исследования электромагнитных полей, измерительная аппаратура 37
2.2 Система уравнений электромагнитного поля. Основы расчетов параметров электромагнитных полей 40
2.3 Порядок проведения специальной оценки условий труда по электромагнитному фактору 45
Выводы по главе 2 48
ГЛАВА 3 Результаты исследований электромагнитных полей на рабочих местах 49
3.1 Оценка электромагнитных полей на рабочем месте главного диспетчера разреза 50
3.2 Оценка электромагнитных полей на рабочем месте оператора дробильно-сортировочного комплекса 59
3.3 Оценка электромагнитных полей на рабочем месте главного диспетчера обогатительной фабрики 63
3.4 Оценка электромагнитных полей на рабочем месте оператора клетьевой подъёмной установки 68
3.5 Оценка электромагнитных полей на рабочем месте оператора проходческого щита 77
Выводы по главе 3 84
ГЛАВА 4 Исследование конструкции экрана для обеспечения электромагнитной безопасности на рабочих местах 86
4.1 Оценка эффективности экранирования ЭМП на рабочем месте главного диспетчера разреза 89
4.2 Оценка эффективности экранирования ЭМП на рабочем месте оператора дробильно-сортировочного комплекса 91
4.3 Оценка эффективности экранирования ЭМП на рабочем месте главного диспетчера обогатительной фабрики 92
4.4 Оценка эффективности экранирования ЭМП на рабочем месте оператора клетьевой подъёмной установки 96
4.5 Оценка эффективности экранирования ЭМП на рабочем месте оператора проходческого щита 101
Выводы по главе 4 105
Заключение 106
Список литературы
- Биологическое действие электромагнитных полей
- Система уравнений электромагнитного поля. Основы расчетов параметров электромагнитных полей
- Оценка электромагнитных полей на рабочем месте главного диспетчера обогатительной фабрики
- Оценка эффективности экранирования ЭМП на рабочем месте оператора дробильно-сортировочного комплекса
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время интенсификация
производства в горной промышленности привела к увеличению
мощности оборудования и используемой техники, что создаёт более
высокую электромагнитную нагрузку на персонал в рабочей зоне,
внося свой вклад в повышение вредности производственной
деятельности, наряду с такими факторами, как недостаточная
освещённость, шум и вибрация. Воздействие электромагнитных полей
(ЭМП) – источника физических процессов, определяющих условия
труда персонала, является неизбежным при эксплуатации
электротехнического оборудования.
Впервые эмпирические законы электрических и магнитных
явлений обобщил Дж.К.Максвелл, ставший основоположником
теории ЭМП. Большой вклад в изучении влияния электромагнитных
полей на человека внесли отечественные исследователи
С.М.Аполлонский, Т.В.Каляда, Ю.Д.Думанский, М.Л.Рудаков, М.Г.Шандала, Ю.Г.Григорьев, С.В.Плетнёв, а также зарубежные ученые Дж.Х.Бернхардт, Дж.М.Р.Дельгадо, Дж.Лиал. В их научных трудах приведены данные о физической природе, биологическом действии, санитарно-гигиеническом нормировании ЭМП. В горной отрасли проблемой воздействия электромагнитных излучений занимался К.З.Ушаков.
Однако, в выполненных до настоящего времени
исследованиях, недостаточно изученными являются вопросы,
связанные с безопасностью труда при воздействии
электромагнитных полей низких частот на диспетчеров и
операторов производственных процессов в горной
промышленности.
На операторов производственных процессов в горной промышленности воздействуют электромагнитные поля (ЭМП) промышленной частоты 50 Гц, персональных компьютеров (ПЭВМ), средств радиосвязи, а также постоянные магнитные поля, что создаёт высокую электромагнитную нагрузку на отдельных рабочих местах (класс условий труда по электромагнитному фактору 3.1-3.2).
Сочетание электромагнитной нагрузки с другими вредными факторами производственной среды способствует повышению общего класса вредности условий труда на рабочих местах, а также снижению работоспособности и повышению утомляемости работников.
В связи с этим, разработка методов и средств обеспечения электромагнитной безопасности производственной среды по электромагнитному фактору представляет актуальную научно-практическую задачу.
Цель работы. Обеспечение безопасных условий труда операторов и диспетчеров пультов управления производственными процессами на основе снижения воздействия электромагнитного поля до нормативных значений.
