Development of a mathematical model of industrial injuries in the oil and gas industry of the Russian Federation


Cite item

Abstract

Industrial enterprises are an important link in the economic system of the state: the total share of manufacturing and mining in the structure of GDP in 2020 amounted to more than 20 %. However, hazardous production facilities operated by enterprises, as well as the production process itself, are a source of increased danger to the life and health of employees of organizations. To reduce the damage from accidents at work, preventive measures aimed at reducing injuries and preventing accidents can be taken. The development of a plan of preventive measures is based on the identification of the most significant risk factors, their study and determination of the nature of the impact on injury rates. The oil and gas industry is one of the most important sectors of the Russian Federation and the global economy as a whole. Enterprises in this sector of the economy operate hazardous production facilities, which leads to various cases of industrial injuries that negatively affect the activities of enterprises. As with all sectors of the economy, the oil and gas sector is faced with the problem of reducing the number of accidents in order to reduce economic damage. The article is devoted to the analysis of the causes of injuries in the oil and gas industry of the Russian Federation and the development of a mathematical model for assessing damage from accidents that resulted in complete or partial disability of workers. The practical significance of the study lies in identifying the most likely causes of injuries in the industry in question in order to influence them to reduce the number of accidents. The sensitivity analysis of the model also made it possible to determine the factors that have the greatest impact on the final injury rate. The statistical base of the study covers data for the period of 2012–2020 for enterprises of the entire oil and gas sector of the Russian Federation. It was found that the number of accidents is most influenced by such factors as thermal effects, falls from a height, toxic substances, lack of oxygen and explosion. The increasing damage from industrial injuries indicates the need to study the problem of managing these risks and confirms the relevance of this study.

Full Text

Введение

Производственный травматизм связан с аварийностью на промышленных предприятиях, поэтому изучение проблемы снижения травматизма основывается также на исследовании анализа и управления промышленными рисками в целом. Исследованию проблемы управления рисками посвящены работы отечественных и зарубежных ученых, отражающие различные подходы и методологии.

Одним из распространенных методов является использование в анализе различных диаграмм, которые позволяют визуализировать набор данных [1–4]. В качестве примера приведена диаграмма Исикавы, с помощью которой можно провести анализ системных причин появления рисковых ситуаций, в том числе случаев травматизма, аварий и инцидентов. Такие диаграммы отличаются простотой в применении и используются в различных сферах деятельности. Данный инструмент широко применяется для анализа рисков нефтегазового рынка [5].

Системный подход позволяет определить основные компоненты системы управления рисками, обнаружить «узкие места», определить порядок действий и методы реагирования на рисковые ситуации, что отражено в работах [6–9], посвященных применению данного подхода для анализа риска нефтегазовой отрасли. Авторы в исследованиях [10; 11] применяют метод причинно-следственных связей. В работах выявляются причины аварий, акцентируется внимание на определенных факторах несчастных случаев, которые следует учесть в будущем; определяется примерный ущерб.

Зарубежными авторами [12] рассмотрены риски травм у работников нефтегазовой отрасли, проведен обзор способов снижения числа несчастных случаев данного типа. Американскими исследователями [13] выявлены основные факторы ухудшения здоровья сотрудников нефтегазовых компаний: физическое воздействие (ДТП, падения, пожары и взрывы), химическое воздействие (накопление в организме вредных веществ). Авторы [14] предлагают инструмент, определяющий экономически эффективные мероприятия для снижения негативных последствий после инцидентов на нефтегазовом предприятии с определением причин аварий, ее участников, сроков решения проблемы.

Производственный травматизм исследуется отечественными авторами с точки зрения анализа статистических данных. Испанбетов Т.К. при анализе случаев производственного травматизма использует такие расчетные показатели, как коэффициент частоты травматизма (количество несчастных случаев, приходящихся на 1000 работающих); коэффициент тяжести травматизма (число дней нетрудоспособности на одну травму); коэффициент общего травматизма (количество дней нетрудоспособности на 1000 работающих); коэффициент, определяющий процент несчастных случаев с выходом на инвалидность и со смертельным исходом; количество пострадавших на 1000 работающих [15]. На основе полученных показателей автор делает выводы о динамике травматизма и его параметров. Зарубежные авторы [16] проанализировали ретроспективные данные по травматизму нефтегазового сектора Канады и выявили характерные особенности, отражающие специфику данной отрасли. Авторы исследования [17] также опирались на статистические данные, результатом работы стали выводы о взаимосвязи уровня травматизма и временных параметров трудовой деятельности работников.

