Как принцип Даламбера используется работниками охраны труда при добыче полезных ископаемых открытым способом в карьерах
Автор: Мышов Максим Сергеевич
Организация: ГБПОУ «ДПТ»
Населенный пункт: Донецкая Народная Республика, г. Докучаевск
Добыча полезных ископаемых открытым способом является одним из наиболее технологически сложных и потенциально опасных видов промышленной деятельности. Карьеры представляют собой динамические системы, где перемещаются огромные массы грунта, горной породы и тяжелой техники. Обеспечение безопасности в таких условиях требует не только знания нормативных документов, но и глубокого понимания физических процессов, происходящих в недрах и на поверхности.
Одним из фундаментальных законов теоретической механики, лежащих в основе анализа динамики механических систем, является принцип Даламбера. На первый взгляд может показаться, что этот абстрактный физический принцип не имеет прямого отношения к повседневной работе специалиста по охране труда (ОТ). Однако именно законы динамики, формализованные через принцип Даламбера, лежат в основе расчетов устойчивости бортов карьера, тормозных путей самосвалов, устойчивости техники на уклонах и оценки рисков при взрывных работах.
Цель данной статьи — раскрыть, как принцип Даламбера опосредованно используется работниками охраны труда при контроле безопасности в карьерах, и почему понимание физической сути инерционных сил необходимо для компетентной оценки рисков.
1. Сущность принципа Даламбера
Принцип Даламбера, сформулированный французским математиком Жаном Лероном д'Аламбером в XVIII веке, позволяет свести задачи динамики к задачам статики. Формулировка принципа гласит: если к активным силам, действующим на точки механической системы, и реакциям связей присоединить силы инерции точек, то получится уравновешенная система сил.
В векторной форме для материальной точки это записывается как:
где:
Для специалиста по охране труда ключевым понятием здесь является сила инерции. В контексте карьера это сила, возникающая при разгоне, торможении или повороте тяжелой техники, а также сила, действующая на массив горных пород при сейсмических воздействиях или взрывах.
2. Области применения принципа в системе охраны труда карьеров
Специалист по охране труда не решает дифференциальные уравнения движения непосредственно на рабочем месте. Однако нормативные параметры, которые он проверяет, и методы расследования аварий, которые он применяет, базируются на расчетах, выполненных с использованием принципа Даламбера.
2.1. Безопасность транспортного движения
Карьерный транспорт (карьерные самосвалы, экскаваторы, бульдозеры) работает в условиях постоянных изменений скорости и направления.
* Расчет тормозного пути. При экстренном торможении на самосвал действует сила инерции, стремящаяся сохранить движение. Нормативы длины участков дорог, уступов и площадок для разворота рассчитываются инженерами-проектировщиками исходя из уравнения динамики, где сила трения тормозов уравновешивает силу инерции. Специалист по ОТ контролирует соблюдение скоростного режима. Превышение скорости увеличивает силу инерции , что может привести к тому, что сила трения не сможет уравновесить систему (принцип Даламбера перестает выполняться в рамках допустимых связей), и произойдет ДТП.
* Устойчивость на поворотах. При движении по криволинейным участкам возникает центробежная сила инерции. Риск опрокидывания техники напрямую зависит от соотношения высоты центра тяжести, ширины колеи и величины этой силы. Инструктажи по ОТ, запрещающие движение по краю уступа или на высокой скорости в поворотах, являются прямой мерой предотвращения превышения допустимых инерционных нагрузок.
2.2. Устойчивость бортов и отвалов карьера
Одной из главных опасностей в карьере является обрушение бортов. Статический расчет устойчивости (метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения) учитывает только силу тяжести. Однако в реальных условиях действуют динамические нагрузки:
* Сейсмические воздействия и взрывы. При производстве массовых взрывов или при наличии сейсмической активности на массив породы действует ускорение. Согласно принципу Даламбера, к силам тяжести добавляется горизонтальная сила инерции.
* Роль специалиста по ОТ. В проектах развития горных работ (ПРГВ) закладывается коэффициент сейсмичности или динамической нагрузки. Специалист по ОТ должен понимать, что работа тяжелой техники вблизи призмы обрушения создает дополнительные динамические нагрузки (вибрацию), которые через механизм инерционных сил могут снизить коэффициент запаса устойчивости. Поэтому зоны опасного влияния взрывов и границы призмы обрушения, контролируемые службой ОТ, определяются с учетом динамики.
