Фізичні негативні фактори механічного походження. Методи і засоби захисту

До класу фізичних негативних факторів механічного походження відносяться поштовхи, вібрація, шум (коливання звукового діапазону), ультразвук та інфразвук, тобто такі факторі, які викликані пружними коливаннями повітря чи твердого тіла.

Механічні коливання ця зміна положення елементарної точки пружного тіла чи фізичного середовища відносно своєї статичної рівноваги під дією зовнішньої сили.

Як було вказано вище, стосовно до безпеки життєдіяльності людини аналізуються і установлюються відповідні гранично допустимі рівні (ГДР) наступних негативних факторів механічного походження: 1 – поштовхи; 2 – вібрація; 3 – шум; 4 – інфразвук; 5 – ультразвук.

Поштовхи – одноразові зовнішні механічні впливи на людину, які приводять до появи перекидаючого моменту. Небезпека поштовхів полягає в тім, що внаслідок їхньої малої частоти надходження організм людини сприймає їхній як єдина механічна система.

Вібрація – це пружні механічні коливання, які виникають у твердому тілі під впливом перемінних зовнішніх фізичних збурювань.

Ступінь впливу вібраційних впливів залежить від умов поширення пружних коливань у тілі людини, що, у свою чергу залежить від їхньої частоти, амплітуди, тривалості впливу, площі ділянок тіла, що стикаються з вібруючим об'єктом, місця дотику, збігу власної частоти коливань частин тіла людини з частотою вібрації (явище резонансу).

Вібрація відноситься до групи найбільш шкідливих факторів, що володіють великою біологічною активністю стосовно організму людини. Значна інтенсивність біологічних реакцій на вібрацію обумовлюється величиною їх енергетичного і частотного впливу. Це зв'язано з тим, що тіло людини являє собою складну коливальну систему. Формування реакції організму людини на вібраційні впливи виробляється, в основному, аналізаторами ЦНС – вестибулярним і тактильним. Тому однією з основних класифікацій вібрації є підрозділ її в залежності від способу передачі на людину:

· загальна вібрація (вібрація робочих місць), що передається через

опорні поверхні тіла людини (у положенні сидячи чи стоячи);

· локальна, котра передається через руки чи ноги людини.

При впливі вібрацій різної частоти можливе виникнення явища резонансу.

Так, наприклад, область резонансу для голови людини в положенні сидячи, при вертикальних вібраціях, розташовується в діапазоні між 20 і 30Гц, при горизонтальних зовнішніх вібраційних впливах – 1,5...2Гц.

Частотний діапазон резонансу очних яблук лежить між 60 і 90 Гц.

Для внутрішніх органів – легень, діафрагми, живота резонансними є частоти 3...3,5 Гц. Вібраційні впливи з такими частотами можуть приводити до порушення функції подиху.

Резонанс для всього тіла людини в положенні сидячи спостерігається на частотах 4...6 Гц, а в положенні сточи – 5...25 Гц.

У розглянутому випадку впливу цього негативного антропогенного фактору, явище резонансу небезпечно тим, що воно приводить до значного збільшення амплітуди коливань органа чи всього тіла людини без збільшення амплітуди зовнішньої прикладеної вібрації. У зв'язку з цим така ситуація може привести до необоротних змін в організмі людини.

Загальна низькочастотна вібрація впливає на обмінні процеси. Вона може змінювати вуглеводний обмін, а з частотою до 16 Гц – біохімічний склад крові. Це може викликати зміну загальних біохімічних процесів в організмі людини.

Локальній вібрації піддаються в основному лиця, які працюють з ручним механізованим чи електрифікованим інструментом. Така вібрація може викликати спазми судин, пальців рук. При тривалому впливі вібрації такого виду спазми поступово поширюються по руці і можуть охоплювати судини серця. Результатом цього є порушення системи кровообігу рук. Одночасно локальні вібрації діють на нервові закінчення, м'язові і кісткові тканини. Наслідком такого сумарного ефекту є зниження температурної і болючої чутливості шкіри, відкладення солей у суглобах пальців і кистей рук.

До факторів виробничого середовища, що збільшує шкідливий вплив вібрації на організм, відносяться знижена температура, надмірні м'язові навантаження, шум високої інтенсивності.

Тривалий вплив вібрацій, що додатково сполучається з комплексом несприятливих виробничих факторів, може приводити до розвитку професійного захворювання — вібраційної хвороби. Вібраційна хвороба займає ведуче місце серед усіх професійних захворювань в усьому світі в робітників машинобудівної, металургійної, будівельної, гірничодобувної промисловості, зайнятих на транспорті.

Процес виникнення віброхвороби складний і недостатньо вивчений. Причому на дійсний момент не визначені рецептори організму людини, що безпосередньо забезпечують перетворення вібраційних впливів у нервові імпульси.

Характерними симптомами вібраційної хвороби, викликаною локальною вібрацією є ниючі, що ломлять, що тягнуть болі у верхніх кінцівках, що турбують більше по чи ночах під час відпочинку, а також зниження чутливості аналізаторів організму людини.

При вібраційній хворобі, яка викликана впливом загальної вібрації, спостерігається розлад нервової системи, вестибулярного апарата. Останнє явище проявляється у вигляді запамороченням, головних болів, а також болів в хребті.

Слід зазначити, що результати дослідження впливу вібрації на біологічні процеси, що протікають в організмі людини, дозволили розробити рекомендації з її застосування для зниження болючої чутливості, для зняття м'язової утоми, прискорення відновних обмінних процесів у нервовій і м'язовій системі у спортсменів.

Захист від впливу вібрації на організм людини полягає в установці устаткування на спеціальні амортизатори, використання методу активного віброзахисту, який використовує принцип інтерференції хвиль, застосуванні індивідуальних засобів захисту. У цьому плані використовуються рукавички з вібропоглинаючими долоньками і взуття на вібропоглинаючій підошві. В якості медико-профілактичних заходів застосовуються масаж, сауна, вітамінопрофілактика (прийом вітамінів В₁ і С).

Шум – це сполучення звуків різної частоти й інтенсивності. Звукові (акустичні) хвилі являють собою пружні коливання середовища – газу, рідини чи твердого тіла, у діапазоні 16 – 20000 Гц. Шум сприймається, в основному, звуковим аналізатором людини, який може сприймати й аналізувати звуки в широкому діапазоні частот і інтенсивностей.

Область чутних рівнів звуків обмежена двома граничними кривими. Нижня гранична крива відділяє поріг чутності людини, тобто область мінімальних рівнів інтенсивності звуку, які сприймаються звуковим аналізатором людини, а верхня – поріг болючого відчуття. Найнижчі значення цих граничних кривих розташовуються в діапазоні частот 1...5 кГц. Причому, особливістю сприйняття звуків людиною є те, що поріг слухового сприйняття нижче на високих частотах, тому що звуковий аналізатор менш чутливий до звуків низьких частот, ніж до високих.

В практичній сфері безпеки життєдіяльностіоцінка звукових відчуттів людини здійснюється параметром, який називається «рівень звуку» (L). Ця величина виміряється у відносних одиницях – децибелах (дБ). Це зв'язано з наявністю об'єктивної біологічної характеристики звукового аналізатора людини – порогом чутності. Значення інтенсивності граничної чутності людини складає L₀= 0 дБ.

Болючий поріг складає рівень звуку величиною L_б = 140 дБ.

Як додаткову характеристику впливу шуму на людину застосовується так званий поріг дискомфорту, при якому викликаються початкові неприємні відчуття – слабкі болі у вухах. Він відповідає рівню звуку, рівному L_д = 120 дБ.

Шум у побутовому і виробничому середовищі несприятливо діє на організм людини. Він викликає підвищену витрату енергії при однаковому фізичному навантаженні, дратівливість, стомлюваність, значно послабляє увагу людини, збільшує число помилок у роботі, сповільнює швидкість психічних реакцій. У результаті великого стомлення робітників через шум знижується продуктивність праці і погіршується якість роботи.

У результаті тривалого впливу підвищеного рівня шуму змінюється частота подиху і пульс, порушується обмін речовин, активізується виникнення серцево-судинних захворювань, відбувається необоротне зниження слуху людини.

Слід зазначити, що в процесі своєї еволюції організм людини адаптований до деякого рівня інтенсивності шуму, який складає 30...35 дБ (шум листя дерев, дощу і т.п.). Причому значне зниження рівня цієї природної інтенсивності шуму також шкідливо позначається на самопочутті людини і, в основному, відбивається на його ЦНС.

Підвищення інтенсивності шуму до рівня 40...70 дБ у системі «людина – житло» створює значне навантаження на нервову систему, викликаючи погіршення самопочуття, зниження продуктивності розумової праці, розвиток неврозів, появі виразкової і гіпертонічної хвороби.

Тривалий вплив шуму з рівнем понад 75 дБ може привести до розвитку необоротного зниження слуху – приглухуватості. При дії шуму високих рівнів (більш 140 дБ) можливий розрив барабанних перетинок, а при ще більш високих (більш 160 дБ) можливо навіть настання летального результату.

Захист від впливу шуму на організм людини реалізується в декількох напрямках:

· введенням організаційних заходів – забезпечення раціональних режимів праці і відпочинку, обмеження часу роботи людини в середовищі з підвищеним рівнем шуму і т. п.

· технічними засобами боротьби із шумом. У цьому випадку використовуються три основних напрямки – усунення причин шуму чи зниження його в джерелі виникнення, ослаблення шуму при його передачі і безпосередньому захисті оператора чи групи робітників, що виконують свої обов’язки у середовищі з завищеним рівнем шуму.

Ослаблення шуму в джерелі на 8...10 дб цілком досяжно і вважається задовільним, якщо відповідає зниженню відчуття голосності в 2 рази. Боротьба із шумом у джерелі його виникнення надійніше всього забезпечує сприятливий шумовий клімат у виробничому приміщенні. Якщо це неможливо, шум зменшують у будь-якій точці шляху його передачі.

Безпосередній захист оператора чи групи робітників полягає у використанні індивідуальних засобів захисту. До них відносяться різні протишумові навушники, вушні вкладиші (беруші), заглушки.

Ультразвук – це пружні коливання середовища (твердого тіла, рідини чи газу) з частотою вище 20000 Гц.

Ультразвукові коливання не сприймаються людиною у виді слухових відчуттів через недостатню частотну чутливість його звукового аналізатора. Цей шкідливий фактор середовища існування людини виявляється, в основному, у системі «людина – виробниче середовище» і впливає на неї (людину) на біологічному рівні.

По впливі на людину розрізняють дистанційний вплив ультразвуку (через повітряне середовище) і контактний (при безпосередньому дотику частини тіла людини, наприклад, до елемента устаткування, що випромінює ультразвукові коливання).

Ступінь негативного біологічного ефекту на здоров'я людини залежить від інтенсивності, тривалості впливу, частоти і розмірів поверхні тіла, що піддається дії ультразвуку.

Тривалий вплив дистанційного ультразвуку високих рівнів може викликати функціональні порушення нервової, серцево-судинної систем, а також спричинити зміну функцій звукового і вестибулярного аналізаторів, властивостей і складу крові.

Контактний вплив високочастотних ультразвукових коливань, як правило, робиться на руки працюючого. Тривалий його вплив може привести до зниження болючої і температурної чутливості, захворюванню нервової системи, відшаруванню окістя. У той же час ультразвук з низьким рівнем звукового тиску – 80...90 дБ забезпечує стимулюючий ефект – мікро масаж і прискорення обмінних процесів в організмі людини і, унаслідок цього, застосовується в медичних цілях.