Идея работы. Снижение воздействия электромагнитных полей достигается за счет предварительного определения мест с максимальной напряженностью ЭМП и последующей установкой сетчатых экранов из стали с ячейкой 10 мм для ее направленного уменьшения.
Основные задачи исследований:
-
Проанализировать отечественный и зарубежный опыт нормирования ЭМП и защиты рабочих мест от их вредного воздействия.
-
Изучить особенности распределения низкочастотных ЭМП от нескольких источников на рабочих местах операторов и диспетчеров пультов управления производственными процессами.
-
Провести гигиеническую оценку условий труда по электромагнитному фактору на рабочих местах операторов пультов управления: дробильно-сортировочным комплексом, проходческим щитом; диспетчеров технологических процессов.
-
Разработать рекомендации по обеспечению электромагнитной безопасности на рабочих местах.
Методы исследований. При решении поставленных задач был использован комплексный подход, включающий теоретические, экспериментальные и статистические методы исследования. Расчёты
и математическое моделирование проводились в программных средах MathCad, Statistica и Excel.
Научная новизна:
установлена зависимость распределения низкочастотных электромагнитных полей на рабочих местах операторов пультов управления: дробильно-сортировочным комплексом, проходческим щитом, а также главных диспетчеров: обогатительной фабрики и разреза от параметров оборудования и его взаимного расположения.
определено соотношение между геометрическими размерами ячейки экрана 10х10 мм из стали и плотностью магнитного потока, обеспечивающее снижение уровней воздействия напряжённостей электрического и магнитного полей до нормативного значения.
Основные защищаемые положения:
1. При проведении специальной оценки условий труда
диспетчеров и операторов производственных процессов на объектах
горной промышленности следует принимать во внимание результаты
измерения напряженности ЭМП в пределах рабочих зон на низких
частотах 10-400 Гц.
-
Определению класса условий труда на рабочих местах для диспетчеров и операторов производственных процессов по фактору ЭМП должно предшествовать установление мест с максимальной напряженностью магнитного поля, определяемых комбинированным воздействием рассматриваемых источников.
-
При несоответствии санитарно-гигиеническим нормам условий труда по электромагнитному фактору, эффективная защита операторов производственных процессов обеспечивается при использовании сетчатых экранов из стали с размером ячейки 10х10 мм.
Практическая значимость работы:
1. Разработаны параметры защитных экранов от
низкочастотных ЭМП для конкретных рабочих мест, позволяющие снизить уровень электромагнитной нагрузки на операторов пультов управления: дробильно-сортировочным комплексом, проходческим щитом; диспетчеров технологических процессов.
-
Разработаны рекомендации по улучшению санитарно-гигиенических условий труда по электромагнитному фактору для операторов производственных процессов предприятий АО «СУЭК-Кузбасс» и ООО «СТИС».
-
Полученные результаты вошли в основную образовательную программу дисциплины «Безопасность жизнедеятельности».
Достоверность и обоснованность научных положений
подтверждается значительным объемом аналитических и
лабораторных исследований, применением современных
поверенных средств измерений, использованием стандартных и
отраслевых методик, современных методов анализа и обработки
экспериментальных данных, положительными результатами
практической апробации полученных результатов в условиях производства.
Апробация работы. Основные положения и результаты
диссертационной работы докладывались и обсуждались на
международных научно-практических конференциях и форумах:
международном форуме-конкурсе студентов и молодых ученых
«Проблемы недропользования» (Национальный минерально-
сырьевой университет «Горный», г.Санкт-Петербург, 2012-2013 гг.),
XLXII международной научно-практической конференции (AGH, г.
Краков, Польша, 2012 г.); II международной научно-практической
конференции «Промышленная безопасность предприятий
минерально-сырьевого комплекса в XXI веке», международной научно-практической конференции «Горное дело в XXI веке: технологии, наука, образование» (Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург, 2014-2016 гг.); и др.
Реализация результатов работы. Полученные результаты
рекомендованы для обеспечения электромагнитной безопасности на
рабочих местах операторов производственных процессов
АО «СУЭК-Кузбасс» и ООО «СТИС».
Научные и практические результаты диссертационной
работы используются при чтении лекций и проведении
лабораторных и практических занятий по дисциплинам:
«Безопасность ведения горных работ и горноспасательное дело», «Безопасность жизнедеятельности», «Промышленная санитария и гигиена» и др.