2.3. Расследование аварий и инцидентов
При расследовании несчастных случаев, связанных с опрокидыванием техники или обрушением породы, специалисты по ОТ часто привлекают экспертов-механиков. Реконструкция событий базируется на принципе Даламбера:
1. Определяются следы торможения или деформации.
2. Восстанавливается траектория движения.
3. Рассчитываются ускорения, действовавшие на объект в момент аварии.
4. Делается вывод: была ли превышена допустимая сила инерции для данных условий сцепления или устойчивости.
Без понимания того, что авария произошла из-за того, что активные силы и силы инерции превысили предельные реакции связей (грунта, тормозов, металлоконструкций), профилактические меры будут неэффективны.
2.4. Эксплуатация подъемных механизмов и кранов
На вспомогательных участках карьеров (ремонтные зоны, склады ВМ) используются краны. При подъеме груза с ускорением возникает сила инерции, увеличивающая нагрузку на тросы и металлоконструкции . Правила безопасности (ФНП) требуют ограничения плавности хода именно для того, чтобы минимизировать ускорение и, следовательно, силу инерции. Специалист по ОТ, проверяющий грузозахватные приспособления, косвенно контролирует соблюдение условий, при которых принцип Даламбера не приводит к разрушению системы.
3. Нормативно-правовое отражение физических принципов
Принцип Даламбера не упомянут в правилах охраны труда прямым текстом, но он «зашит» в физические параметры нормативов. Рассмотрим основные документы, применяемые в РФ:
1. ФНП «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых».
* Требования к уклону дорог (не более 60-80 промилле в зависимости от типа транспорта) обусловлены необходимостью, чтобы сила тяги и сила сцепления могли преодолеть силу тяжести и силу инерции при старте на подъеме.
* Требования к расстоянию от техники до борта уступа учитывают возможное обрушение, динамика которого описывается законами механики.
2. ГОСТы на горную технику.
* Испытания тормозных систем и устойчивости против опрокидывания проводятся с созданием искусственных ускорений (инерционных сил), моделирующих предельные режимы работы.
Таким образом, работник охраны труда выступает гарантом того, что реальные условия эксплуатации не выходят за рамки расчетных моделей, в которых использовался принцип Даламбера для обеспечения запаса прочности.
4. Компетентность специалиста по охране труда
Знание основ технической механики, включая принцип Даламбера, повышает квалификацию специалиста по ОТ в следующих аспектах:
* Оценка рисков. Понимание природы инерционных сил позволяет предвидеть опасности, не описанные явно в инструкциях (например, риск смещения груза в кузове самосвала при резком повороте).
* Взаимодействие с техническими службами. Грамотный диалог с главными механиками и маркшейдерами требует понимания терминологии (ускорение, инерция, момент сил).
* Обучение персонала. Объяснение рабочим, почему нельзя «газовать» на краю уступа, через призму физики («машину выбросит инерцией») воспринимается лучше, чем формальное требование «соблюдай инструкцию».
Принцип Даламбера является невидимым фундаментом системы безопасности на карьерах. Хотя работники охраны труда не производят прямых расчетов динамического равновесия, вся их деятельность по контролю за параметрами движения техники, устойчивостью откосов и расследованию механических аварий опирается на следствия этого принципа.
Силы инерции, вводимые в расчеты согласно принципу Даламбера, являются тем фактором, который превращает статичную безопасность в динамическую. Игнорирование физической сути этих процессов ведет к формализму в охране труда, тогда как понимание механики движения позволяет выстраивать превентивную систему защиты жизни и здоровья работников в условиях высокодинамичной среды открытого горного производства.
Список литературы
- Яблонский А. А., Никифорова В. М. Курс теоретической механики: Учебник для вузов. — 19-е изд., стер. — СПб.: Издательство «Лань», 2020. — 368 с.
- Еременко В. А., Еременко А. А. Геомеханика и безопасность в открытых горных работах. — М.: Горная книга, 2018. — 312 с.
- Бахвалов Л. А., Ефремов В. А. Безопасность жизнедеятельности на предприятиях горной промышленности. — Кемерово: КузГТУ, 2019. — 210 с.
- Тарасов В. Ф. Охрана труда в горной промышленности: Учебное пособие. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2015. — 280 с.
Опубликовано: 25.03.2026
Пример сертификата за публикацию статьи
Пример диплома за конкурс
Пример бумажного диплома
Регистрация в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)
Регистрация в Национальном центре ISSN Российской Федерации: 2949-3129
Мы сохраняем «куки»
по правилам,
чтобы персонализировать сайт. Вы можете запретить это в настройках браузера