При анализе рисков распространено применение математического инструментария, позволяющего определить числовые характеристики рисковых событий. Среди наиболее часто встречающихся инструментов математического моделирования при исследовании промышленного риска можно назвать методы корреляционно-регрессионного анализа, эконометрики и имитационного моделирования [18], [19–21]. Например, в работе [22] риск травматизма рассматривается с помощью аддитивной модели, включающей риск аварийности, риск из-за выполнения работ повышенной опасности; риск из-за неблагоприятных условий труда; риск из-за отсутствия или несоответствия средств индивидуальной защиты. Также существуют модели оценки профессиональной пригодности сотрудников нефтегразового сектора как риск-фактора травматизма. Среди аргументов данной модели показатели распределения и переключения внимания, концентрации и устойчивости внимания, эмоциональной устойчивости, ответственности и др.

Несмотря на значительную степень изученности темы производственного травматизма, разработка модели оценки ущерба от полной или частичной нетрудоспособности работников нефтегазового сектора является актуальной проблемой, поскольку разработана на основе данных за 2012–2020 гг. и отражает специфику данной отрасли.

Исследование статистических данных травматизма нефтегазового сектора в РФ [23] показало увеличение числа пострадавших сотрудников за период 2016–2019 годов (рисунок 1).

 

 

Рисунок 1 – Число пострадавших сотрудников, чел.

Figure 1 – Number of injured employees, people.

 

Колебания числа пострадавших за исследуемый период могут быть обусловлены различными факторами: изменениями в технологии производства, превентивными мероприятиями, уровнем квалификации персонала и т. д. Выявление риск-факторов и их анализ позволят сформировать модель зависимости травматизма работников нефтегазового сектора от различных негативных влияний, характерных для данной отрасли.

 

Ход исследования

Проведем анализ факторов смертельного травматизма на предприятиях нефтегазового комплекса [24]. Основными факторами являются термическое воздействие, разрушенные технические устройства, падение с высоты.

В таблице 1 приняты следующие обозначения:

  • – термические воздействие;
  • – падение с высоты;
  • – токсичные вещества;
  • – недостаток кислорода;
  • – взрыв;
  • – разрушенные технические устройства;
  • – нарушение технологии работ;
  • – поражение электрическим током;
  • – отравление.

Отметим, что результирующий показатель  (всего смертельных случаев) включает в себя кроме вышеперечисленных факторов смерть сотрудника по прочим причинам, которые в работе не рассматриваются.

Рассмотрим аддитивную модель травматизма в виде линейной комбинации риск-факторов:

 

  ,                                                                    (1)

 

где  – свободный член,  – коэффициенты модели,  – факторы модели, i= 1..9. Исследуем переменные , используя для этого статистические данные за 2012–2020 годы по всем предприятиям нефтегазового сектора РФ.

 

Таблица 1 – Статистическая информация по факторам смертельного травматизма (количество случаев)

Table 1 – Statistical information on factors of fatal injuries (number of cases)

Период

          

2012

5

7

4

9

12

2

0

1

3

48

2013

2

2

0

0

1

6

1

0

2

14

2014

14

0

0

0

4

3

0

0

3

24

2015

5

9

2

0

2

4

0

0

1

19

2016

13

3

0

0

1

1

0

0

0

27

2017

15

1

0

0

1

5

0

0

1

23

2018

6

0

2

1

1

5

0

0

1

16

2019

5

2

1

3

0

10

2

0

0

23

2020

4

1

2

1

0

3

0

0

5

16

 

Определим вероятность реализации факторов смертельного травматизма с целью выявления наиболее и наименее вероятных причин смерти на производстве (таблица 2):

 

Таблица 2 – Таблица вероятностей реализации случаев травматизма по факторам

Table 2 – Table of probabilities of injury cases by factors

Период

         

2012

10 %

15 %

8 %

19 %

25 %

4 %

0 %

2 %

6 %

2013

14 %

14 %

0 %

0 %

7 %

43 %

7 %

0 %

14 %

2014

58 %

0 %

0 %

0 %

17 %

13 %

0 %

0 %

13 %

2015

26 %

47 %

11 %

0 %

11 %

21 %

0 %

0 %

5 %

2016

48 %

11 %

0 %

0 %

4 %

4 %

0 %

0 %

0 %

2017

65 %

4 %

0 %

0 %

4 %

22 %

0 %

0 %

4 %

2018

38 %

0 %

13 %

6 %

6 %

31 %

0 %

0 %

6 %

2019

22 %

9 %

4 %

13 %

0 %

43 %

9 %

0 %

0 %

2020

25 %

6 %

13 %

6 %

0 %

19 %

0 %

0 %

31 %

Среднее

34 %

12 %

5 %

5 %

8 %

22 %

2 %

0 %

9 %

 

Наиболее вероятны случаи смертельного травматизма из-за факторов: падение с высоты, токсичные вещества, взрыв, разрушенные технические устройства.