Личный вклад автора заключается в постановке цели и
задач исследования, обобщении и анализе данных по
электромагнитной нагрузке в условиях современного горного производства, проведении 7500 замеров уровней электромагнитных полей на рабочих местах в производственных условиях, выявлении превышения ПДУ, обосновании направлений и методов решения поставленных задач, разработке экранирующего устройства и рекомендаций по его использованию, проведении лабораторных и производственных экспериментов, обработке и интерпретации полученных результатов, формулировании основных научных положений и выводов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научных работы, из них 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и библиографического списка. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 31 таблицу и 41 рисунок. Библиография включает 140 наименований.
Автор выражает благодарность профессору З.Н. Черкай за научное руководство работой, заведующему кафедрой безопасности производств Г.И. Коршунову за ценные научные консультации, а также всему коллективу кафедры безопасности производств Горного университета за практические советы при выполнении и обсуждении работы.
Биологическое действие электромагнитных полей
Трансформация электромагнитной среды обитания человека является существенным фактором риска здоровью человека и относится к одной из актуальных проблем современности. Это обусловлено все возрастающим внедрением источников электромагнитных полей в повседневную жизнедеятельность человека и высокой биологической активностью техногенных электромагнитных излучений. Первые отечественные клинические данные о влиянии ЭМП на здоровье были получены в 40-50-х годах прошлого столетия и касались воздействия электромагнитных полей радиочастотного диапазона, создаваемых физиотерапевтической аппаратурой, средствами радиосвязи и навигации, промышленными установками диэлектрического и индукционного нагрева. В последующие десятилетия представления о биологическом действии ЭМП существенно расширились.
Установлено, что организм человека воспринимает и реагирует на воздействие электромагнитных излучений от разнообразных источников ЭМП [3, 14, 30, 92]. Степень выраженности реакций организма может варьировать как по мере увеличения, так и снижения силы воздействия электромагнитных излучений, характера модуляции сигнала, частоты излучения и продолжительности облучения. Установлено, что реакция организма также зависит и от исходного состояния организма, от сочетания воздействия электромагнитных полей с другими факторами среды обитания. В настоящее время проблемы электромагнитной безопасности приобрели особую актуальность [7, 17, 38, 91]. Это связано с получением новых данных об отдаленных последствиях электромагнитного облучения, активным внедрением новой техники, работающей в самых различных частотных диапазонах и режимах излучения, с использованием все более высоких мощностей и различных видов модуляции. Внедрение новой техники влечет за собой увеличение численного состава контингентов, подвергающихся воздействию ЭМП, возрастанию потенциально опасных для здоровья уровней электромагнитных полей [4, 16, 27, 50, 76, 87]. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) включила проблему электромагнитного загрязнения окружающей среды в перечень приоритетных проблем современности. В настоящее время воздействию электромагнитных полей подвергаются не только лица, непосредственно обслуживающие источники ЭМИ (профессиональное облучение); значительные контингенты персонала, по роду своей профессиональной деятельности, не связанные с источниками ЭМП, но вынужденные в процессе труда находиться в зоне излучения (непрофессиональное облучение) и население [58, 88]. Среди зарегистрированных последствий электромагнитных воздействий на человека есть указания на повреждение основных функциональных систем организма: центральной нервной системы (включая психические расстройства), сердечно-сосудистой системы, пищеварительного тракта, эндокринной и иммунной систем [26, 34, 37, 52, 60]. Уже, в первые годы контакта с ЭМИ работающие начинают предъявлять жалобы на головную боль, боли в сердце, повышенную утомляемость, ухудшение памяти, снижение работоспособности. С увеличением профессионально стажа частота жалоб возрастает. Центральная нервная система (ЦНС) наиболее чувствительна к воздействию электромагнитных полей. В структуре патологии ведущие места занимают функциональные нарушения ЦНС (астено-вегетативный синдром, вегетативная дисфункция, неврастенический синдром) и церебральный атеросклероз. Проведенные обследования персонала, обслуживающего источники импульсных электромагнитных полей, показало, что выявленные изменения в состоянии здоровья укладываются в симптомокомплекс психовегетативной дезинтеграции, характерный для состояния дезапдаптации к воздействию стрессорных ситуаций. Авторы указывают, что самый существенный рост психической дезадаптации с формированием пограничных нервно-психических расстройств регистрируется у персонала после 15 лет работы с СВЧ и достигает 50% [18, 47]. У лиц, длительное время работающих в условиях воздействия ЭМП РЧ, имеет место нарастающее со стажем падение уровня функциональных резервов мозга, приводящее к общей астенизации организма и нарушению адаптационного процесса [53].
В зарубежной литературе представлены данные, свидетельствующие об определенной степени риска развития депрессивных состояний среди рабочих электроиндустрии [127, 137, 140]. Клинические данные о влиянии ЭМП различных частотных диапазонов на центральную нервную систему подтверждаются результатами многочисленных экспериментальных исследований на животных при воздействии ЭМП высокой и низкой интенсивности [26, 33]. Авторы констатируют нарушения памяти и отклонения в поведении животных [131, 138].
Второе место в структуре заболеваний у работающих с ЭМП занимает патология сердечнососудистой системы: нейроциркуляторные дистонии, гипертоническая болезнь, ишемическая болезнь сердца. У работающих в контакте с ЭМП регистрируются повышенные уровни холестерина и полипротеидов в крови [128]. Имеются медицинские доказательства влияния электромагнитного фактора на репродуктивную систему женского и мужского организма. У мужчин при облучении ЭМП репродуктивные нарушения проявляются в виде снижения уровня тестостерона в крови, нарушения половой потенции и сексуальной функции [96]. У женщин, подвергающихся воздействию ЭМП различных участков электромагнитного спектра, наблюдаются расстройства менструального цикла, нарушения детородной функции (токсикозы беременности, самопроизвольные выкидыши, патология родов), доброкачественные опухоли [61]. В настоящее время имеются основания рассматривать электромагнитные поля как фактор риска врождённых пороков у детей [99]. Биологические эффекты высокочастотных электромагнитных излучений обусловлены главным образом тепловой энергией, выделяющейся в подвергшихся облучению тканях. Физиологические механизмы теплоотдачи не компенсируют теплопродукцию организма, происходящую под действием ЭМП высокой частоты [139].
В диапазоне частот от 1 до 300 МГц механизмы взаимодействия ЭМП с организмом определяются как током проводимости, так и током смещения, причем на частоте порядка 1 МГц ведущая роль принадлежит току проводимости, а на частотах более 20 МГц – току смещения. Обе разновидности тока вызывают нагревание тканей. Тепловой эффект усиливается по мере возрастания частоты внешнего поля. Высокочастотный ток проводимости (при частоте более 105 Гц), в отличие от низкочастотного, не возбуждает нервы и мышцы. Ток смещения также не вызывает возбуждения [95, 134].
Длина волны на частотах от 1 до 3000 МГц превосходит размеры тела человека. Такие поля могут оказывать как локальное, так и общее воздействие на него. Характер воздействия определяется тем, все ли тело или часть его находится в поле. На более высоких частотах (частота более 3000 МГц) длина волны меньше размеров тела человека, что обусловливает только локальное действие ЭМП. Кроме того, с повышением частоты уменьшается глубина проникновения электромагнитных колебаний в организм. Глубина проникновения зависит не только от частоты внешнего ЭМП, но и от электрических свойств тканей, в которые оно проникает. Для жировой и костной тканей эта величина на порядок больше, чем для мышечной [132].
Особый интерес представляют работы, касающиеся изучения влияния на ЦНС низкоинтенсивных СВЧ-полей, модулированных в частотном диапазоне собственных биологических ритмов биообъекта. Установлено, что пороговые интенсивности для микроволновых излучений, модулированных в этом диапазоне, значительно ниже тех, которые являются характерными для импульсных и непрерывных излучений.
Значительную роль играют резонансные процессы, связанные с биологическими ритмами человека. Резонансное усиление или ослабление этих ритмов, появление гармоник и субгармоник и результаты перекрестной модуляции в нелинейных элементах клеток могут порождать разнообразные психофизиологические эффекты с отрицательными последствиями [24].
Низкоэнергетическое СВЧ-поле, модулированное в ритме собственных частот мозга, обладает выраженным кардиотропным действием. Воздействуя на мозг ЭМП, модулированными частотой собственных биоритмов мозга, можно достичь усиления биологического действия ЭМП за счет резонансных явлений [39].
Отмечается явная зависимость биологических эффектов от интенсивности поля, поляризации и направления волн, соотношения размеров органов и тела человека с длиной волны электромагнитного излучения. Сложность состоит в том, что необходимо учитывать все разнообразие факторов, определяющих количество поглощенной электромагнитной энергии, диэлектрические свойства тканей, геометрию, массу, ориентацию биообъекта, поляризацию ЭМП, конфигурацию и характеристики источника, экспозицию, интенсивность и частоту излучения, все особенности генерации и распространения ЭМИ СВЧ.
Система уравнений электромагнитного поля. Основы расчетов параметров электромагнитных полей
Следующим шагом является переход к квазистационарным ЭМП, т.е. ЭМП изменяющимся достаточно медленно. По своему строению квазистационарные поля еще близки к статическим, но в уравнениях Максвелла уже не равна нулю производная по времени [8].
Допущением, играющим важную роль при анализе ЭМП в гигиенической практике является так называемое квазистатическое приближение, которое позволяет рассматривать с допустимой погрешностью переменное во времени ЭМП как квазиэлектростатическое и квазимагнитостатическое. Квазистатическое приближение применимо при условиях ближней зоны излучения. При этом распределение напряженностей ЭМП в расчетной области можно описывать с помощью уравнений для квазистатических полей.
Границы зоны индукции (ближней зоны) определяются формулой R = / 2 [123]. На рабочих местах, расположенных в «ближней зоне», при длине волны излучения Х= 6х106 м, анализ электромагнитного поля необходимо проводить раздельно по электрической и магнитной составляющим.
Электромагнитное поле часто описывают электродинамическими потенциалами, которые в свободном пространстве имеют вид [32]: = / НУ ; о»)
Mo Одним из важнейших принципов электромагнетизма является принцип суперпозиции, согласно которому поле, образованное несколькими источниками, представляет собой сумму полей каждого из источников, существующих в тех же условиях отдельно [82]. Расчет параметров ЭМП может вестись аналитическими и численными методами. Аналитические методы позволяют получить решение непосредственно в виде расчетных формул, однако они применимы только в тех случаях, когда расчетная область может быть описана в одной из ортогональных систем координат (декартовой, цилиндрической, сферической и некоторых других). Численные методы свободны от этого ограничения. Они предполагают дискретизацию (разбиение) расчетной области любой формы и решение на ЭВМ систем алгебраических уравнений высокого порядка. При численных расчетах ЭМП тесно переплетаются вопросы построения вычислительных схем, разработки экономичных алгоритмов расчета и оптимального использования ресурсов ЭВМ. Эффективность численных методов оценивается по конечным параметрам: точности и производительности программ. За несколько последних десятилетий было разработано и реализовано множество численных и комбинированных методов расчета, предполагающих использование современных быстродействующих ЭВМ, появились специально ориентированные программные продукты (например, пакет MatLab, созданный для составления и решения систем линейных уравнений в матричном виде) [72]. Однако, аналитические методы отнюдь не утеряли свою роль и сегодня. Во-первых, для многих случаев оценки ЭМП их точности вполне достаточно, а время расчета достаточно мало. Во-вторых, они позволяют в ряде случаев оценить точность численных методов расчета. В-третьих, они часто используются как составляющая комбинированных методов расчета.
Общераспространенными целями гигиенических расчетов ЭМП являются: - непосредственное определение напряженности электрического E и магнитного H полей в интересующей точке; - определение необходимого “безопасного” расстояния, начиная с, которого параметры ЭМП не превосходят ПДУ. - определение необходимого коэффициента ослабления поля при неизменном геометрическом расположении источника и человека; В виду того, что теоретические расчеты с учетом условия «ближней зоны» и сложной конфигурации оборудования требуют значительных временных затрат и вычислительных ресурсов, для практического использования определение напряжённостей электрического и магнитного полей на рабочих местах целесообразно воспользоваться результатами натурных экспериментов, приведённых в главе 3. В условиях ограниченных площадей рабочих зон операторов и диспетчеров на объектах горной промышленности «защита расстоянием» оказывается неприменимой, и определение «безопасных расстояний» теряет смысл.
В этой связи для реальных производственных условий использование электромагнитных экранов выступает как практически единственное техническое мероприятие, позволяющее обеспечить снижение напряженностей электрического и магнитного полей на рабочих местах до допустимых значений.
Согласно Приказу Минтруда России №33н от 24 января 2014 года «Об утверждении Методики проведения специальной оценки условий труда, Классификатора вредных и (или) опасных производственных факторов, формы отчета о проведении специальной оценки условий труда и инструкции по ее заполнению» при действии неионизирующих электромагнитных полей и излучений условия труда признаются опасными для электрического и магнитного полей частотой 50 Гц и электромагнитного поля в диапазоне частот 30 МГц – 300 ГГц при превышении их максимальных ПДУ (Таблица 2). Таблица 2 – Отнесение условий труда по классу (подклассу) условий труда при воздействии неионизирующих излучений [85]
Оценка электромагнитных полей на рабочем месте главного диспетчера обогатительной фабрики
В диапазоне частот 2-400 кГц значения плотности магнитного потока изменялись на разных высотах и расстояниях от источника в диапазоне от 3,1 до 7,6 нТл, не превышая ПДУ (Таблица 14).
Таким образом, на рабочем месте главного диспетчера обогатительной фабрики им. С.М.Кирова было установлено превышение в диапазоне частот 5 Гц – 2 кГц по значению напряженности электрического поля в 2,5-2,7 раза, а по значению плотности магнитного потока в 3,7 раза. Полученные результаты позволили отнести класс условий труда по электромагнитному фактору к 3.1.
В западной части Ростовской области еще с конца XIX века разрабатываются месторождения одного из старейших угольных бассейнов страны – Восточного Донбасса. На данной территории разведано порядка 6,5 млрд. тонн угольных ресурсов [84]. По действующему шахтному фонду Восточного Донбасса запасы, целесообразные к отработке, составляют около 285 млн.тонн. Для возможного освоения в современных экономических условиях имеется 10 перспективных участков с запасами 545 млн.тонн угля. Высококачественные антрациты составляют 90% запасов угля [105].
Производственную деятельность на территории области осуществляют 5 угольных компаний: «Русский уголь-Дон», «Донской уголь», «Южная угольная компания», «Шахта Восточная», «Ростовская угольная компания».
Шахтный фонд представлен 8 действующими и 2 строящимися шахтами. Суммарная производственная мощность действующих угольных шахт составляет около 9,5 млн. тонн в год. На основных и вспомогательных предприятиях в угольной промышленности региона занято более тринадцати тысяч человек. Исследования проводили на одной из шахт.
Рабочее место оператора подъёмной клетьевой установки представляет собой помещение общей площадью 5 м2, в котором расположены пульт управления с видеодисплейными терминалами, а также главный распределительный щит и силовые кабели, расположенные за спиной оператора (Рисунки 16, 17).
Проведение измерений уровня напряжённости электрического поля в рабочей зоне оператора клетьевой подъёмной установки Таблица 15 – Значение напряженности электрического поля на рабочем месте оператора клетьевой подъёмной установки, В/м
Рабочее место оператора. Показания ИМП-05/2 в диапазоне 2 – 400 кГц Как видно из данных, представленных в таблице 15, средние значения напряженности электрического поля в диапазоне частот 5 Гц – 2 кГц при неактивной силовой части на рабочем месте оператора клетьевой подъёмной установки составляли на всех высотах от пола на расстоянии от источника: 0,5 м – 33,1 В/м; 0,75 м – 32,8 В/м; 1 м – 32,4 В/м; 1,25 м – 31,9 В/м; 1,5 м – 31,2 В/м, то есть превышали ПДУ в среднем на 32%. При активной силовой части средние значения напряженности электрического поля на всех высотах над уровнем пола незначительно увеличивались по мере удаления от источника: 0,5 м – 33,1 В/м; 0,75 м – 33,8 В/м; 1 м – 34,7 В/м; 1,25 м – 35,5 В/м; 1,5 м – 36,2 В/м, превышая ПДУ на 32-45%.
Из данных представленных в таблице 16 видно, что средние значения напряженности электрического поля в диапазоне частот 2 Гц-400 кГц, при неактивной силовой части на рабочем месте оператора клетьевой подъёмной установки превышали ПДУ (2,5 В/м) в 2,8 раза и составляли на всех высотах от пола на всех расстояния от источника 7 В/м. При активной силовой части средние значения напряженности электрического поля на всех высотах над уровнем пола и удалениях от источника достигали 8,2-8,4 В/м, что превышало ПДУ в 3,4 раза.
Как видно из данных, представленных в таблице 17, при неактивной силовой установке средние значения плотности магнитного потока в рабочей зоне на всех высотах от пола и на всех расстояния от источника были в пределах ПДУ(250 нТл), за исключением зоны на расстоянии от источника до 0,5 м, где среднее значение этого показателя составляло 296,6 нТл, что превышало ПДУ на 19%.
При активной силовой установке, в штатном режиме в рабочей зоне средние значения плотности магнитного потока на всех высотах над уровнем пола составляло на расстоянии от источника: 0,5 м – 298,5 нТл; 0,75 м – 323,6 нТл; 1 м – 348,5 нТл; 1,25 м – 583,0 нТл и 1,5 м от пола – 821,3 нТл. Таким образом, на максимальном удалении от источника (1,5 м) среднее значение плотности магнитного потока превышало ПДУ в 3,3 раза. В диапазоне частот 2-400 кГц превышений ПДУ (25 нТл) на рабочем месте оператора обнаружено не было как при неактивной, так и при активной силовой установке (таблица 18).
На основании полученных результатов составляли карты распределения магнитных полей и строили трехмерные модели распределения ЭМП в рабочей зоне. На рисунке 18 представлена карта распределения МП на рабочем месте оператора клетевой установки.
При активной силовой части, расположенной за спиной оператора, в условиях обычного рабочего положения около пульта, электромагнитная картина помещения менялась. Значение плотности магнитного потока, на расстоянии до 1 метра от источника излучения, увеличивалось и составляло 420-430 нТл что в 1,7 раза превышало ПДУ, а около силовой части – достигало 1000 нТл, что в 4 раза превышало ПДУ. На рисунке видно, что магнитное поле в пространстве неоднородно и имеет достаточно сложную конфигурацию (Рисунки 20, 21).
Организация ООО «СТИС» входит в число ведущих предприятий строительно-коммунального комплекса Санкт-Петербурга и Северо-западного региона. Сфера деятельности компании «СТИС»: строительство, реконструкция и ремонт тоннельных канализационных коллекторов различных глубин залегания, инфраструктурных объектов водоотведения, подземных объектов специального назначения. За последние десять лет компанией «СТИС» широко применялось современное оборудование, успешно внедрялись в производственные процессы передовые технологии, имеющиеся на отечественном и мировом рынке.
Основные виды деятельности предприятия: строительство вертикальных горных выработок с использованием специальных методов закрепления грунтов: замораживание, технология jet-grouting, водопонижение, буронабивные сваи, опускные колодцы; строительство тоннелей микротоннельными комплексами; проходка тоннелей различного назначения и глубины, диаметром до 8,5 м; строительство подземных сооружений любого назначения и сложности; сооружение железобетонных конструкций в подземных выработках; капитальный ремонт и реконструкция подземных сооружений [120].
Рабочая зона оператора проходческого щита представляет собой помещение общей площадью 6 м2, в котором расположены пульт управления щитом, видеодисплейные терминалы, а также главный распределительный щит (Рисунок 22). Силовая часть в штатном режиме проходческого щита постоянно активна.
Оценка эффективности экранирования ЭМП на рабочем месте оператора дробильно-сортировочного комплекса
Электромагнитным экраном называют конструкцию, предназначенную для ослабления электромагнитных полей, создаваемых источниками в некоторой области пространства, не содержащей этих источников. Действие электромагнитного экрана как линейной системы оценивается несколькими характеристиками, основной из которых является эффективность экранирования: Э = Е /Еэ, или Э = Н / Нэ, или Э = S /S3, где Еэ , Нэ , Бэ - соответственно, напряженности электрического, магнитного полей, плотность потока энергии в какой либо точке экранированного пространства при наличии экрана, Е, Н, S - напряженности поля, плотность потока энергии в той же точке при отсутствии экрана. Эффективность экранирования для напряженностей Е и Я выражают в децибелах: ЭдБ = 201ёЭ.
Значение эффективности экранирования рассчитывается исходя из необходимости соблюдения требований норм на уровни облучения персонала. По найденному значению эффективности экранирования определяются материал и геометрические размеры экрана.
Эффективность экрана существенно зависит от характера источника поля. В свободном пространстве при г » Л /(2л) , где г - расстояние от источника, А, -длина волны (так называемая “дальняя зона”), Е и Н практически синфазны и в этом случае говорят об электромагнитном экранировании. При г «А/(2л) имеет место так называемая “ближняя зона”, в которой Е и Н оказываются почти в квадратуре, и поля в зависимости от источника рассматриваются как квазиэлектростатические и квазимагнитостатические.
Электромагнитное экранирование осуществляют с помощью экранов, которые выполняют на основе следующих рекомендаций: Относительная магнитная проницаемость и электрическая проводимость материала экрана должны быть по возможности более высокими; толщина экрана должна быть по возможности наибольшей (что особенно важно для низких частот поля); воздушный промежуток между экранируемым элементом и экраном должен иметь большую величину; конструкция экрана должна быть выполнена таким образом, чтобы на пути силовых линий поля не встречались швы и стыки; наибольшая степень экранирования достигается путем применения многослойных экранов, при этом целесообразно сочетание материалов с большой магнитной проницаемостью и большой электрической проводимостью; целесообразно также применение нескольких экранов, расположенных один внутри другого и разделенных воздушными промежутками.
Материалы для электромагнитных экранов. 1. Металлические листы. Расчет эффективности экранирования ЭМП производится по приведенной выше формуле. 2. Проволочные сетки. Основным преимуществом проволочных сеток по сравнению со сплошными металлическими листами является снижение массо-габаритных параметров, однако, с увеличением частоты уменьшается эффективность экранирования сеток.
Известно, что максимальным защитным эффектом обладает сплошной экран. Однако, преимуществами проволочных сеток перед цельнолистовыми экранами являются: снижение массо-габаритных параметров, улучшение теплообмена экранированной камеры с внешней средой, возможность визуального наблюдения за индикаторами установок.
В связи с этим, в целях обеспечения электромагнитной безопасности на рабочих местах, было решено использовать экран, размерами 2х1,5 м, из сварной сетки, образованной из стальных проволок, диаметром 0,1 мм с шагом 10 мм, относительной магнитной проницаемостью = 150 и удельным сопротивлением 1,510-7 Омм (Рисунок 26). Экран устанавливали на расстоянии 0,2 м от источника (силовой части).
При оценке эффективности защитного экрана установили, что требуемая эффективность экранирующего устройства, по расчётным формулам должна составлять не менее 17,8 дБ (при максимально выявленному превышению в 1950 нТл). Фактически, при заданных параметрах, эффективность экрана, расположенного в зоне индукции (ближней зоне) составила 20 дБ.
После установки предложенного экрана со стороны силовой части в рабочей зоне главного диспетчера разреза, наблюдали снижение плотности магнитного потока на высоте 1 м над уровнем пола с 425 нТл до 283 нТл на расстоянии от пульта до 0,5 м; с 469 нТл до 187 нТл на расстоянии до 0,75 м; с 512 нТл до 171 нТл на расстоянии до 1 м; с 749 нТл до 156 нТл на расстоянии до 1,25 м и с 994 нТл до 242 нТл на расстоянии до 1,5 м (таблица 23, рисунки 27, 28).
Карта распределения магнитного поля на рабочем месте главного диспетчера разреза "до" (слева) и "после" (справа) экранирования Таблица 23 – Значение плотности магнитного потока на рабочем месте главного диспетчера разреза "до" и "после" экранирования, нТл
Таким образом, применение экрана позволило на рабочем месте главного диспетчера разреза снизить значения плотности магнитного потока до ПДУ и уменьшить электромагнитную нагрузку в пространстве рабочей зоны в 2-4 раза. 4.2 Оценка эффективности экранирования ЭМП на рабочем месте оператора дробильно-сортировочного комплекса
После установки предложенного экрана со стороны силовой части в рабочей зоне оператора дробильно-сортировочного комплекса, наблюдали снижение средних значений плотности магнитного потока на высоте 1 м над уровнем пола с 280 нТл до 187 нТл на расстоянии от пульта до 0,5 м; с 372 нТл до 149 нТл на расстоянии до 0,75 м; с 460 нТл до 153 нТл на расстоянии до 1 м; с 732 нТл до 153 нТл на расстоянии до 1,25 м и с 1007 нТл до 246 нТл на расстоянии до 1,5 м (таблица 24, рисунки 29, 30).