Безопасность жизнедеятельности в примерах и задачах

Министерство образования и науки Российской Федерации 

Уральский федеральный университет 

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 

В ПРИМЕРАХ И ЗАДАЧАХ

Учебное пособие 

Под общей редакцией кандидата технических наук,  

доцента А. О. Хоменко 

Рекомендовано методическим советом  
Уральского федерального университета  

для студентов вуза, обучающихся  

по направлениям подготовки бакалавриата  

по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

Екатеринбург 

Издательство Уральского университета 

2018 

УДК 502(076) 
ББК 20.1я73-5 
          Б40 

Авторы: А. А. Волкова, В. Г. Шишкунов, А. О. Хоменко, Г. В. Тягунов 

Рецензенты:
канд. экон. наук, директор Уральского межрегионального филиала 
ФГБУ «ВНИИ труда» С. М. Ильин;
д-р экон. наук, директор Уральского центра энергосбережения и экологии В. П. Ануфриев

На обложке использовано изображение с сайта https://goo.gl/LQYyVo

Б40

Безопасность жизнедеятельности в примерах и задачах : учеб. пособие / А. А. Волкова, В. Г. Шишкунов, А. О. Хоменко, Г. В. Тягунов ; под общ. ред. канд. техн. наук, доц. А. О. Хоменко. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2018. — 120 с. 
ISBN 978-5-7996-2392-0

Учебное пособие содержит краткие сведения по основным разделам кур
са «Безопасность жизнедеятельности»: безопасность производственной деятельности, экологическая безопасность, промышленная безопасность опасных производственных объектов, безопасность в чрезвычайных ситуациях 
природного и техногенного характера.

Приведены варианты типовых задач и методические указания для их са
мостоятельного решения.

Библиогр.: 28 назв. Табл. 26. Рис. 19. Прил. 1.

УДК 502(076) 
ББК 20.1я73-5

ISBN 978-5-978-5-7996-2392-0
© Уральский федеральный 
     университет, 2018

ВВЕДЕНИЕ

О

собенность современного этапа развития общества — лавинообразный рост информации, ее быстрое устаревание. Поэтому накопление знаний при обучении является недоста
точным для формирования хорошо подготовленных специалистов, 
обладающих инициативой и творческим потенциалом, способных самостоятельно приобретать знания, генерировать новые научные, технические и социальные идеи, а также уметь их использовать в практической деятельности.

Важнейшей задачей этапа подготовки специалистов является раз
работка и внедрение современных образовательных технологий формирования специалистов с высоким уровнем самостоятельности.

Настоящее учебное пособие, подготовленное преподавателями ка
федры «Безопасность жизнедеятельности», содержит краткие сведения по основным разделам одноименного курса. Приведены варианты типовых задач и методические указания для их самостоятельного 
решения, что позволит студентам в процессе подготовки к занятиям 
самостоятельно получить базовые знания по основным разделам дисциплины.

Структура учебного пособия соответствует структуре курса «Безо
пасность жизнедеятельности», задания сгруппированы по разделам 
дисциплины:

◊ теоретические основы БЖД;
◊ экологические аспекты БЖД;
◊ безопасность производственной деятельности;
◊ безопасность в чрезвычайных ситуациях (ЧС).

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БЖД

1.1. Основы теории риска

Р

иск — это количественная характеристика действия опасностей, которая формируется определенной деятельностью человека, то есть это отношение числа неблагоприятных проявлений 

опасности к их возможному числу за определенный промежуток времени 
(частота реализации опасности) [1]:

 
R
n
N
=
, 
(1.1.1) 

где R — риск (1/год); n — число неблагоприятных проявлений опасности за год или иной период; N — число возможных проявлений опасности за тот же период времени.

Пример 1.1.1. Согласно статистическим данным ГИБДД России 

в 2009 г. в транспортных авариях и катастрофах погибло 30 107 человек. 
Определим риск гибели человека в транспортной аварии или катастрофе,  
1/год:

 
R =
»
Ч
30107
141900000
2 12 10 4
,
.

 (N = 141 900 тыс. чел. — численность населения России в 2009 г.).

Пример 1.1.2. Определить, на сколько дней сократится продолжи
тельность жизни (DТ) курильщика, если известно, что средняя продолжительность жизни (Т) составляет 70 лет или 25550 дней, а риск курильщика (или его индивидуальная вероятность смерти) равен 7∙10–2:

1.1. Основы теории риска

Решение:

 
R
T
T
= D
,  
(1.1.2) 

DT
R T
=
Ч
=
Ч
Ч
»
7 10
25550
1788 5
2
,  дней или 4,9 лет.