Проведем проверку зависимости от факторов , рассчитав для этого коэффициент парной корреляции (таблица 3).

 

Таблица 3 – Значения парной корреляции

Table 3 – Pair correlation values

Переменная

         
 

0,15

0,46

0,53

0,85

0,90

-0,38

-0,17

0,90

0,06

 

,  и  в модели использоваться не будут, поскольку коэффициент парной корреляции для них отрицательный/близок к нулю,  не используется, так как травматизм из-за данного фактора является маловероятной ситуацией (таблица 2). Проведем проверку переменных  ,…,  на мультиколлинеарность (таблица 4).

 

Таблица 4 – Значения парной корреляции

Table 4 – Pair correlation values

Пары

     
 

1,00

-

-

-

-

 

-0,32

1,00

-

-

-

 

-0,54

0,55

1,00

-

-

 

-0,32

0,42

0,78

1,00

-

 

-0,05

0,49

0,64

0,83

1,00

 

Высокая коррелированность наблюдается между парами  и ,  и . Так как  и  имеют более высокий коэффицент парной корреляции с , по сравнению с , то в модели остаются , , , . С помощью табличного процессора Excel построим модель травматизма нефтегазовой отрасли:

 

.                                 (2)

 

Для проверки качества модели используем коэффициент детерминации и критерий Фишера. Значение коэффициента детерминации , что указывает на ее высокую точность. Расчетный критерий Фишера равен . Табличный критерий при уровне значимости  равен 6,39. Так как , то модель является статистически надежной.

Проведем анализ чувствительности модели расчета числа случаев смертельного травматизма на изменения входящих в нее факторов:

 

,                                                 (3)

 

где  – первоначальное значение параметра,  – новое значение параметра,  – первоначальное значение числа смертельных случаев,  – новое значение числа смертельных случаев. Составим таблицу чувствительности (таблица 5).

 

Таблица 5 – Чувствительность модели к изменению отдельных факторов

Table 5 – Sensitivity of the model to changes in individual factors

Переменная

Чувствительность, %

 
 
 

61

 

 

21

 

 

19

 

 

36

 

 

Модель наиболее чувствительна к изменениям параметра , что говорит о целесообразности воздействия превентивными мероприятиями на данный фактор с целью наиболее эффективного снижения травматизма. Фактор  имел наибольшую вероятность реализации (таблица 2), что также подтверждает результат анализа чувствительности разработанной модели.

Среди мероприятий, воздействующих на данный фактор травматизма, можно привести в качестве примеров курсы повышения квалификации, проверки знаний правил техники безопасности, повышенные требования к средствам индивидуальной защиты работников, потенциально подверженных данному риску. Превентивные мероприятия осуществляются на производстве согласно нормативным документам РФ, отраслевым нормативам и регламенту предприятия. Однако эффективность данных мероприятий различна и зависит от затрат и от снижения травматизма в результате проведенных мероприятий.

Оценка экономической эффективности мер по снижению риска является важной составляющей в процессе управления рисками в любой сфере деятельности. Однако, именно промышленные предприятия имеют наиболее широкие возможности по влиянию на риск-факторы по сравнению с организациями финансового сектора, поскольку сталкиваются в большей степени с внутренними причинами возникновения рисковых ситуаций. Деятельность финансовых организаций в основном связана с влиянием внешних факторов: конъюнктуры рынка, ключевой ставки ЦБ РФ, спроса на предлагаемые продукты и услуги и т. д. Аграрные фирмы зависят от погодных условий, от цен на произведенную продукцию, что отражает влияние внешних факторов. Промышленные предприятия сталкиваются с производственными рисками, на которые можно воздействовать путем проведения предупредительных мероприятий. Выбор данных мероприятий обусловлен их эффективностью, затратами на их проведение и результатом, отражающим снижение травматизма.