Допустимі рівні ультразвуку в зонах контакту рук, інших частин тіла оператора з робочими органами приладів й установок не повинні перевищувати 110 дБ.

Контроль рівнів звукового тиску потрібно робить після монтажу устаткування, його ремонту і періодично в процесі експлуатації не рідше одного разу в рік.

Для колективного захисту від впливу підвищених рівнів ультразвуку використовуються наступні напрямки:

· проведення організаційно-профілактичних заходів;

· зменшення шкідливого випромінювання ультразвукової енергії в джерелі її виникнення;

· локалізація дії ультразвуку конструктивними і планувальними рішеннями.

Організаційно-профілактичні заходи полягають у проведенні відповідного інструктажу працюючих і встановленні раціональних режимів праці і відпочинку.

Для зменшення шкідливого випромінювання звукової енергії в джерелі рекомендується підвищувати робочі ультразвукові частоти, що забезпечує зменшення інтенсивності дистанційного ультразвуку у наслідок його більшого коефіцієнту загасання в повітрі, а також виключати паразитні випромінювання ультразвукової енергії.

Для локалізації ультразвуку обов'язковим є застосування звукоізолюючих кожухів та екранів.

Якщо ці міри не дають позитивного ефекту, то ультразвукові установки необхідно розміщати в окремих приміщеннях і кабінах, облицьованих звуковбирними матеріалами.

Конструктивно-планувальні рішення захисту полягають у застосуванні дистанційного керування і системи блокування, яка відключає генератор джерела ультразвуку при порушенні звукоізоляції і несанкціонованому доступі людини в робочу зону ультразвукового устаткування.

Інфразвук також являє собою пружні коливання середовища. Частота інфразвукових коливань складає діапазон 0...16 Гц. За аналогією з ультразвуком інфразвукові коливання також не перетворюються звуковим аналізатором людини в звукові відчуття, а чинять на нього біологічний вплив.

Інфразвук генерується, в основному, промисловими об'єктами значної довжини.

Механізм впливу інфразвуку на людину в даний час вивчений не цілком. Це, зокрема, зв'язане з тим, що пружні коливання цього діапазону частот включають резонансні частоти головного мозку людини.

У порівнянні з вібрацією, шумом і ультразвуком інфразвукові коливання при однаковій інтенсивності і часі дії характеризуються меншим негативним впливом на організм людини. У зв'язку з цим коливання цього діапазону частот викликають відчуття тільки при рівнях L > 110 дБ. Ці відчуття, при тривалому впливі інфразвуку, виявляються у виді порушення діяльності ЦНС, серцево-судинної і дихальної систем, вестибулярного апарата, що можуть супроводжуватися головними болями, запамороченням, зниженням уваги і працездатності. При деяких частотах інфразвукових коливань може виявлятися почуття страху, сонливість, утруднення мови.

Інфразвукові коливання сприймаються як фізичне навантаження: виникає стомлення, головний біль, запаморочення, вестибулярний феєричний кровообіг, з'являється почуття страху і т. п. Вага впливу інфразвукових коливань залежить від діапазону частот, рівня звукового тиску і тривалості дії.

Низькочастотні коливання з рівнем інфразвукового тиску вище L > 150 дБ зовсім не переносяться людиною.

Особливо несприятливі наслідки викликають інфразвукові коливання з частотою 2...15 Гц у зв'язку з виникненням резонансних явищ в організмі людини. Причому найбільш небезпечною є частота f ~ 7 Гц, тому що у цьому випадку можливий її збіг з ритмом біострумів мозку.

Боротьба з несприятливим впливом інфразвуку на організм людини повинна вестися в тих же напрямках, що і боротьба із шумом. Найбільше доцільно зменшувати інтенсивність інфразвукових коливань на стадії проектування машин чи агрегатів.

Ударна хвиля також відноситься до класу пружних коливань повітряного середовища. Однак, на відміну від вище розглянутих негативних факторів, що мають аналогічну фізичну природу, цей вид пружних коливань відрізняється по-перше імпульсною дією, а по-друге, додатковою негативною дією на флору і фауну. Це зв'язано з тим, що ударна хвиля звичайно характеризується значним радіусом дії і значною інтенсивністю.

Вплив ударної хвилі підрозділяється на прямий і непрямий.

Прямий вплив ударної хвилі виникає в результаті надлишкового тиску і швидкісного напору повітря. Через невеликі розміри тіла людини ударна хвиля майже миттєво охоплює людину і піддає її сильному стиску протягом декількох секунд. Миттєве підвищення тиску повітря сприймається живим організмом як різкий удар. Швидкісний напір повітря при цьому створює значний лобовий тиск, що може привести до переміщення тіла в просторі.

Непрямі ураження людей і тварин можуть відбутися в результаті ударів уламками зруйнованих будинків і споруд чи у результаті ударів осколків, що летять з великою швидкістю – скла, бетону, каменів, дерева й інших предметів.

Характер і ступінь впливу ударної хвилі залежать від потужності вибуху, відстані, метеорологічних умов, місцезнаходження (у будинку, на відкритій місцевості) і положення тіла (лежачи, сидячи, стоячи) людини. Він характеризується легкими, середніми, важкими і украй важкими травмами. Надлишковий тиск у фронті ударної хвилі величиною 10 кПа (0,1кгс/см²) і менше вважається безпечним для людей і тварин, розташованих поза укриттями.

Легкі ураження настають при надлишковому тиску 20...40 кПа (0,2...0…0,4 кгс/см²). Вони виражаються в скороминучих порушеннях функцій організму (дзенькіт у вухах, запаморочення, головний біль). Можливі вивихи, забиті місця.

Ураження середньої ваги виникають при надлишковому тиску 40…60 кПа (0,4…0,6 кгс/см²). Вони можуть приводити до вивихів кінцівок, контузії головного мозку, ушкодженню органів слуху, викликати кровотечу з носа й ушей.

Важкі контузії і травми можливі при надлишковому тиску від 60 до 100 кПа (0,6…1 кгс/см²). Вони характеризуються сильною контузією всього організму, утратою свідомості, переломами кісток, кровотечею з носа й ушей. У цьому випадку можливе ушкодження внутрішніх органів і внутрішня кровотеча.

Украй важкі контузії і травми у людей виникають при надлишковому тиску більше, ніж 100 кПа (1 кгс/см²). Вони викликають розриви внутрішніх органів, переломи кісток, внутрішні кровотечі, струси мозку, тривалу утрату свідомості. Розриви спостерігаються в органах, які містять велику кількість крові (печінка, селезінка, нирки), наповнених газом (легені, кишечник) чи порожнини, що наповнені рідиною (головний мозок, сечовий і жовчний міхур). Ці травми можуть привести до смертельного результату.

Радіус ураження уламками будинків, особливо осколками стекол, що руйнуються при надлишковому тиску 2…7 кПа (0,02...0,07 кгс/см²) може перевищити радіус безпосереднього ураження ударною хвилею.

Повітряна ударна хвиля діє також і на рослинний світ. Повне ушкодження лісового масиву спостерігається при надлишковому тиску, що перевищує 50 кПа. Дерева при цьому вириваються з коренем, ламаються і відкидаються, утворюючи суцільні завали. При надлишковому тиску від 30 до 50 кПа ушкоджується близько 50 % дерев. Надлишковий тиск від 10 до 30 кПа приводить до ушкодження до 30 % дерев. Причому, слід зазначити, що молоді дерева більш стійкі до впливу ударної хвилі, чим старі.

Захист від впливу ударної хвилі полягає у своєчасному укритті в спеціальних спорудах. При їхній відсутності необхідно використовувати складки місцевості. Необхідно вибирати такі місця укриття, у яких виключається травмування людини уламками дерев, що руйнуються, частинами будинків.