CC BY
23
УДК 614.818.9
Гомонай М.В., Холостое А.Л.
ИССЛЕДОВАНИЯ БЕЗОПАСНЫХ УСЛОВИЙ ЭВАКУАЦИИ ЛЮДЕЙ ИЗ ЗДАНИЙ ПРИ ЧС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАКЛОННЫХ СКОЛЬЗЯЩИХ
УСТРОЙСТВ
Авторами проведены исследования в области установления безопасных условий при эвакуации людей из зданий по наклонным скользящим устройствам. Предложен вариант конструкции автолесницы пожарно-спасательной машины, обеспечивающей массовую эвакуацию людей из зданий повышенной этажности.
Ключевые слова: эвакуация, людей из зданий; наклонные скользящие устройства; экспериментальные исследования, угла скольжения; разработка нового технического решения на конструкцию автолестницы,.
Gomonay M.V., Holostov A.L.
STUDIES OF SAFE EVACUATION OF PEOPLE FROM BUILDINGS IN EMERGENCIES WITH THE USE OF AN INCLINED MOVING DEVICES
The study, in the establishing of safe conditions for the evacuation of people from buildings on the inclined sliding device. The proposed variant de-sign astelesvitsa firefighting and rescue machine, providing a mass evacuation of people from high-rise buildings.
Keywords: evacuation of people from buildings; inclined sliding device; experimental studies of slip angle; development of new technical solutions to the design of the ladders.
Для эвакуации людей из зданий при ЧС применяются различные технические средства. Основными из них является подъём или спуск людей с использованием специальных технических средств в безопасное место и защита их от опасных факторов пожара. Для чего используется немеханизированные (стационарные и переносные пожарные лестницы, верёвки, спасательные рукава, канатные установки, технические средства прыжкового типа: батут, надувные конструкции) и механизированные (автолестницы, автоподъёмники коленчатые, вертолёты) средства. Применение технических средств для спасения является одним из обязательных способов обеспечения безопасности людей при пожарах и других чрезвычайных ситуациях [1]. Средства спасения должны обеспечивать возможность безопасной эвакуации людей, не имеющих возможности воспользоваться основными путями эвакуации.
Время спасения с использованием технических средств спасения не должно превышать значения времени, когда опасные факторы пожара достигнут критических значений в зоне
нахождения людей. Средства спасения должны быть работоспособны в различных условиях ( снег, дождь, повышенная ветровая нагрузка, разная температура и пр.).
Основное требование к спасательным средствам — они не должны создавать угрозы для здоровья и жизни людей и должны быть надежны при их применении. Для маломобильных групп людей целесообразно применять устройства—рукавные и спасательные желоба. Существующие спасательные желоба применяются, согласно [1], для спуска людей с высоты до 20 м. Однако в данном случае требуется регулирование скорости спуска, иначе ускорение может привести к гибели спускаемого человека.
Для массового спасения людей с помощью автолестниц разработано техническое предложение на эвакуацию людей методом скольжения при постоянной и безопасной скорости спуска [2].
С этой целью были проведены экспериментальные исследования по установлению величины угла наклона площадки, при котором начи-
наетея спуск (движение) .людей, для сочетания различных материалов одежды и материалов скользяще и площадки при различных внешних условиях.
В качестве поверхности скольжения исследовались следующие материалы: сталь, пластик, древесина (щиты из фанеры).
В качестве материалов одежды, скользящих но поверхности наклонной площадки, исследовались: синтетика, джинсовая ткань, хлопок.
Также исследовалось влияние внешних условий: 1) температура окружающей среды от +20°С до +22°С, естественная влажность поверхности наклонной площадки; 2) температура
°°
ненная поверхность наклонной площадки; 3)
°°
наличие снега на поверхности скольжения наклонной площадки.
Для проведения исследований была разработана специальная лабораторная установка (рисунок 1). Установка состоит из плоского основания, к которому с помощью шарнира кре-
пится наклонная площадка. На основании жестко закреплены стойки, соединенные между собой перемычкой и упорами. К перемычке прикреплен канатный блок . Поворот площадки на заданный угол осуществляется посредством каната с помощью лебедки с ручным приводом. Угол наклона площадки меняется в пределах от 0° до 90°. Сама наклонная площадка выполнена таким образом, что в качестве ее рабочей поверхности может использоваться разный материал поверхности скольжения.
Угол наклона площадки фиксировался электронным угломером типа DUG-30 фирмы «Hammer» (Германия). Для контроля величины vivía одна из вертикальных стоек основания оснащена линейкой, причем разметка имеется и на самом основании. Для измерения фактической температуры при проведении экспериментов одна из вертикальных стоек оснащена жидкостным термометром марки СГ1-2,
позволяющим измерять температуру в диапа-°°
Методика проведения эксперимента. Установка размещается на горизонтальной площадке. Посредством каната через блок поворотная площадка соединяется с ручной лебедкой. Наклонная площадка в исходном положении находится в горизонтальной плоскости. Затем устанавливают на площадке испытываемый образец, с помощью лебедки выполняется ее подъем. Подъем (наклон) площадки осуществляется до тех пор, пока не произойдет движение образца по наклонной плоскости площадки. При этом фиксируется угол наклона площадки, высота подъема и длина ее проекции на горизонтальную плоскость
Угол наклона площадки определяется следующим выражением:
tg а = (1)
где Н — высота подъема площадки, при которой начинается скольжение испытуемого образца;
Ь — длина проекции наклонной площадки в горизонтальной плоскости. Полученные расчетные данные величины
угла скольжения сравнивают с показаниями электронного угломера.
В экспериментальных исследованиях переменными факторами являются:
— материал скользящего образца (хлопок, джинсовая ткань, синтетика);
— температура окружающей среды;
— влажность соприкасающихся поверхностей, а также наличие снега на поверхности скольжения.
Лабораторная установка, на которой проводились исследования, позволяла изменять следующие параметры:
°°
— вид покрытия поверхности скольжения;
— материал скольжения.
Результаты исследований приведены в таблице. 1.
Таблица 1 - Экспериментальные данные угла скольжения и коэффициента трения
Материал,одежды Сталь Пластик Древесина (плита, из фанеры)
угол, (градусы) коэфф. трения угол, (градусы) коэфф. трения угол, (градусы) коэфф. трения
Условия температура,от +20°С до +22°С, естественная влажность
Синтетика 35,53 0,714 20,5 0,363 32,97 0,649
Джинсовая ткань 38,65 0,8 23,3 0,431 43,15 0,937
Хлопок 34,13 0,678 21,47 0,393 32,02 0,625
Условия температура от,+20°С до +22°С, увлажненная поверхность
Синтетика 32,53 0,638 15,93 0,285 36,7 0,745
Джинсовая, ткань 49,5 1,171 42,3 0,905 51,33 1,25
Хлопок 39,93 0,837 31,0 0,601 40,2 0,845
Условия температура от -4°С до -6°С,наличие снега на поверхности скольжения
Синтетика 19,36 0,351 12,8 0,227 33,3 0,657
Джинсовая, ткань 19,86 0,361 10,06 0,177 24.3 0,452
Хлопок 20,76 0,379 8,06 0,142 27,2 0,514
При использовании спасательных устройств ли при столкновении в конце спуска с твердым с нерегулируемой скоростью спуска людей ме- препятствием (земля, асфальт, бетон), тодом скольжения возникает опасность их гибе-
На основе результатов экспериментальных
201712(33)
исследований, нредстав.ленных в таблице 1, с применением существующей методики [3] и разработанной на ее основе специальной компьютерной программы [4|, были рассчитаны вероятности гибели человека от удара о твердое препятствие при скольжении с высот 10 и 15 метров с использованием исследуемых сочетаний материалов.
Вероятность гибели человека в зависимости от высоты, коэффициента трения и угла наклона поверхности скольжения может быть определена следующим формулой [3|:
Р
Р»е,, ( Я*(1 °>), (2)
где Р0 = 0,000469 и Н0 = 1,2753 — константы, полученные на основе обобщения информации гибели людей от несчастных случаев, связанных с нахождением их на высоте) [3];
а — угол наклона скользящей поверхности в градусах;
к — коэффициент трения скольжения; Ро = 0,000469 — вероятность гибели людей;
щ — высота, с которой происходит скольжение.
Результаты экспериментально-расчетных данных представлены на графиках (рисунки 2 10).
Рисунок 2 Пара трения: сталь синтетика, 1 отрицательная температура, 2 положительная температура, влажные поверхности, 3 положительная температура, сухие
поверхности
Рисунок 3 Пара трения: сталь джинсовая ткань
Рисунок 4 Пара трения: сталь хлопок
Рисунок 5 Пара трения: пластик синтетика
Пластик -джине, ткань, различные условия Р -I
10 15 20 25 30 35 40 45 50
Угол в градусах
Рисунок 6 Пара трения: пластик джинсовая ткань
Р Пллстпк - хлопок, раэличны е условия
°-01а 1 I1 "—♦— Ь = 10 м
-1-1-1-1-1-1-1-1-1—
■10 12 14 16 18 20 22 24 26 23 30 32 34 36
Рисунок 7 Пара трения: пластик хлопок
2017'2(33)
Рисунок 8 Пара трения: древесина хлопок
Рисунок 9 Пара трения: древесина джинсовая ткань
Рисунок 10 Пара трения: древесина синтетика
На графиках приведены зависимости вероятности гибели человека вследствие удара о твердое препятствие от vivía наклона поверхности скольжения для двух высот 10 и 15 м. Вероятность гибели для vivía 400 для нары трения «сталь синтетика» с высоты 10 м составит 0,0015, а для высоты 15 м -0,0027 (рисунок 2).
Анализ возможной погрешности измерения vivía наклона поверхности скольжения, проведенный на примере сочетания материалов «сталь джинсовая ткань» при положительной температуре и естественной влажности, показывает, что при ошибке в Io (в сторону умень-
шения) коэффициент трения будет изменяться на 3,5%, а оценка риска гибели на 27% (при высоте спуска 10 метров и угле наклона + 5° к углу начала скольжения).
В качестве практических рекомендаций следует указать несколько выявленных особенностей при использовании исследованных материалов:
а) исследованные сочетания материалов имеют значительный разброс коэффициентов трения (от 0,142 до 1,25) при различных условиях (температура окружающей среды, влажность), что, безусловно, необходимо учитывать
при проведении спасательных работ;
б) внешние факторы также существенно влияют на изменение коэффициента трения скольжения (например, сочетание материалов «сталь - джинсовая ткань» имеет коэффициент трения 0,361 при отрицательной температуре и наличии снега на скользящей поверхности и 1,171 при положительной температуре и влажных поверхностях) ;
в) для исследованных сочетаний материалов увлажнение поверхностей скольжения при положительной температуре приводит к изменению коэффициента трения: в одних случаях он незначительно уменьшается («сталь — синтетика», «пластик — синтетика»), в других — существенно увеличивается («древесина — синтетика», «сталь — джинсовая ткань»).
С целью снижения риска при спуске людей по наклонной поверхности основным требованием является обеспечение безопасной скорости спуска. Для обеспечения заданного требования разработана конструкция автолестницы пожарной машины, позволяющая в нужный момент ступеньки лестницы превратить в скользящую поверхность и открыть тормозящие элементы [5]. Новизна конструкции защищена заявкой на изобретение, кроме этого изготовлен действующий макетный образец новой машины, который демонстрировался на международной выставке «Комплексная безопасность—2017» и выставке-салone « Архи мед—2 017».
Выводы
1. В результате проведенных исследований установлена возможность эвакуации людей по наклонным площадкам с учетом обеспечения безопасности их спуска, что особенно важно при эвакуации маломобильной группы людей.
2. Выполненные экспериментальные исследования позволили установить минимальную величину угла скольжения, при которой может производиться спуск людей из зданий и сооружений при ЧС.
3. Анализ графиков зависимости вероятности гибели людей показывает, что с увеличением угла наклона поверхности, по которой происходит скольжение, а также высоты, вероятность гибели возрастает. Для уменьшения вероятности гибели следует выбирать угол наклона поверхности скольжения как можно ближе к углу начала скольжения.
4. Для обеспечения безопасной скорости скольжения разработано техническое предложение на новую конструкцию автолестницы пожарно-спасательной машины, которое позволяет свести к минимуму риск гибели людей или резко уменьшить его для различных сочетаний материалов.
5. Полученные результаты могут быть использованы для определения максимальной высоты спуска по наклонным скользящим устройствам при заданном ограничении на вероятность гибели человека, возможного сочетания материалов и угла наклона поверхности скольжения.
Литература
1. Методические рекомендации по применению средств индивидуальной защиты и спасения людей при пожаре. Утверждены МЧС России 11 октября 2011 г.
2. Харисов Г.Х. Теоретические основы и разработка принципов безопасности людей при несчастных случаях: дне.на соиск. учен. степ. д-ра. техн. наук. М: ВИПТШ, 1990, 589 с.
3. Слуев В.И. Теоретические принципы оценки опасности падения человека с высоты: монография — М.: Академия ГПС МЧС России 2003. - 120 с.
4. Топольский Н.Г., Слуев В.И., Холостов А.Л. Оценка риска гибели человека при скольжении по наклонной поверхности с высот более 1,2 метра с последующим ударом о твердое препятствие // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012619887 от 31.10.2012. Роспатент 2012.
5. Гомонай М.В.Петров A.B. Заявка на изобретение №2016138834 «Пожарно-спасательная машина».