 

Полученные результаты и выводы

  1. В работе проведен статистический анализ травматизма нефтегазового сектора, выявлена проблема необходимости снижения случаев травматизма и аварийности.
  2. Выявлены наиболее вероятные риск-факторы для данной отрасли.
  3. Разработана математическая модель, описывающая взаимосвязь между факторами и числом случаев производственного травматизма.
  4. Проведен анализ чувствительности модели, выявлен риск-фактор, оказывающий наибольшее влияние на количество случаев производственного травматизма.

Предложенная модель основывается на ретроспективных данных за 2012–2020 гг. и отражает тенденции этих лет. Для более точного исследования в будущих периодах требуется проверка модели и ее уточнение. Выявление риск-фактора, оказывающего наибольшее влияние на показатель травматизма, имеет важное значение при проведении предупредительных мероприятий, поскольку позволяет воздействовать на наиболее вероятную причину несчастных случаев.

Разработанная модель может применяться предприятиями нефтегазового сектора РФ для анализа травматизма и при разработке плана предупредительных мероприятий, а также страховыми компаниями при андеррайтинге промышленных рисков нефтегазовых компаний.

×

About the authors

Elena P. Rostova

Samara National Research University

Author for correspondence.
Email: el_rostova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6432-6590

Doctor of Economics, associate professor of the Department of Mathematical Methods in Economics

Russian Federation, 34, Moskovskoye shosse, Samara

Alena A. Zinovieva

Samara National Research University

Email: lyonchik2411@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8759-7361