Различают индивидуальный и групповой (социальный) риск.
Индивидуальный риск характеризует реализацию опасности опреде
ленного вида деятельности для конкретного индивидуума.

Для производства примером расчета индивидуального риска явля
ется расчет коэффициента частоты несчастных случаев за год на конкретном предприятии или в конкретной промышленной сфере.

Коллективный риск — ожидаемое количество пострадавших в ре
зультате аварий на объекте за определенный период времени.

Групповой (социальный) риск представляет собой зависимость меж
ду частотой происшествий (аварий, катастроф, стихийных бедствий) 
и числом пострадавших в них людей [2].

Задача 1.1.1. Рассчитать показатель индивидуального риска трав
матизма, если число травмированных на производстве n, а число работающих — N чел.:

Параметры

Варианты

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

n
4
5
6
7
10
12
14
16
18
20

N
1525
1530
1535
1540
5000
5200
5400
5600
5800
6000

Задача 1.1.2. Чему равен индивидуальный риск травматизма на про
изводственном предприятии, где работают N человек, если коллективный риск равен Rк?

Параметры

Варианты

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

N
1525 1530 1535 1540
5000
5200
5400
5600
5800
6000

Rк
3∙10–2 5∙10–2 6∙10–2 7∙10–22,5∙10–21,2∙10–28,4∙10–26,8∙10–27,8∙10–22,0∙10–2

Задача 1.1.3. Численность населения России 140 млн человек. Ин
дивидуальная вероятность смерти (или риск) от отравления некачественным алкоголем R = 2,4∙10–4 1/чел∙год. Рассчитать число жителей 
России, погибающих в год по этой причине.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БЖД

Задача 1.1.4. Численность населения России 140 млн человек. Ин
дивидуальная вероятность смерти (или риск) от употребления наркотиков R = 4∙10–4 1/чел∙год. Рассчитать число жителей России, погибающих в год по этой причине.

1.2. Системный анализ безопасности

Системный анализ изучает закономерности образования и функ
ционирования сложных многоуровневых систем.

Система — это совокупность компонентов, которые взаимосвяза
ны и взаимодействуют между собой, выполняя заданные и описанные 
функции в определенных условиях [1].

1.2.1. Основные положения теории надежности

Надежность — это свойство объекта сохранять во времени в уста
новленных пределах значения всех параметров, позволяющих выполнять требуемые функции [3].

В настоящее время разработана системная теория надежности, кото
рая позволяет количественным образом оценивать надежность системы. Благодаря данной теории анализ надежности осуществляется комплексно. Она включает индуктивный и дедуктивный методы анализа.

Для количественной оценки надежности применяют вероятност
ные методы и величины.

Одно из основных понятий теории надежности — отказ.
Отказ — это нарушение работоспособного состояния техническо
го устройства из-за прекращения функционирования или из-за резкого изменения его параметров [3].

Теория надежности позволяет оценить вероятность отказа, т. е. веро
ятность того, что техническое устройство выйдет из строя или прекратит функционировать в течение заданного времени работы. В современных технических системах интенсивность отказов лежит в пределах 
10–7–10–8 1/час.

Теория надежности позволяет оценить вероятный срок службы тех
нического устройства, то есть время, по окончании которого техническое устройство вырабатывает свой ресурс и должно подвергнуться 
капитальному ремонту, модернизации или замене.

1.2. Системный анализ безопасности

Техническим ресурсом называют продолжительность непрерыв
ной или суммарной периодической работы технической системы 
от начала ввода ее в эксплуатацию и до наступления предельного 
состояния, не позволяющего продолжать надежную эксплуатацию 
системы [4].

Информация о надежности технических систем накапливается 

в процессе их эксплуатации. Данная информация необходима для 
проведения дальнейших расчетов надежности. Выявляются элементы 
оборудования, обладающие низким техническим ресурсом, и факторы, ускоряющие или вызывающие их отказы. При этом ищут слабые 
места в конструкции, и вырабатываются рекомендации по их улучшению или по оптимизации режимов их работы [5].

1.2.2. Общий метод определения возможности возникновения  

аварийного состояния

Авария технологического оборудования — это процесс, который 

сопровождается разрушением зданий, сооружений, технических 
устройств, выбросом газов, паров, жидкостей, возможным взрывом 
и пожаром, резким изменением технических параметров опасных производственных объектов [4]. Технологическое оборудование, размещенное в опасных производственных помещениях, можно разбить 
на три основных группы:

1) реакционные аппараты, печи, газгольдеры, промежуточные ем
кости, машины;

2) коммуникации и трубопроводы;
3) арматура: задвижки, краны, фланцевые и резьбовые уплотне
ния и т. п.

