Введение к работе
Актуальность темы. Обеспечение безопасных условий работы человека является одной из важнейших задач в сфере социально-экономической политики любого государства, поскольку, не решая эту задачу невозможно требовать от работника эффективного выполнения его функциональных обязанностей, а значит, становится невозможным организовать и контролировать любой производственно-технологический процесс. Сказанное в полной мере относится и к проблеме обеспечения охраны труда личного состава пожарно-спасательиых подразделений.
Среди технических средств обеспечения безопасных условий труда пожарных доминирующую роль играет специальная защитная одежда (СЗО). Она является, наряду со средствами индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) основным и последним защитным барьером в системе «человек - средства защиты - окружающая рабочая среда на пожаре». Поэтому уровень безопасности, обеспечиваемый СЗО и эффективность действий личного состава пожарных подразделений во многом определятся видами (типами) используемой спецодежды и ее техническими параметрами.
Анализ опыта эксплуатации спецодежды, используемой пожарными в первой половине 90-х годов XX в. (начало настоящих исследований) показал неудовлетворительное качество и невысокую эффективность её при тушении пожаров и проведении аварийно-спасательных работ. Причина неудовлетворительного качества спецодежды пожарных - узкий ассортимент и низкие показатели назначения материалов, тканей и фурнитуры, используемых для изготовления СЗО, а также несовершенство конструктивного исполнения спецодежды. Кроме того, отсутствие на вооружении пожарных ряда необходимых типов СЗО вынуждало использовать спецодежду, предназначенную для других категорий работающих.
Создавшееся положение во многом определялось недостатком научно обоснованных требований и методов оценки качества спецодежды пожарных. Не существовало классификации СЗО по предельным значениям
параметров защиты (прежде всего тепловой), не были конкретизированы области ее применения. Не решались в полной мере вопросы надежности, эффективной эксплуатации. То есть не имелось научно-технической базы, опираясь на которую возможно вести разработку различных видов спецодежды пожарных и проводить их комплексную оценку по всем параметрам, определяющим качество изделий на всех стадиях единого процесса «НИОКР - серийное производство - эксплуатация».
На основании вышесказанного можно сделать вывод об актуальности решения проблемы перехода на принципиально новый уровень качества спецодежды пожарных, создания нескольких типов СЗО, обеспечивающих комплексную защиту человека от опасных факторов пожара.
Цель настоящей работы - создание методологии конструирования и комплексной оценки качества специальной защитной одежды пожарных и разработка на этой базе СЗО нового поколения для пожарных.
Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо было решить следующие основные задачи:
-
Разработать классификацию различных видов СЗО пожарных по назначению и степени защиты от тепловых воздействий.
-
Разработать метод комплексной оценки качества различных видов СЗО пожарных-спасателей, включающий методики теоретических и экспериментальных исследований с учетом условий эксплуатации и различных режимов теплового воздействия и единые критерии оценки получаемых результатов.
-
Создать экспериментальную базу для проведения исследований по всей номенклатуре показателей, определяющих качество СЗО пожарных.
-
Составить технические требования и разработать новые защитные материалы и ткани с заранее заданными свойствами.
5. Сконструировать более совершенные виды СЗО пожарных для
работы в различных условиях.
Объект и методы исследований. Экспериментально-теоретические
разработки проблемы проводились применительно к различным материалам и тканям, многослойным конструкциям СЗО пожарных.
Теоретические исследования проводились на базе использования классических законов тепломассообмена, теории тепломассопереноса при пожаре. Использовались стандартные и новые апробированные экспериментальные методики проведения испытаний с математической обработкой результатов с помощью ЭВМ.
Научная новизна работы:
1. На основе анализа условий эксплуатации СЗО пожарных-спасателей
и с учетом разработанной классификации ее по защите от тепловых факторов
пожара разработан метод комплексной оценки качества различных видов
спецодежды, включающий в себя методики теоретических исследований на
основе математической модели, описывающей сложный нестационарный
теплообмен в многослойных конструкциях спецодежды с учетом внешнего
теплового воздействия и теплопродукции организма человека и
экспериментальных исследований на различных испытательных установках.
2. Разработана методика проведения огневых испытаний СЗО
пожарных при различном физическом моделировании тепловых факторов
пожара и создан оригинальный полномасштабный испытательный комплекс
«Термоманекен» с возможностью автоматического контроля и анализа
параметров окружающей рабочей среды и подкостюмного пространства СЗО.
3. На модельных задачах теоретически и экспериментально выполнены
параметрические исследования тепловых режимов СЗО при различных
условиях. Выявлены основные закономерности теплового воздействия
пожара на многослойные теплоизолирующие конструкции СЗО. Получены
новые количественные характеристики влияния теплофизических и
геометрических факторов на формирование температурных полей и их
динамики в различных элементах СЗО с учетом теплопродукции организма
человека. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены пути
оптимизации тепловой защиты СЗО пожарных в части обеспечения
равнотеплоустоичивости всех элементов спецодежды как единой системы и
увеличения времени защитного действия с учетом требований эргономики и
физиолого-гигиены. Разработана более совершенная по составу
многослойного пакета и конструктивному исполнению боевая и теплозащитная одежда с равной теплоустойчивостью конструктивных элементов.
4. На основе полученных новых экспериментальных данных по
показателям назначения для широкого круга огне-термостойких материалов
и тканей, теплоизоляционных материалов, полимерных материалов
специального применения установлена зависимость срока службы различных
видов спецодежды пожарных от начальных параметров показателей
назначения материалов и тканей. Составлены технические требования к
материалам, тканям, многослойным защитным пакетам СЗО пожарных, а
также ее конструктивному исполнению в зависимости от условий
эксплуатации.
5. Получены новые экспериментальные данные по комплексу показа
телей, характеризующих качество швов, соединяющих конструктивные
элементы СЗО и проанализированы факторы, влияющие на их прочность,
долговечность и срок службы СЗО. Сформулированы требования к ниточным
швам в зависимости от вида СЗО и используемых материалов.
6. На основе данных разработки параметров носимой защиты от
сочетанного ионизирующего излучения оптимизировано распределение
гетерогенной парциальной защиты от ионизирующих излучений с учетом
радиорезистентности различных органов и тканей организма человека, что
позволило разработать новые радиационно-защитные и агрессивостойкие
материалы и принципиально новые виды СЗО пожарных - изолирующие
костюмы для тушения пожаров в условиях воздействия ионизирующих
излучений (РЗК) и агрессивных сред (ТАСК).
7. Впервые при разработке различных видов СЗО пожарных использован принцип создания конструктивно-унифицированного ряда изделий на
основе базовой модели, в качестве которой предложена боевая одежда первого уровня тепловой защиты.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Диссертация обобщает результаты исследований, которые проводились под руководством и при непосредственном участии автора в ФГУ ВНИИПО МЧС России с 1995года при выполнении ряда Государственных программ и планов НИОКР МЧС России, в том числе выполняемых по государственному оборонному заказу.
В результате решена научно-практическая проблема повышения уровня качества СЗО пожарных для обеспечения комплексной защиты человека от опасных факторов пожара. Появилась возможность прогнозировать и, следовательно, влиять на технический уровень изделий в зависимости от условий эксплуатации на всех стадиях единого процесса «НИОКР - серийное производство - эксплуатация».
Разработаны рекомендации по оптимизации тепловой защиты различных видов СЗО. Получены данные по допустимому времени работы в СЗО в зависимости от условий теплового воздействия и режима эксплуатации. Указанные результаты использованы производителями при составлении документации на серийное производство изделий, ремонтной и эксплуатационной документации.
Освоены в серийном производстве новые специальные защитные материалы и ткани с заранее заданными свойствами для изготовления различных видов СЗО пожарных.
Внедрены в практику работы пожарно-спасательных подразделений новые средства индивидуальной защиты, обеспечивающие необходимый уровень комплексной безопасности человека при тушении пожаров и ликвидации аварий в различных условиях, в том числе, не имеющие аналогов радиационно-защитный и термоагрессивостойкий костюмы.
На все изделия получены патенты и свидетельства на промышленный образец.
Метод комплексной оценки качества СЗО используется при сертификации спецодежды различного назначения, в том числе и зарубежного производства.
Результаты диссертационных исследований реализованы при разработке:
Федерального закона «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» от 22.07.2008г № 123 ФЗ;
Национального стандарта Российской Федерации ГОСТ Р 53264-2009 «Техника пожарная. Специальная защитная одежда пожарного. Общие технические требования. Методы испытаний»;
Норм пожарной безопасности - НПБ 157-99* «Боевая одежда пожарных. Общие технические требования. Методы испытаний», НПБ 161-97 «Специальная защитная одежда пожарных от повышенных тепловых воздействий. Общие технические требования. Методы испытаний», НПБ 196-2000 «Боевая одежда пожарного для районов России с умеренно-холодным и очень холодным климатом. Технические требования. Методы испытаний», НПБ 162-2002 «Специальная защитная одежда пожарных изолирующего типа. Общие технические требования. Методы испытаний».
Методического пособия «Обеспечение пожарной безопасности на территории Российской Федерации» под общей редакцией ЮЛ. Воробьева, М., 2006г., 461с.
Методических рекомендаций по организации и проведению опытной эксплуатации образцов вооружения и пожарной техники в системе МЧС России М., 2007г., 24с.
Результаты диссертации используются в учебном процессе Академии ГПС МЧС России.
На защиту выносятся: 1. Метод комплексной оценки качества СЗО пожарных, включающий:
- математическую модель нестационарного теплообмена в системе «человек - СЗО - окружающая рабочая среда на пожаре»;
методики проведения экспериментальных исследований по теплофизическйм и физико-механическим параметрам, определяющим качество материалов, тканей, защитных пакетов и конструктивных элементов СЗО при физическом моделировании опасных факторов пожара;
- единые критерии оценки получаемых результатов при проведении теоретических и экспериментальных исследований;
2. Классификация СЗО пожарных по степени защиты от тепловых
воздействий с учетом ее назначения и условий эксплуатации и применение
пассивной тепловой защиты для СЗО пожарных;
3. Результаты теоретических исследований тепловых режимов
многослойных конструкций СЗО пожарных;
4. Результаты экспериментальных исследований влияния различных
факторов на показатели качества СЗО пожарных;
5. Технические требования к материалам, тканям, защитным пакетам и
конструктивному исполнению различных видов СЗО;
6. Рекомендации по совершенствованию СЗО пожарных в части
применяемых материалов и конструктивного исполнения;
7. Результаты исследований но разработке принципиально новых видов
СЗО пожарных - радиационно-защитного и термоагрессивостойкого
костюмов.
8. Результаты конструирования и серийного освоения спецодежды
нового поколения для пожарных с использованием принципа создания
конструктивно-унифицированного ряда изделий на основе базовой модели.
Достоверность полученных результатов подтверждается данными
лабораторных, полномасштабных огневых полигонных и длительных
эксплуатационных испытаний, адекватностью теоретических результатов и
экспериментальных данных, удовлетворительной точностью
экспериментальных методик и погрешностью измерений.
Обоснованность научных положений выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждены достаточным объемом
исследований (в том числе крупномасштабных опытов), длительной апробацией используемой математической модели и экспериментальных методик, соответствием результатов лабораторных, крупномасштабных экспериментов и расчетных данных, а также широким внедрением результатов исследований в практику работы пожарных подразделений.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Средства индивидуальной защиты пожарных-96» (Москва, 1996 г.), XV Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков» (Москва, 1999г.), III научно-практической конференции «Радиационные поражения и перспективы развития СИЗ от ионизирующих излучений» (Москва, 1999г.), Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы тушения пожаров» (Москва, 1999г.), научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности отраслевой науки в системе МВД России» (Москва, 2000г.), XVI Всероссийской научно-практической конференции «Крупные пожары: предупреждение и тушение» (Москва, 2001г.), Всероссийской научно-практической конференции «Пожарно-спасательные средства на современном этапе развития ГПС МЧС России» (Москва, 2002г), Всероссийской научно-практической конференции «Современные средства предупреждения и тушения пожаров» (Москва, 2003г.), XVIII Всероссийской научно-практической конференции «Снижение риска гибели людей при пожарах» (Москва, 2003 г.), Международной конференции по каучуку и резине JRC,04 (Москва, 2004г.), Международном симпозиуме «Комплексная безопасность России-исследования, управление, опыт» (Москва, 2004г.), Всероссийской научно-практической конференции «Технические и организационно-правовые проблемы обеспечения пожарной безопасности» (Москва, 2005г.), XIX Всероссийской научно-практической конференции «Пожарная безопасность многофункциональных и высотных зданий и сооружений» (Москва, 2005г.);
XX Международной научно-практической конференции «Исторические и современные аспекты решения проблем горения, тушения и обеспечения безопасности людей при пожарах» (Москва, 2007г.); XXI Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы пожарной безопасности» (Москва, 2009г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 62 печатных работы, из них 17- патенты на изобретения и полезные модели.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Работа содержит страниц текста, иллюстрированного 39 рисунками, имеет 24 таблицы. Список используемой литературы включает 194 наименования.