Master’s degree student

Russian Federation, 34, Moskovskoye shosse, Samara

References

  1. Yakimova D.V. Analysis of industrial injuries in an oil and gas organization. In: Technosphere safety: materials of the Seventh National research and technical conference. Omsk, 2020, pp. 95–98. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44107897. EDN: https://www.elibrary.ru/iifscg. (In Russ.)
  2. Gazya G. V. Analysis of industrial injuries in Surgut city organizations for the first half of 2020. In: Safe North – clean Arctic: materials of the III all-Russian research and practical conference. Surgut, 2020, pp. 54–60. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44851901. EDN: https://www.elibrary.ru/gssxyy. (In Russ.)
  3. Aralov E.S. Influence of harmful factors on the human body in the oil and gas industry. Gradostroitel'stvo. Infrastruktura. Kommunikatsii, 2019, no. 4 (17), pp. 34–38. Available at: https://www.elibrary.ru/
  4. item.asp?id=41746118. EDN: https://www.elibrary.ru/mibjzo. (In Russ.)
  5. Yuan C. Evaluation on consequences prediction of fire accident in emergency processes for oil-gas storage and transportation by scenario deduction. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2021, vol. 72, p. 104570. DOI: http://doi.org/10.1016/j.jlp.2021.104570.
  6. Antonova E.D. Evaluation of the effectiveness of measures to reduce injuries at an oil-producing enterprise: master’s thesis: 20.04.01: defended 31.05.19: approved 31.05.19. Tomsk, 2019, 130 p. Available at: https://earchive.tpu.ru/handle/11683/53907. (In Russ.)
  7. Gazya G.V. Implementation features of systematic approach to level reduction of occupational traumatism and diseases at oil and gas complex enterprises in the KhMAO – Ugra. In: Technologies of the future of oil and gas producing regions: collection of articles from the first international research and practical conference of young scientists and specialists, held as a part of the events of the First International youth research and practical forum «Oil capital». Surgut, 2018, pp. 54–58. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35206674. EDN: https://www.elibrary.ru/xsixat. (In Russ.)
  8. Turenko B.G., Khamnaew V.A. Methodical aspects of comparison of use of effective systems of transportation of oil, gas, oil and gas products. Azimuth of Scientific Research: Economics and Administration, 2020, vol. 9, no. 3 (32), pp. 389–393. DOI: http://doi.org/10.26140/anie-2020-0903-0093. EDN: https://www.elibrary.ru/hegumg. (In Russ.)
  9. Novoselova K.A., Vlasenko Yu.G., Schastnuy V.V., Kazykhanov A.I. Research of risk control system-states of oil and gas enterprises. In: Collection of selected articles based on the materials of the scientific conference of the State Research Institute «National Development». Saint Petersburg, 2019, pp. 310–312. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=38181001. EDN: https://www.elibrary.ru/vfdwcm. (In Russ.)
  10. Zhdanov M.S. Risk management of oil and gas enterprises. Sovremennye nauchnye issledovaniya i razrabotki, 2018, no. 6 (23), pp. 260–263. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35690319. EDN: https://www.elibrary.ru/vaskia. (In Russ.)
  11. Biezma M.V. Most fatal oil & gas pipeline accidents through history: A lessons learned approach. Engineering Failure Analysis, 2020, vol. 110, p. 104446. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2020.104446.
  12. Misuri A. Technological accidents caused by floods: The case of the Saga prefecture oil spill, Japan 2019. International Journal of Disaster Risk Reduction, 2021, vol. 66, p. 102634. DOI: http://doi.org/10.1016/j.ijdrr.2021.102634.
  13. Vatanparast S. Hand and Finger Injury Risks in Oil and Gas Industry. Retrieved from EHS Today, 2016. Available at: https://www.ehstoday.com/ppe/hand-protection/article/21917327/hand-and-finger-injury-risks-in-oil-and-gas-industry.
  14. Alison E. Health and Safety in Oil and Gas Extraction. Retrieved from AGI, 2018, Part 22/24. Available at: https://www.americangeosciences.org/geoscience-currents/health-and-safety-oil-and-gas-extraction.
  15. Shahata W. A Tool to Identify the Proactive Corrective Actions after the Accidents in Oil and Gas Industry. International Journal of Petroleum and Petrochemical Engineering (IJPPE), 2018, vol. 4, issue 1, pp. 32–44. DOI: http://dx.doi.org/10.20431/2454-7980.0401005.
  16. Ispanbetov T.K. Issues of methodology of assessment of production risks at the enterprises of oil and gas industry. Aktual'nye problemy ekonomiki i upravleniya na predpriyatiyakh mashinostroeniya, neftyanoi i gazovoi promyshlennosti v usloviyakh innovatsionno-orientirovannoi ekonomiki, 2014, vol. 1, pp. 60–65. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22976188. EDN: https://www.elibrary.ru/tiumlj. (In Russ.)
  17. Dang J. The impact of traumatic injury in the oil and gas industry. Trauma, 2018, vol. 21, issue 1, pp. 61–67. DOI: http://doi.org/10.1177 %2F1460408617744817.
  18. Injuries on offshore oil and gas installations: An analysis of temporal and occupational factors. Retrieved from Research Gate. Available at: https://www.researchgate.net/publication/235974692_Injuries_on_offshore_oil_and_gas_installations_An_analysis_of_temporal_and_occupational_factors.
  19. Seredkina A.A. Determination of statistical dependence between magnetic storms and accidents at oil and gas industry facilities. In: Topical issues of fire safety and protection from emergencies: collection of materials of the all-Russian research and practical conference. Zhelezngorsk, 2021, pp. 353–362. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46593679. EDN: https://www.elibrary.ru/sjbrnv. (In Russ.)
  20. Levsha M.V. Modeling and assessment of risks of industrial safety of oil and gas enterprises. Colloquium-journal, 2020, no. 8-1 (60), pp. 43–45. DOI: http://doi.org/10.24411/2520-6990-2020-11530. EDN: https://www.elibrary.ru/otbfjj. (In Russ.)
  21. Melnikova D.A. Theoretical and practical aspects of building an industrial safety management system at hazardous production facilities (on the example of Gazprom Transgaz Samara LLC). Nauka i tekhnika, 2021, no. 1, pp. 83–90. (In Russ.)
  22. Kemp A.G. Health, safety and environmental (HSE) regulation and outcomes in the offshore oil and gas industry: Performance review of trends in the United Kingdom Continental Shelf. Safety Science, 2021, vol. 148, p. 105634. DOI: http://doi.org/10.1016/j.ssci.2021.105634.
  23. Melnikova D.A., Krivova M.A., Yagovkin N.G. Method of selecting the most effective measures to eliminate occupational risks at workplaces of hazardous production facilities. Problems of gathering, treatment and transportation of oil and oil products, 2014, no. 1 (95), pp. 119–128. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21597110; http://ntj-oil.ru/article/view/2027. EDN: https://www.elibrary.ru/sepvwt. (In Russ.)
  24. Glebova E.V. Reducing the risk of accidents and injuries in the oil and gas industry based on the model of professional suitability of operators: author’s abstract of Doctoral of Technical Sciences thesis: 05.26.03: defended 27.02.09: approved 27.02.09. Ufa, 2009, 46 p. Available at: https://www.dissercat.com/content/snizhenie-riska-avariinosti-i-travmatizma-v-neftegazovoi-promyshlennosti-na-osnove-modeli-p-0/read; https://www.elibrary.ru/item.asp?id=15932412. EDN: https://www.elibrary.ru/nkqwot. (In Russ.)

Copyright (c) 2022 Vestnik of Samara University. Economics and Management

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies