CC BY
12
ПОЖАРНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ (ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ) FIRE AND INDUSTRIAL SAFETY (TECHNICAL)
УДК 614.849
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСХОДА ВОЗДУХА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СПАСАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Б. Б. ГРИНЧЕНКО, Д. В. ТАРАКАНОВ, М. О. БАКАНОВ, С. Н. НИКИШОВ
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново E-mail: grinchenko.borya@mail.ru, den-pgsm@mail.ru, mask-13@mail.ru, nikishov_sergej_88@mail.ru
В работе приведены результаты экспериментального исследования, связанного с определением значений легочной вентиляцией дыхательных аппаратов на сжатом воздухе (далее - ДАСВ) при использовании спасательных устройств в состоянии покоя (свободное дыхание). Исследование проводилось с применением ДАСВ, в том числе, оборудованных телеметрической системой мониторинга показателей безопасности участников тушения пожара и спасательных устройств типа «Шлем-маска» и «Капюшон». В ходе отработки сценариев экспериментального исследования была составлена таблица расходов воздуха в течение десяти минут для каждого типа дыхательного аппарата и спасательных устройств.
На этапе статистической обработки эмпирических данных, использовался частный критерий оценки вида распределения непрерывной случайной величины Шапиро-Уилка, который основан на оптимальной линейной несмещённой оценке меры разброса значений случайной величины относительно её математического ожидания к её обычной оценке методом максимального правдоподобия. Установлено, что полученные в ходе исследования эмпирические данные подчиняются нормальному закону распределения, так же выявлено, что имеется ряд факторов влияющих на значения легочной вентиляции в баллонах дыхательных аппаратах при использовании спасательного устройства. К одному из таких факторов относится тип используемого спасательного устройства. Дыхательные аппараты, входящие в состав комплекса «Маяк спасателя» позволяют более точно определить расход воздуха в баллоне, так как оснащены телеметрической системой мониторинга, но в целом модель применяемого ДАСВ оказывает не значительное влияние на полученные значения расхода, так как все данные входят в доверительный интервал с заданной вероятностью.
Ключевые слова: безопасность; вероятностная модель; спасательное устройство; расход воздуха; экспериментальное исследование.
EXPERIMENTAL STUDY OF AIR FLOW WHEN USING THE RESCUE DEVICE
В. B. GRINCHENKO, D. V. TARAKANOV, M. O. BAKANOV, S. N. NIKISHOV
Federal State Educational Institution of Higher Education «Ivanovo Fire and Rescue Academy of the State Fire Service of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters», Russian Federation, Ivanovo E-mail: grinchenko.borya@mail.ru den-pgsm@mail.ru, mask-13@mail.ru, nikishov_sergej_88@mail.ru
The paper presents the results of an experimental study related to the determination of the values of pulmonary ventilation of breathing apparatus in compressed air (hereinafter - DASV) when using rescue devices at rest (free breathing). The study was conducted with the use of DASV, including equipped with a tel-emetric system for monitoring the safety of participants in fire fighting and rescue devices such as «Helmet-mask» and «Hood». During the development of the scenario of the experiment, a table of air flow for ten minutes for each type of breathing apparatus and rescue device was compiled.
© Гринченко Б. В., Тараканов Д. В., Баканов М. О., Никишов С. Н., 2019
At the stage of statistical processing of empirical data, a special criterion was used to estimate the type of distribution of a continuous random variable Shapiro-Wilk, which is based on the optimal linear unbiased estimate of the measure of the spread of the values of a random variable relative to its mathematical expectation to its usual estimate by the maximum likelihood method. It is established that the empirical data obtained in the course of the study are subject to the normal distribution law, it is also revealed that there are a number of factors affecting the values of air flow in the use OF a rescue device. One of these factors is the type of rescue device used. Breathing apparatus, which are part of the complex «beacon rescuer» can more accurately determine the air flow in the cylinder, as equipped with a telemetric control system, but in General, the model used DASV does not significantly affect the air flow values, as all the data are included in the confidence interval with a given probability.
Keywords: safety; probabilistic model; life-saving device; air consumption; experimental study.
Введение. Ликвидация пожаров и их последствий зачастую связана с выполнением боевых действий, проводимых в непригодной для дыхания среде, в которых необходимо обеспечить безопасность спасаемых людей и безопасность работающих подразделений. Для выполнения задач такого рода на пожаре применяются дыхательные аппараты (далее -ДА), в состав которых входят спасательные устройства1. Эти устройства являются портативными изобретениями, изолирующими дыхание, которые при помощи штуцера подключается через быстроразъемное соединение к дыхательному аппарату газодымозащитника. Однако при подключении спасательного устройства происходит сокращение фактического времени защитного действия дыхательного аппарата, что в свою очередь подвергает опасности как спасаемого, так и газодымозащитника. В данном случае деструктивное событие связанно с нехваткой запасов дыхательных ресурсов для проведения спасательных работ. Такое деструктивное событие рассмотрено в работе [1], где было показано, что проведение работ в непригодной для дыхания среде происходит в условиях повышенной опасности для участников ликвидации пожара и имеет вероятностную природу. В существующей методике проведения расчетов параметров работы в ДА используются детерминированные подходы. В этих подходах безопасные условия работы для газодымозащитников определяются по общему времени нахождения в непригодной для дыхание среде, работы непосредственно у очага пожара и определению давления для всего звена в независимости от его состава, при котором необходимо выходить на свежий воздух. Однако при этом не как не учитываются расходы воздуха при использовании спасательных устройств и ин-
1ГОСТ Р 53255-2009. Техника пожарная. Аппараты дыхательные со сжатым воздухом с открытым циклом дыхания. Общие технические требования. Методы испытаний.
дивидуальных потребностей каждого газодымозащитника. На сегодняшний день остаются не изученными факторы, влияющие на расход воздуха в баллонах дыхательных аппаратов при использовании спасательных устройств, поэтому вопросы, связанные с обеспечением безопасности требуют особых процедур планирования и нормирования запаса дыхательных ресурсов, от чего зависит напрямую принятие оперативных управленческих решений и являются актуальными.
Цель и задачи исследования. Исследование посвящено статистической обработке и анализу полученных в ходе эксперимента эмпирических данных по расходу воздуха ДА с применением спасательных устройств. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
- выявить закономерности в потреблении дыхательных ресурсов при использовании спасательных устройств;
- подготовить информационную платформу для формирования базы данных при выполнении работ с использованием спасательных устройств [2, 3];
- обосновать применение эмпирических данных в вероятностной модели управления безопасностью [4], при реализации работ, проводимых со спасательными устройствами в условиях непригодной для дыхания среды [5].
Сценарий экспериментального исследования.
Серия экспериментов была проведена с использованием оборудования, представленного на рис. 1.
Перед проведением эксперимента дыхательные аппараты и спасательные устройств проверялись с целью выявления исправности / неисправности функционирования всех узлов и механизмов используемого специального оборудования. Рабочая проверка проводилась непосредственно перед включением в ДА. На момент проведения эксперимента оборудование являлось исправным.
1) Общий вид ПТС «Профи» - М со спасательным устройством
2) Комплекс «Маяк спасателя»
3) Спасательное устройство со шлем-маской «ШМП»
4) Спасательное устройство «Капюшон»
Рис. 1. Элементы оснащения, использованные в экспериментальном исследовании
Для испытания было отобрано десять добровольцев с различными антропометрическими показателями. Каждый из них поочередно подключал спасательное устройство «Капюшон» к ДАСВ входящего в состав комплекса «Маяк спасателя» с электронным модулем фиксации показаний давления в бал-
лоне и, находясь в состоянии покоя, дышал в течение 10 минут (рис. 2).
Аналогично повторялась процедура с ДАСВ ПТС «Профи» - М с обычным выносным манометром (рис. 2).
1) Спасательное устройство «Капюшон» с системой телеметрии
2) Спасательное устройство «Капюшон» с дыхательным аппаратом ПТС «Профи» - М
3) Спасательное устройство «ШМП» с системой телеметрии
4) Спасательное устройство «ШМП» с дыхательным аппаратом ПТС «Профи» - М
Рис. 2. Применение спасательного устройства «ШМП» и «Капюшон» с ДАСВ и телеметрической системой с электронным модулем фиксации показаний давления
Затем испытуемый доброволец менял спасательное устройство на «ШМП» и повторял все еще раз, при этом во всех случаях легочный автомат газодымозащитника был отключен, то есть запас воздух в баллоне расходовался только используемым спасательным устройством.
Таблица 1. Результаты экспериментальных данных по расходу воздуха спасательных устройств
Статистическая обработка экспериментальных данных по расходу воздуха с применением спасательных устройств в состоянии покоя у спасаемого осуществлялась на основе полученных результатов, отраженных в табл.1.
Комплекс «Маяк спасателя» ПТС «Профи» - М
№ п/п Вес, кг Рост, см (Q, л / мин) (Q, л / мин)
ШМП Капюшон ШМП Капюшон
1 92 184 148,36 389,45 123,64 432,73
2 65 173 179,27 426,55 123,64 494,55
3 70 181 185,45 506,91 216,36 432,73
4 77 186 253,45 309,09 278,18 278,18
5 58 172 80,36 377,09 123,64 432,73
6 87 180 210,18 302,91 123,64 309,09
7 58 172 68 519,27 92,73 494,55
8 74 182 179,27 346,18 185,45 309,09
9 52 165 68 253,45 92,73 278,18
10 53 163 92,73 302,91 61,82 216,36
Обработка результатов исследования. Произведем статистическую обработку данных на примере полученных результатов с использованием спасательного устройства «ШМП» и комплекса «Маяк спасателя». В качестве исследуемой работы рассматривалась скорость расхода дыхательных ресурсов (воздуха, л / мин) в баллонах дыхательных аппаратов при подключенном спасательном устройстве в состоянии покоя, то есть свободного дыхания. На основе полученных эмпирических данных был построен вариационный ряд для применения многостороннего критерия Шапиро-Уилка2. Критерий основан на регрессионном анализе порядковых статистик по их ожидаемым значениям. Это критерий типа дисперсионного анализа для полной выборки. Статистика критерия заключается в отношении квадрата суммы линейной разности выборочных порядковых статистик к обычной оценке дисперсии3.
Серию из п независимых наблюдений по скорости расхода дыхательных ресурсов обозначим символами ц, х>2,..., уп и вычислим промежуточную сумму 5 по формуле:
2ГОСТ Р ИСО 5479-2002. Статистические методы. Проверка отклонения распределения вероятностей от нормального распределения.
3Там же.
где к - индекс, имеющий значения при нечетном и к = — , при четном значении п к = п~^ \ 2 2 ак - коэффициент, имеющий специальные значения для имеющегося объема выборки п.
Так как п = 10, то к = — = 5 ■
2
Используя известные коэффициенты ак, рассчитаем 5 по формуле (1):
5 = 30,91-0,04145+86,65-ОД 1979+ + 105,09-0,21238+142,18-0,32767+ +185,45-0,57427=187,06(л).
Статистика критерия Шапиро-Уилка рассчитывается по формуле:
Ж = —. (2)
пт2
где £ - сумма линейной разности выборочных порядковых статистик; п - объем выборки; т2 - выборочный центральный момент
второго порядка.Обычная оценка дисперсии рассчитывается по формуле:
пт2 {> >, -1>,р)2 . О)
где ик - эмпирические значения скорости потребления дыхательной смеси.
пт2 = (68-146,51)2 + (68-146,51)2 + ... + (253,45-146,51)2 = 3875196 (л).
Рассчитаем искомый критерий статистического согласия, поставив полученные значения в (2):
^ 187,06' 38751,96
Критерий И/ сравним с табличными значениями Шта6л. для подтверждения или опровержения гипотезы4, которые представлены в табл. 2.
Из табл. 2 видно, что при всех уровнях значимости а Шта6п ^ И/, а значит, гипотеза о нормальности эмпирических данных принимается при всех уровнях значимости.
Таблица 2. Табличные значения критерия Шапиро-Уилка в зависимости от уровня значимости а
Произведем обработку остальных данных по аналогичному алгоритму и для удобства восприятия представим основные показатели в табл. 3.
На основе данных табл. 3 построим графики плотности распределений расходов воздуха спасательных устройств в состоянии покоя (рис. 3).
а Wтабл W
0,01 0,868 0,902
0,05 0,84
0,1 0,779
Таблица 3. Основные показатели исследуемого параметра
Вид исследования (Л) а, (л) Критерий Шапиро-Уилка при уровне значимости а = 0,05 Гипотеза Н0
Маяк спасателя ШМП 146,51 65,62 0,840 5 0,902 +
Маяк спасателя 0,840 S 0,922 +
капюшон 373,38 89,07
ПТС Профи - М ШМП 142,18 65,49 0,840 < 0,88 +
ПТС Профи - М 0,840 <0,88 +
капюшон 367,82 100,37
IIIIIII
О 100 200 300 400 500 600 700 800
4ГОСТ Р ИСО 5479-2002. Статистические методы. Проверка отклонения распределения вероятностей от нормального распределения.
Рис. 3. Плотность распределения расходов воздуха спасательных устройств
После анализа эмпирических данных по потреблению дыхательных ресурсов с использованием спасательных устройств в состоянии покоя была произведена их обработка при помощи методов математической статистики, с учетом проверки однородности выборочных совокупностей с выдвижением гипотетического закона о принадлежности эмпирических данных нормальному закону распределения. Статистическому исследованию подлежал один критерий: расход воздуха О (л / мин). Предполагаемая основная гипотеза Н0 - эмпирические данные подчиняются нормальному закону распределения. Для проверки гипотезы Н0 использовался многосторонний критерий статистического согласия Шапиро-Уилка5.
В результате произведенной проверки гипотезы Н0 с использованием критерия статистического согласия доказано, что эмпирические данные подчиняются нормальному закону распределения. Основные показатели нормальной модели и значения критерия согласия представлены в табл. 3. Произведена графическая интерпретация основных показателей нормального распределения через интегральную функцию Лапласа (рис. 3).
Заключение. Общеизвестно, что деструктивные события имеют вероятностную
Список литературы
1. Гринченко Б. Б. Вероятностная оценка необходимого запаса воздуха в дыхательных аппаратах при работе на пожаре // Технологии техносферной безопасности. 2017. №4(74). С. 155-162.
2. Свидетельство Роспатента о государственной регистрации базы данных №2019620566. Информационные ресурсы системы поддержки управления газодымозащит-никами / Б.Б. Гринченко; заявл. 28.03.2019, опубл. 11.04.2019 г.
3. Свидетельство Роспатента о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017663825. Программное обеспечение для информационно-аналитической системы управления газодымозащитниками на пожарах в техногенных чрезвычайных ситуациях / Б. Б. Гринченко, Д. В. Тараканов; заявл. 23.10.2017, опубл. 12.12.2017 г.
4. Гринченко Б. Б., Тараканов Д. В. Модель управления безопасностью при работах на пожарах в непригодной для дыхания среде // Пожаровзрывобезопасность. 2018. Т. 27. №6. С. 45-51.
5ГОСТ Р ИСО 5479-2002. Статистические методы. Проверка отклонения распределения вероятностей от нормального распределения.
природу [1], поэтому для обеспечения условий безопасной работы в непригодной для дыхания среде необходимо руководствоваться теорией принятия управленческих решений в условиях риска и неопределенности, где для работы вероятностной модели управления главным условием является нормальное распределения входящих в модель параметров. Проведенный анализ эмпирических данных по расходу воздуха ДА с применением спасательных устройств доказал, что полученные данные подчиняются нормальному закону распределения. Это подтверждает необходимость решении вопросов нормирования выполняемых работ или планирования боевых действий в непригодной для дыхания среде, при использовании спасательных устройств и учитывать аспект оценки необходимого запаса дыхательных ресурсов для реализации условий безопасной работы [6, 7]. Такой подход позволит снизить вероятность наступления деструктивного события выраженного в недостатке запаса дыхательных ресурсов с использованием спасательных устройств, входящих в комплект дыхательных аппаратов на сжатом воздухе при спасении пострадавших.
5. Гринченко Б. Б., Тараканов Д. В. Экспериментальное исследование параметров работ по устранению аварий с выбросом АХОВ на элементах транспортной инфраструктуры // Пожарная и аварийная безопасность сборник материалов XIII МНПК. Иваново: ИПСА МЧС России, 2018. С. 341-344.
6. Стртец В. М., Бородич П. Ю., Росо-ха С. В. Законом1рност1 д1яльносп рятуваль-hhkíb при проведены аваршно-рятувальних po6¡t на станц1ях метропол1тену: монограф1я [Закономерности деятельности спасателей при проведении аварийно-спасательных работ на станциях метрополитена: монография]. Харш: НУЦЗХ, КП «Мюька друкарня», 2012. С. 119.
7. Стрелец В. М. Сравнительный анализ закономерностей расхода запаса воздуха при работе спасателей в аппаратах на сжатом воздухе // Зб1рник наукових праць Харшського нацюнального ушверситету Пов1тряних Сил, 2014. №4(41). С. 136-141.
References
1. Grinchenko В. В. Veroyatnostnaya otsenka neobkhodimogo zapasa vozdukha v dykhatel'nykh apparatakh pri rabote na pozhare [Probabilistic assessment of the required air supply in breathing apparatus during fire], Tekhnologii tekhnosfernoy bezopasnosti. 2017, vol. 4(74), pp. 155-162.
2. Grinchenko B. B. Svidetel'stvo Rospa-tenta o gosudarstvennoy registratsii bazy dannykh № 2019620566. Informatsionnyye resursy sistemy podderzhki upravleniya gazodymozashchitnikami; zayavl. 28.03.2019, opubl. 11.04.2019.
3. Grinchenko B. B., TarakanovD. V. Svidetel'stvo Rospatenta o gosudarstvennoy registratsii programmy dlya EVM № 2017663825. Pro-grammnoye obespecheniye dlya informatsionno-analiticheskoy sistemy upravleniya gazodymozashchitnikami na pozharakh v tekhnogen-nykh chrezvychaynykh situatsiyakh; zayavl. 23.10.2017, opubl. 12.12.2017.
4. Grinchenko B. B., Tarakanov D. V. Model' upravleniya bezopasnost'yu pri rabotakh na pozharakh v neprigodnoy dlya dykhaniya srede [Safety management model for work in fires in a non-breathing environment], Pozharovzryvobe-zopasnost', 2018, vol. 27, issue 6, pp. 45-51.
5. Grinchenko B. B., Tarakanov D. V. Ek-sperimental'noye issledovaniye parametrov rabot po ustraneniyu avariy s vybrosom AKHOV na el-
ementakh transportnoy infrastruktury [An experimental study of the parameters of work to eliminate accidents with the release of AHOV on the elements of the transport infrastructure], Pozharnaya i avariynaya bezopasnost' sbornik materialovXIII MNPK. Ivanovo: IPSA MCHS Ros-sii, 2018, pp. 341-344.
6. Strilets V. M., Borodich P. Yu., Roso-kha S. V. Zakonomernosti deyatel'nosti spa-sateley pri provedenii avariyno-spasatel'nykh rabot na stantsiyakh metropolitena [Patterns of rescuers during rescue operations at metro stations], Kharkiv: NUTSZKH, KP «Mis'ka drukarnya», 2012. P. 119.
9. Strelets V. M. Sravnitel'nyy analiz za-konomernostey raskhoda zapasa vozdukha pri rabote spasateley v apparatakh na szhatom vozdukhe [Comparative analysis of the patterns of air supply during the operation of rescuers in compressed air devices], Zbirnik naukovikh prats' Kharkivs'kogo natsional'nogo universitetu Pov-itryanikh Sil, 2014, vol. 4(41), pp. 136-141.
Гоинченко Борис Борисович
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
адъюнкт
E-mail: grinchenko.borya@mail.ru Grinchenko Boris Borisovich
Federal State Educational Institution of Higher Education «Ivanovo Fire and Rescue Academy of the State Fire Service of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters», Russian Federation, Ivanovo adjunct
E-mail: grinchenko.borya@mail.ru Тараканов Денис Вячеславович
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
доктор технических наук, старший преподаватель
E-mail: den-pgsm@mail.ru
Tarakanov Denis Vyacheslavovich
Federal State Educational Institution of Higher Education «Ivanovo Fire and Rescue Academy of the State
Fire Service of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of
Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Ivanovo
doctor of technical Sciences, senior teacher
E-mail: den-pgsm@mail.ru
Баканов Максим Олегович
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново кандидат технических наук, начальник кафедры E-mail: mask-13@mail.ru
Bakanov Maxim Olegovich
Federal State Educational Institution of Higher Education «Ivanovo Fire and Rescue Academy of the State
Fire Service of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of
Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Ivanovo
candidate of technical Sciences, head of Department
E-mail: mask-13@mail.ru
Никишов Сергей Николаевич
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
старший преподаватель
E-mail: nikishov_sergej_88@mail.ru
Nikishov Sergey Nikolaevich
Federal State Educational Institution of Higher Education «Ivanovo Fire and Rescue Academy of the State Fire Service of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters», Russian Federation, Ivanovo senior teacher
E-mail: nikishov_sergej_88@mail.ru
