CC BY
37
УДК 614.839
ОБ ОЦЕНКЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВТОРИЧНЫХ ПОРАЖАЮЩИХ ФАКТОРОВ ВЗРЫВА НА НАСЕЛЕНИЕ ПРИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА
A.B. Рыбаков
доктор технических наук, профессор, начальник научно-исследовательского центра Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск
E-mail: anatoll rubakovQmail.ru
С.JI. Очетов
адъюнкт научно-исследовательского центра Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск E-mail: s.ochetovQamchs.ru
Аннотация. В статье приведены результаты анализа научно-методических подходов к определению степени воздействия воздушной ударной волны на здания. Рассматриваются существующие методы расчета поражения населения вторичными поражающими факторами взрыва. Обосновывается необходимость учета вторичных поражающих факторов в виде осколков стекла для защиты населения от последствий ЧС техногенного характера. Предлагается подход к оценке воздействия вторичных поражающих факторов взрыва при чрезвычайных ситуациях техногенного характера.
Ключевые слова: чрезвычайная ситуация, взрыв, поражающий фактор, воздушная ударная волна, защита населения.
Цитирование: Рыбаков A.B., Очетов С.Л. Об оценке воздействия вторичных поражающих факторов взрыва на население при чрезвычайных ситуациях техногенного характера // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2022. № 1 (52). С. 43 - 49.
Чрезвычайные ситуации (далее — ЧС) техногенного характера вызывают разрушение зданий и сооружений, нарушение условий жизнедеятельности населения и наносят колоссальный материальный ущерб. Так за 2020 год на территории Российской Федерации (далее — рф^ произошло 167 ЧС техногенного характера. Источниками возникновения 5 ЧС техногенного характера являлись взрывы в зданиях, на коммуникациях, технологическом оборудовании промышленных объектов. Общий ущерб составил 296,3 миллионов рублей [1].
Одним их основных принципов защиты населения от поражающих факторов взрыва является предупреждение возникновения ЧС. Предупреждение ЧС - это комплекс мероприятий, проводимых заблаговременно и направленных на максимально снижение риска возникновения чрезвычайных ситуаций, а также на сохранение здоровья людей, уменьшение размеров ущерба окружающей среде и материальных потерь в случае их возникновения [2]. Для предупреждения возникновения ЧС на всех уровнях управления Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций
(далее — РСЧС) заблаговременно разрабатываются «План действий по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций». В данном документе в соответствии с нормативными правовыми актами и с учетом исходных данных должны быть определены возможные зоны действия поражающих факторов [3].
В соответствии с принятой классификацией [4] поражающие факторы источников техногенных ЧС по генезису подразделяют на факторы прямого действия (или первичные) и побочного действия (или вторичные). Первичные поражающие факторы обусловлены непосредственно источником техногенной ЧС, а вторичные поражающие факторы возникают в результате изменения объектов окружающей среды первичными поражающими факторами. Под вторичными поражающими факторами взрыва подразумеваются осколки, обломки оборудования, зданий и сооружений.
Размеры зон поражения, определяющиеся значениями избыточного давления и импульса воздушной ударной волны, находятся на основании сведений об удаленности объекта воздействия от эпицентра взрыва, мощности и вида взрыва. Эти зоны будут показывать возможную степень разрушения зда-
20221 (52)
ний и сооружений. В соответствии с [5], ударная волна это распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью переходная область в газе, жидкости или в твердом теле, в кото-
рой происходит резкое увеличение плотности, давления и скорости среды. Характерный профиль ударной волны схематически выглядит следующим образом (рисунок 1):
Рисунок 1 Характерный профиль ударной волны
На данном рисунке, положительная фаза волны давления, известная как фаза сжатия, характеризуется амплитудой избыточного давления Рроз и длительноетью Отрицательная фаза, или фаза разрежения, характеризуется длительностью Ьпед и амплитудой Рпед, а Ро - давление окружающей среды до прихода ударной волны, длительностью
В настоящее время оценка последствий воздействия воздушной ударной волны (далее ВУВ) осуществляется в соответствии с методическими подходами, изложенными в целом ряде нормативных и технических документов [6, 7, 8, 9, 10 и 11].
В соответствии со Сводом правил [6] при взрыве в открытом пространстве на здания и сооружения действуют нагрузки, инициированные ВУВ. Основными расчетными параметрами нагрузки при внешнем взрыве в атмосфере с начальным давлением Ро являются: максимальное (пиковое) избыточное дав-
ление при взрыве Ртах (Рров)',
продолжительность положительной фазы взрыва 1р03-,
импульс взрывной волны /о; скорость фронта взрывной волны V. В [6] указывается, что воздействие других поражающих факторов при взрыве (например, осколков оконных стекол, дверей, перекрытий и т.д.), которые могут быть вызваны возможными разрушениями элементов строительных конструкций, следует учитывать при разработке системы превентивных мер для защиты жизни и здоровья людей, проживающих в домах, расположенных вблизи опасных производственных объектов, а также для снижения материального ущерба при возникновении ЧС техногенного характера.
В руководящих документах [7, 8] указывается, что разрушение зданий и остекления происходит при следующих значения давления во фронте ВУВ (Таблица 1, 2).
Таблица 1 — Степень разрушения зданий
№ п/п Характеристика повреждения здания Избыточное давление, А Р, кПа
1. Полное разрушение здания > 100
2. Тяжелые повреждения, здание подлежит сносу 70
3. Средние повреждения, возможно восстановление здания 28
4. Разрушение оконных проемов, легкосбрасываемых конструкций 14
5. Частичное разрушение остекления < 2
№ п/п Характеристика повреждения остекления А Р, кПа
1. Полное разрушение остекления 7
2. 50-процентное разрушение остекления 2,5
3. 10-процентное и более разрушение остекления 2
Таблица 2 — Степень разрушения остекления
В Руководстве по анализу опасности аварийных взрывов [9] определено, что наряду с учетом действия ВУВ на строительные конструкции необходимо принимать во внимание возможность воздействия летящих предметов (первичных и вторичных осколков) при взрыве резервуаров с газом. Первичные осколки образуются при разрушении оболочек резервуаров, а вторичные - это элементы оборудования и строительных конструкций, которые были разрушены и вовлечены в движение ВУВ. В этом же документе приведен порядок расчета скорости и дальности разлета осколков, образующихся при взрыве сферических и цилиндрических резервуаров. Для определения скорости осколков, которые образуются при разрушении резервуаров, необходимо знать следующие величины:
внутреннее давление в сосуде Р; объем сосуда У0-, масса оболочки Мс;
абсолютная температура газа То в начальный момент времени.
В методике [10] проводится расчет разлета осколков трубы при разрыве газопровода. Размеры зоны осколочного воздействия (зоны разлета осколков) определяются максимальной дальностью гтах полета осколков, зависящей от начальных скоростей, сообщаемых
фрагментам трубы при разрыве газопровода. Оценка размеров зон проводится на основе статистических данных и путем расчета максимальных значений гтах радиуса разлета осколков массой тоск.
Анализ существующих подходов к оценке воздействия вторичных поражающих факторов взрыва показал, что в настоящее время при расчетах зон поражения учитываются только обломки и осколки оборудования, а действие такого поражающего фактора как летящие осколки стекла не учитываются. Анализ произошедших аварий [12, 13 и 14] позволил сделать вывод о том, что при прогнозировании последствий возникновения ЧС техногенного характера в результате взрыва, также необходимо учитывать возможное поражение людей осколками стекла. В работе [15] описывается, что поражение осколками стекла при взрыве большой мощности в городе сравнимы с огнестрельным ранениями и приводят к механическим повреждениям мягких тканей людей, что говорит о необходимости защиты населения от этого поражающего фактора. Поэтому органам управления, специально уполномоченным на решение задач в области защиты населения и территорий от ЧС необходимо заблаговременно проводить комплекс мероприятий по уменьшению воздействия пора-
2022'! (52)
жающих факторов ЧС техногенного характера на население.
Защита населения от вторичных поражающих факторов взрыва может быть достигнута за счет проведения следующих мероприятий:
1. Усиление производственного контроля на предприятии для снижения вероятности возникновения аварии на потенциально опасном объекте, расположенном вблизи жилых зданий.
2. Проведение заблаговременных защитных мер на объекте экономики для уменьшения последствий возникновения ЧС техногенного характера на потенциально опасном объекте.
3. Заблаговременное переселение населения, проживающего вблизи опасных объектов в безопасные районы.
4. Определение рациональных параметров элементов зданий, при которых защищенность населения от вторичных поражающих факторов взрыва при чрезвычайной ситуации техногенного характера будет стремиться к максимуму при имеющихся ограничениях на выделяемые ресурсы на проведение мероприятий по защите населения и территории от ЧС.
Мероприятия по недопущению и минимизации последствий ЧС техногенного характера на потенциально опасных объектах должны проводиться постоянно и заблаговременно. Переселение населения в безопасные районы
является трудозатратами и требует огромных финансовых вложений. Поэтому, необходимо найти такую совокупность значений параметров элементов зданий, при которых защитные свойства здания от поражающего воздействия взрыва будут максимальными и вероятность разрушения оконного проема от воздействия давления во фронте ВУВ будет минимальной. Применение подхода, который представлен ниже, позволит обосновать мероприятия по защите населения от воздействия вторичного поражающего фактора взрыва при ЧС техногенного характера в виде осколков стекла.
В работе [16] рассматривается использование математической модели разлета осколков стекла. Исходными данными для проведения расчетов будут являться: положение эпицентра взрыва (геометрический центр заряда) задается его координатами ( х%,уз,гз ), ширина, высота и толщина стекла оконного проёма задаются параметрами и (I соответ-
ственно, расстояние от нижней грани стекла до земли задаётся высотой Н, энергия ВУВ равная Еув [16].
Решая систему дифференциальных уравнений (1), описывающей перемещения осколка в проекциях на три направления его движения, находятся показатели дальности, высоты и времени полета осколков стекла при взрывах.
dVг
(И
(1К
<1Уг
йХ,
м = Угзх •
<1¥г
= у.. •
м = Угзу •
¿г..
= V- •
%зх — _ Я Л/2 + Т/2 + Т/2 Т/. • — у^х + уИу + уИг ^гух^
ЧУ
(1)
ЧУ — _Я /т/2 + V2 + V2 Т/.. •
— у^х + У^у + угЗУ •
(И
-&\Ы2- + V2- + V2- Упг- ^
' у гух 1 г]у 1 г]г И'
Р — 2^,3срСх рв
(2)
где Sep - площадь миделя осколка;
сх - коэффициент сопротивления осколка в воздухе;
где 5у = Lct/N - ширина
где рст - плотность стекла;
Еув - энергия ударной волны. Таким образом, использование данной математической модели позволит выполнять расчеты по возможному поражению населе-
рв — плотность воздуха. m - масса осколка, m = öy 5z рст-
(3)
(4)
ния вторичными поражающими факторами в виде летящих осколков стекла и обосновывать мероприятия по защите населения, проживающего в зданиях вблизи потенциально опасных объектов.
Sep = ö (Syöz + SyS + SzS)
осколка;
§z = ЯСт/М _ длина осколка.
Vij(o) =
\
1 [ V—у в(-хз) 2 2тгг3 2Х
Pad \
Литература
1. Государственный доклад «О состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в 2020 году» / - М.: МЧС России. ФГБУ BHIIII ГОЧС (ФЦ), 2021, 264 с.
2. Федеральный закон от 21.12.1994 № 68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (с изменениями и дополнениями) ГАРАНТ [Электронный ресурс]. - URL: http://base.garant.ru/10107960/ (дата обращения: 17.06.2021).
3. Порядок разработки, согласования и утверждения планов действий по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций - docs.cntd.ru [Электронный ресурс]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/456006367 (дата обращения: 21.06.2021).
4. ГОСТ 22.0.07-97 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Источники техногенных чрезвычайных ситуаций. Классификация и номенклатура поражающих факторов и их параметров (аутентичен ГОСТ Р 22.0.07-95) - docs.cntd.ru [Электронный ресурс]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/552366062 (дата обращения: 21.06.2021).
5. ГОСТ 26883-86 (CT СЭВ 5127-85) Внешние воздействующие факторы. Термины и определения -docs.cntd.ru [Электронный ресурс]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200003843 (дата обращения: 21.06.2021).
6. СП 296.1325800.2017 Здания и сооружения. Особые воздействия - docs.cntd.ru [Электронный ресурс]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/555600219 (дата обращения: 17.06.2021).
7. Руководство по безопасности «Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей» - docs.cntd.ru [Электронный ресурс]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200133802 (дата обращения: 21.06.2021).
8. Об утверждении Руководства по безопасности «Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах» - docs.cntd.ru [Электронный ресурс]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/420347908 (дата обращения: 09.06.2021).
9. РБ Г-05-039-96 Руководство по анализу опасности аварийных взрывов и определению параметров их механического действия - docs.cntd.ru [Электронный ресурс]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200061429 (дата обращения: 21.06.2021).
2022'! (52)
10. Методика анализа риска для опасных производственных объектов газодобывающих предприятий ОАО «ГАЗПРОМ», СТО Газпром 2-2.3-400-2009.
11. Об утверждении федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» - docs.cntd.ru [Электронный ресурс]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/573200380 (дата обращения: 01.07.2021).
12. Дзержинск восстанавливается после взрывов [Электронный ресурс]. - URL: https://www.kommersant.ru/doc/3990686idl755007 (дата обращения: 09.06.2021).
13. Взрыв под Петербургом не только уничтожил завод «Авангард», но и разрушил дома поблизости [Электронный ресурс]. - URL: https://paperpaper.ru/photos/vzryv-pod-peterburgom-ne-tolko-unicht/ (дата обращения: 02.07.2021).
14. Годовой отчет о деятельности федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в 2019 году.
15. Вотяков А.Г. Особенности поражения людей при взрыве большой мощности в городе: автореферат дис. ... кандидата медицинских наук: 14.00.27. Особенности поражения людей при взрыве большой мощности в городе / Вотяков А.Г. - Нижний Новгород, 1992. - 20 с.
16. Рыбаков A.B. Модель оценки зоны поражения от разлета осколков оконного стекла при взрывах / Рыбаков A.B., Иванов Е.В., Бахтиярова О.П. // Безопасность труда в промышленности. - 2019. -
ON THE ASSESSMENT OF THE IMPACT OF SECONDARY DAMAGING FACTORS OF THE EXPLOSION ON THE POPULATION IN MAN-MADE
EMERGENCIES
Abstract. The article presents the results of the analysis of scientific and methodological approaches to determining the degree of impact of an air shock wave on buildings. The existing methods of calculating the damage to the population by secondary damaging factors of the explosion are considered. The necessity of taking into account secondary damaging factors in the form of glass fragments to protect the population from the consequences of man-made emergencies is substantiated. An approach to assessing the impact of secondary damaging factors of an explosion in man-made emergencies is proposed.
Keywords: explosion, striking factor, air shock wave, protection of the population. Citation: Rybakov A.V., Ochetov S.L. On the assessment of the impact of secondary damaging factors of the explosion on the population in man-made emergencies // Scientific and educational problems of civil protection. 2022. № 1 (52). S. 43 - 49.
1. State report "On the state of protection of the population and territories of the Russian Federation from natural and man-made emergencies in 2020"/ - M .: EMERCOM of Russia. FGBU VNII GOChS (FTs), 2021, 264 s.
2. Federal Law of December 21, 1994 No. 68-FZ "On the protection of the population and territories from natural and man-made emergencies"(with amendments and additions) GARANT [Electronic resource]. -URL: http://base.garant.ru/10107960/ (date of access: 06/17/2021).
3. The procedure for the development, coordination and approval of action plans for the prevention and elimination of emergency situations - docs.cntd.ru [Electronic resource]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/456006367 (date of access: 06/21/2021).
№ 12. ('. 19 23.
Anatoly RYBAKOV
doctor of technical sciences, professor, head of the research center Civil Defence Academy EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow region, city Khimki, md. Novogorsk
E-mail: anatoll rubakovQmail.ru
Seraphim OCHETOV
adjunct research center
Civil Defence Academy EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow region, city Khimki, md. Novogorsk E-mail: s.ochetovQamchs.ru
References
4. GOST 22.0.07-97 Safety in emergency situations. Sources of technogenic emergencies. Classification and nomenclature of damaging factors and their parameters (authentic GOST R 22.0.07-95) - docs.cntd.ru [Electronic resource]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/552366062 (date of access: 06/21/2021).
5. GOST 26883-86 (ST SEV 5127-85) External influencing factors. Terms and definitions - docs.cntd.ru [Electronic resource]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200003843 (date of access: 06/21/2021).
6. SP 296.1325800.2017 Buildings and structures. Special effects - docs.cntd.ru [Electronic resource]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/555600219 (date of access: 06/17/2021).
7. Safety Guide "Methodology for assessing the consequences of accidental explosions of fuel-air mixturesocs.cntd.ru [Electronic resource]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200133802 (date of access: 06/21/2021).
8. On Approval of the Safety Guide "Methodological Framework for Hazard Analysis and Accident Risk Assessment at Hazardous Production Facilitiesocs.cntd.ru [Electronic resource]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/420347908 (date of access: 06/09/2021).
9. RB G-05-039-96 Guidelines for the analysis of the danger of accidental explosions and the determination of the parameters of their mechanical action - docs.cntd.ru [Electronic resource]. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200061429 (date of access: 06/21/2021).
10. Risk Analysis Methodology for Hazardous Production Facilities of Gas Production Enterprises of ОАО "GAZPROM STO Gazprom 2-2.3-400-2009.
11. On the approval of federal norms and rules in the field of industrial safety "General rules of explosion safety for explosive chemical, petrochemical and oil refining industriesocs.cntd.ru [Electronic resource]. -URL: https://docs.cntd.ru/document/573200380 (date of access: 07/01/2021).
12. Дзержинск восстанавливается после взрывов [Электронный ресурс]. - URL: https://www.kommersant.ru/doc/3990686idl755007 (дата обращения: 09.06.2021).
13. An explosion near St. Petersburg not only destroyed the "Avangard"plant, but also destroyed houses nearby [Electronic resource]. - URL: https://paperpaper.ru/photos/vzryv-pod-peterburgom-ne-tolko-unicht/ (date of access: 07/02/2021).
14. Annual report on the activities of the federal service for environmental, technological and nuclear supervision in 2019.
15. Botyakov A.G. Features of the defeat of people in the explosion of high power in the city: Abstract of the thesis. ... candidate of medical sciences: 14.00.27. Peculiarities of defeating people during a high power explosion in the city / Botyakov A.G. - Nizhny Novgorod, 1992. - 20 s.
16. Rybakov A.V. A model for assessing the affected area from the scattering of window glass fragments during explosions / Rybakov A.V., Ivanov E.V., Bakhtiyarova O.N. // Labor safety in industry. - 2019. - No. 12. - S. 19 - 23.