Жидкости, газы или пары жидкостей, находящиеся в технологиче
ском оборудовании под давлением выше атмосферного или при температуре выше температуры кипения, могут попасть в помещение при 
нарушении целостности оборудования. В этом случае возможны различные варианты развития аварийной ситуации: через запорную арматуру будет происходить медленная утечка вещества, при разрыве 
трубопровода — истечение струей, при разрыве корпуса аппарата или 
срыве крышки — мгновенный выброс.

В каждом случае количество вещества, попавшего в помещение, мо
жет быть определено с некоторым допущением, если, например, известен диаметр трубопровода или емкость аппарата.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БЖД

При медленной утечке вещества взрывоопасная или остротоксич
ная смесь образуется в течение времени, которого вполне достаточно 
для приведения в действие вытяжной вентиляции и осуществления 
других противоаварийных мероприятий. При разрыве трубопроводов 
диаметром в несколько сантиметров опасная концентрация может образоваться в течение 2–3 мин; при разрушении аппаратов или емкостей это происходит за несколько секунд.

Таким образом, всегда необходимо знать, в какой группе элемен
тов наиболее вероятно и возможно возникновение аварийного состояния. Для этой цели применимы вероятностные методы математической статистики.

Нормативные режимы и условия работы каждой группы оборудо
вания можно определить по техническим паспортам и другой технической документации на данное оборудование. Но в то же время эти 
параметры до некоторой степени являются случайной величиной. Поэтому для определения вероятности развития аварийного состояния 
необходимо знать плотности вероятного распределения продолжительности службы для каждой группы оборудования.

Если все оборудование цеха может стать источником выхода опасных 

веществ, то, следовательно, имеется К групп оборудования по n элементов. В этом случае справедлива теорема: при большом числе независимых элементов с малой интенсивностью отказов суммарный поток отказов будет близок к простейшему по истечении некоторого времени, 
независимо от законов распределения сроков службы этих элементов.

Простейшим стационарным пуассоновским потоком называется по
ток, обладающий следующими тремя свойствами [6]:

◊ стационарностью, если попадание того или иного числа отказов 

на участок времени τ зависит только от длины участка и не зависит от того, где именно на оси 0τ расположен этот участок; если 
оборудование эксплуатируется на стационарном участке кривой:  
Λ = f (τ), где Λ — интенсивность отказов, то это условие выполняется;

◊ отсутствием последействия, если для любых неперекрывающих
ся участков времени число событий (в данном случае — отказов), попадающих на один из них, не зависит от числа событий 
(отказов), попадающих на другие участки;

◊ ординарностью, если вероятность попадания на элементарный 

участок Δτ двух или более событий пренебрежимо мала по сравнению с вероятностью попадания одного события (отказа).

1.2. Системный анализ безопасности

В случае простейшего потока событий вероятность р появления m 

событий в интервале времени от t до t + τ находится по закону Пуассона:

 
р n
m
m
e

m
(
)
!
=
= (
)
L
L
t
t,  
(1.2.1) 

где Λτ — среднее число событий (отказов) в интервале τ; Λ — параметр потока отказов.

В частности, вероятность того, что за интервал времени, приня
тый за единицу, не произойдет ни одного отказа (m = 0), будет равна:

 
р
e
( )
0 =
-Lt.  
(1.2.2) 

Для экспоненциального закона плотности вероятной длительности 

службы одного элемента параметр Λ можно выразить через tср:

 
L = 1
tср

,  
(1.2.3) 

где tср — средний срок службы элемента.

Для К групп из n1, n2, …, пk элементов, имеющих интенсивности от
казов Λ1 (t), Λ2 (t), …, Λn (t), параметр Λ (t) составит:

 
Λ (t) = n1 Λ1 (t) + n2 Λ2 (t) + … + nk Λk (t).  
(1.2.4) 

В соответствии с этой теоремой при средних сроках службы элемен
тов T1, T2, …, Тk параметр потока отказов в целом по цеху будет иметь 
справедливый для любых законов распределения длительности службы элементов предел:

 
L =
+
+
+
=
n
T
n
T
n
T
T

k

k

1

1

2

2

1

.  
(1.2.5) 

По Λ или T можно определить вероятность Р (τ) безотказной рабо
ты в течение промежутка времени τ:

 
р
e
Т
( )
0 =
- t

 = e–Λτ.  
(1.2.6) 

Таким образом, устанавливается связь между вероятностью безава
рийной работы оборудования в течение времени τ, степенью наполненности помещения оборудованием и режимом работы со сроками 
службы. Вероятность B того, что отказ элемента m-й группы из К групп 
произойдет, можно оценить из выражения: