___________________________________________________________________________
Badania, ocena i profilaktyka zagrożeń aerologicznych
w działalności Zakładu Aerologii Górniczej
KGHM CUPRUM
Sławomir GAJOSIŃSKI
1), Władysław TURKIEWICZ
1), Maciej NOWYSZ
1),
Wojciech KULIK
1), Grzegorz KONDRATOWICZ
1), Andrzej FIDOS
1)1) KGHM CUPRUM Sp. z o.o. – Centrum Badawczo-Rozwojowe, Wrocław
e-mail: sgajosinski@cuprum.wroc.pl
Streszczenie
W artykule przedstawiono zakres działalności Zakładu Aerologii Górniczej KGHM CUPRUM w rozwiązywaniu problemów ruchowych kopalń w związku z występującym zagrożeniem klimatycznym, gazowym oraz pyłowym. Scharakteryzowano działania, zmierzające do opra-cowania tzw. temperatury zastępczej klimatu, jako wskaźnika oceny warunków klimatycznych w warunkach wyrobisk górniczych. Przedstawiono zakres badań, wykonanych zarówno w celu potwierdzenia zasadności wprowadzenia nowego wskaźnika oceny klimatu, jak i w celu wykazania skuteczności stosowania indywidualnych osłon klimatycznych oraz wpływu trud-nych warunków klimatycznych na organizm pracowników. W artykule zaprezentowano opra-cowane w Zakładzie Aerologii Górniczej rozwiązania techniczne w obszarze techniki klimaty-zacji stanowiskowej, stanowiącej istotny w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. kierunek poprawy warunków pracy.
Słowa kluczowe: górnictwo, aerologia górnicza, zagrożenia naturalne
Research, assessment and prevention of aerological hazard
in the activity of the Mining Aerology Department
Abstract
The article presents the scope of activities of Mining Aerology Department of KGHM CUPRUM in solving operational problems of mines in connection with the existing climatic, gas and dust hazard. Activities aimed at developing the so-called substitute climate tem-perature as an indicator of the assessment of climatic conditions in mining workings have been described. The scope of research carried out both to confirm the legitimacy of intro-ducing a new climate assessment index and to demonstrate the effectiveness of individual climate protection measures and the impact of difficult climatic conditions on the employ-ees' bodies was presented. The article presents technical solutions developed at the De-partment in the area of station air-conditioning technology, which is an important direction of improvement of working conditions in KGHM Polska Miedz S.A. mines.
Wprowadzenie
Wraz z wydobyciem kopalin metodą podziemną występują liczne zagrożenia dla zdrowia i życia pracującej załogi górniczej, związane z niekorzystnymi parametrami fizyko-chemicznymi atmosfery kopalnianej. Są one kwalifikowane jako zagrożenia aerologiczne, zaś należą do nich: zagrożenie klimatyczne, gazowe (metanowe, wy-stąpieniem siarkowodoru i innych gazów toksycznych i niebezpiecznych, np. tlenków azotu, siarki, węgla), zagrożenie zjawiskami gazogeodynamicznymi, pyłowe oraz radiacyjne. Identyfikacją, oceną oraz profilaktyką w warunkach wymienionych powy-żej zagrożeń zajmuje się aerologia górnicza, definiowana jako nauka i praktyka do-tycząca wentylacji wyrobisk górniczych i zjawisk związanych z przewietrzaniem wy-robisk.
1. Projekty badawczo-rozwojowe i usługowe w Zakładzie Aerologii
Górniczej dotyczące zagadnień aerologicznych w kopalniach
W historii KGHM CUPRUM zagadnienia przewietrzania wyrobisk kopalń podejmo-wane były od początku istnienia firmy, zaś zespół zajmujący się aerologią funkcjo-nował w różnych strukturach organizacyjnych. Aktualnie przedmiotowe prace pro-wadzone są w Zakładzie Aerologii Górniczej w następującym zakresie merytorycz-nym: ogólne zagadnienia przewietrzania kopalń, a w tym:
sposoby przewietrzania poszczególnych rejonów eksploatacyjnych i przygotowawczych,
analiza i ocena skuteczności działania systemów wentylacyjnych i klima-tyzacyjnych w kopalniach,
badania i prognoza stanu zagrożeń aerologicznych,
opracowanie szczegółowych zasad prowadzenia ruchu i profilaktyki w warunkach zagrożeń aerologicznych,
wykonywanie charakterystyk pracy wentylatorów głównego przewietrza-nia kopalń,
zagrożenie gazowe, a w tym:
ekspertyzy w zakresie rozpoznania potencjalnego zagrożenia gazowego oraz wyrzutami gazów i skał,
analizy i ocena stanu zagrożenia gazami pochodzenia naturalnego oraz emitowanymi w procesach technologicznych,
opracowywanie metod skutecznej profilaktyki dla minimalizacji poziomu zagrożeń gazowych w kopalniach,
zagrożenie klimatyczne, a w tym:
zagadnienia związane z poprawą warunków termicznych w rejonach kopalń z zagrożeniem klimatycznym, a zwłaszcza na indywidualnych stanowiskach pracy,
analizy i ocena warunków wentylacyjno-klimatycznych w wyrobiskach górniczych i w obiektach przemysłowych, wraz z oceną ich wpływu na organizm pracowników, wydatek energetyczny oraz koszt fizjologiczny pracy,
wykonywanie i dostawa górniczych urządzeń klimatyzacyjnych oraz sta-nowiskowych kabin klimatyzowanych,
zagrożenie pyłowe, a w tym ocena stanu zagrożenia pyłowego w proce-sie technologicznym wydobycia rudy miedzi i innych kopalin oraz meto-dy ich zwalczania.
W ramach Zakładu Aerologii Górniczej funkcjonuje akredytowane Laboratorium Zagrożeń Pyłowo-Gazowych i Klimatycznych, którego zakres działalności obejmuje analizy chromatograficzne gazów, pomiary zawartości gazów toksycznych w środo-wisku pracy, degazację próbek rdzeni skalnych pobranych z otworów wiertniczych, pomiary zapylenia powietrza, oznaczanie zawartości krzemionki krystalicznej w pyłach przemysłowych oraz pomiary parametrów wentylacyjno-klimatycznych środowiska pracy.
Szczególnymi osiągnięciami Zakładu Aerologii Górniczej w efekcie realizacji prac zleconych z KGHM Polska Miedź S.A., a także projektów finansowych ze środków publicznych są:
strategia rozwoju klimatyzacji, obejmująca określenie potrzeb w zakresie dostarczania energii chłodniczej do obecnych i perspektywicznych rejonów robót, koncepcję wytwarzania, dystrybucji i wykorzystania chłodu oraz za-gadnienia ruchowe związane z zabudową infrastruktury klimatyzacyjnej w wyrobiskach dołowych,
opracowanie wskaźnika oceny stanu zagrożenia klimatycznego tzw. tempe-ratury zastępczej klimatu Tzk, wraz z określeniem zasad zatrudniania
pra-cowników w trudnych warunkach środowiskowych, bazujących na wskaźni-ku Tzk,
opracowanie innowacyjnych rozwiązań w zakresie doprowadzania i ochrony termicznej powietrza świeżego (np. otwory wielkośrednicowe wiercone z powierzchni, termoizolacja wyrobisk górniczych),
opracowanie, wytwarzanie i dostawa agregatów chłodniczych do klimatyza-cji stanowiskowej w kopalniach rud miedzi,
prognozy stanu zagrożenia gazowego, zabezpieczające potrzeby ruchowe kopalń KGHM Polska Miedź S.A., wraz z określaniem zasad bezpiecznego prowadzenia robót górniczych w warunkach zagrożenia,
opracowanie, na potrzeby ruchowe kopalń, dokumentacji: „Ramowe zasady stosowania temperatury zastępczej klimatu w ZG KGHM Polska Miedź S.A.”,
opracowanie dokumentacji „Zasady prowadzenia robót górniczych w warun-kach możliwości wystąpienia zagrożenia gazowego i potencjalnych zjawisk gazogeodynamicznych w ZG KGHM Polska Miedź S.A.”.
Niniejszy artykuł przedstawia dotychczasowe, wieloletnie działania i osiągnięcia Zakładu Aerologii Górniczej KGHM CUPRUM i jest podsumowaniem tych działań, głównie w obszarze nad temperaturą zastępczą klimatu oraz profilaktyką klimatyczną.
2. Badania i analizy Zakładu Aerologii Górniczej w zakresie oceny
oraz kwalifikacji stanu zagrożenia klimatycznego
na powierzchniowych i dołowych stanowiskach pracy
Zgodnie z powyższą prezentacją istotnym obszarem działalności Zakładu Aerologii Górniczej są zagadnienia, dotyczące identyfikacji, kwalifikacji, oceny i profilaktyki w warunkach zagrożenia klimatycznego, w tym problemy dotyczące normowania pracy w przedmiotowym zagrożeniu. W dalszej części artykułu wybrano i
przedsta-wiono szczegółowo przykładowe aspekty badawcze z projektów i zadań badaw-czych Zakładu, związane z zagrożeniem klimatycznym.
Z przeprowadzonego rozpoznania wynika, że pierwszym krajem, w którym w roku 1905 wprowadzono ustawodawstwo, mające na celu ograniczenie nadmiernego ob-ciążenia cieplnego pracowników zatrudnionych w kopalniach podziemnych, były Niemcy. W przyjętym wówczas prawie określono dopuszczalną wartość temperatury suchej powietrza na poziomie 28 oC oraz wprowadzono zapisy zmniejszające długość zmiany roboczej w przypadku trudnych warunków klimatycznych. Do roku 1960 roz-wiązania legislacyjne, zabezpieczające przed nadmiernym obciążeniem cieplnym w górnictwie podziemnym, ustanowiono w kolejnych czterech krajach: w Belgii, w Holandii, w Polsce oraz w Nowej Zelandii. Od tamtego czasu lista krajów, w których cieplne warunki pracy zostały prawnie uregulowane, uległa rozszerzeniu. Aktualnie w części krajów z rozwiniętym przemysłem wydobywczym obowiązują obligatoryjne rozwiązania legislacyjne, w innych krajach normy mają charakter fakultatywny.
Systematyczne badania obciążenia cieplnego i wpływu pracy w podwyższonej temperaturze otoczenia na stan zdrowia osób zatrudnionych w głębokich kopalniach węgla i rud są prowadzone w różnych krajach od wielu lat, a wynikiem ich są wskaźniki i normy klimatyczne [6-8]. Ze względu na sposób ujęcia wielkości obcią-żenia cieplnego w miejscach pracy, można je podzielić na dwie zasadnicze grupy:
wskaźniki (normy) określane przez tzw. temperaturę efektywną lub zastęp-czą, będącą funkcją temperatury powietrza i prędkości przepływu, przed-stawione w postaci wzorów analitycznych, nomogramów oraz tablic,
normy określone odpowiednimi przepisami bhp, ustalającymi graniczną temperaturę powietrza kopalnianego oraz zdolność chłodzenia, uwzględnia-jące w niektórych przypadkach także prędkość ruchu powietrza.
W rozważaniach teoretycznych, oraz częściowo praktycznych, związanych z sposobami oceny warunków cieplnych (klimatycznych), w miejscach pracy w wy-robiskach podziemnych funkcjonuje wiele różnych wskaźników odnoszących się do wielkości dopuszczalnego obciążenia cieplnego. W celu zilustrowania różnorodności metod określania wielkości obciążenia cieplnego, poniżej przedstawiono wskaźniki dla praktycznego stosowania w kopalniach podziemnych w różnych krajach [3].
W górnictwie niemieckim obowiązuje norma Bergverordnung zum Schutz der Gesundheit gegen Klimaeinwirkungen (KlimaBergV) z 1983r., według której w ko-palniach węgla kamiennego i rud kryterium dopuszczalnej pracy górników jest tzw. amerykańska temperatura efektywna.
Belgijska temperatura efektywna, opracowana dla środowisk gorących i wilgot-nych panujących w belgijskim przemyśle węglowym, oparta jest na temperaturze suchej ts i temperaturze wilgotnej tw.
W kopalniach amerykańskich nie obowiązują normy dotyczące zagrożenia klima-tycznego, jednakże zalecane są wartości graniczne obciążenia cieplnego, bazujące na wskazaniach termometru wilgotnego. Inżynier wentylacji określa wartości mak-symalnej temperatury efektywnej w miejscu pracy w oparciu o przeprowadzone badania oraz posiadane doświadczenie.
Przepisy górnicze w Kanadzie również nie określają maksymalnych temperatur w miejscu pracy. Maksymalne temperatury są określane w sposób podobny, jak w Stanach Zjednoczonych.
W Australii, w niektórych stanach, obowiązują jednolite rozwiązania legislacyjne podobne do niemieckich, natomiast w innych stanach istnieją odrębne przepisy dla podziemnych kopalń węgla oraz kopalń wydobywających rudy metali żelaznych i nieżelaznych.
W przepisach dotyczących bhp w górnictwie Republiki Południowej Afryki okre-ślona jest graniczna: temperatura termometru mokrego, temperatura termometru suchego i temperatura promieniowania górotworu. Przekroczenie granicznych tem-peratur oznacza dla pracodawcy konieczność stworzenia systemu zarządzania ry-zykiem w podwyższonych temperaturach.
W górnictwie podziemnym Bułgarii obowiązują dopuszczalne wartości tempera-tury powietrza mierzonej na termometrze suchym, przy uwzględnieniu temperatury pierwotnej górotworu.
W kopalniach podziemnych Republiki Czeskiej przy określaniu stanu warunków klimatycznych i normowania czasu pracy w przypadku wystąpienia zagrożenia kli-matycznego obowiązują zapisy, podane w rozporządzeniu rządu. Warunki mikrokli-matyczne na stanowiskach pracy w kopalniach określane są parametrami tempera-tury powietrza wilgotnego i suchego, względnej wilgotności powietrza oraz szybkości przepływu powietrza.
W Wielkiej Brytanii nie ma wydzielonego prawa górniczego, bezpieczeństwo w podziemnych zakładach górniczych, wydobywających kopaliny inne niż węgiel kamienny, regulowane jest przepisami dotyczącymi bezpieczeństwa i higieny pracy dotyczącymi również innych branż przemysłu.
Uwzględniając powyżej przedstawione metody oceny i normowania czasu pracy w zależności od warunków klimatycznych, należy podkreślić ścisłe powiązanie w większości „krajów górniczych” warunków środowiska pracy (a zwłaszcza mikro-klimatycznych) z uciążliwością pracy – określoną przez ciężkość pracy.
Określanie termicznych warunków pracy jedynie na podstawie temperatury po-wietrza zmierzonej termometrem suchym i intensywności chłodzenia zmierzonej katatermometrem w katastopniach wilgotnych jest przestarzałe i w świetle postępów w zakresie fizjologii pracy wymagało zasadniczej weryfikacji. Propozycję nowego sposobu oceny warunków klimatycznych w wyrobiskach górniczych kopalń rud mie-dzi opracowano w CUPRUM w 1985 r. Zasadniczym założeniem proponowanego nowego sposobu oceny warunków klimatycznych była potrzeba spełnienia następu-jących warunków, a mianowicie, wskaźnik winien:
uwzględniać wszystkie istotne czynniki wpływające na obciążenie cieplne,
uwzględniać odpowiednią wagę poszczególnych czynników, które wpływają na obciążenie cieplne,
stanowić podstawę dla miarodajnego określania dopuszczalnego obciążenia cieplnego w różnych warunkach mikroklimatycznych przy różnym i zmien-nym obciążeniu pracą fizyczną,
pomiary, obliczenia i ocena wyników badań obciążenia cieplnego powinna być prosta i łatwo sprawdzalna.
Uwzględniając powyższe założenia i wnioski, wynikające z przeprowadzonych analiz i ocen stosowanych w górnictwie światowym sposobów oceny warunków klimatycznych, zaproponowano, aby nowy wskaźnik oceny warunków klimatycznych dla kopalń LGOM był funkcją następujących czynników [7]: temperatury powietrza kopalnianego zmierzonej termometrem suchym (ts) i wilgotnym (tw), temperatury
promieniowania (tg), wielkości metabolizmu (wydatku energetycznego M) oraz
pręd-kości ruchu powietrza (w), czyli:
( )
(1) gdzie: Tzk – temperatura zastępcza komfortu cieplnego.
Korzystając z powyższego założenia oraz przyjmując, że wynik oceny warunków klimatycznych w określonym miejscu wyrobiska górniczego powinien być podobny do np. wskaźnika WBGT, wzór nowego wskaźnika oceny warunków klimatycznych przyjmuje postać:
(2) gdzie:
Tzk – temperatura zastępcza komfortu cieplnego,
ts, tw – temperatura powietrza kopalnianego zmierzona termometrem suchym
i wilgotnym,
w – prędkość ruchu powietrza, przy czym, w ≤ 0,3 m/s,
a, b – współczynnik temperatury zastępczej komfortu cieplnego, przy czym a + b =1,
WBGTgr – graniczna dopuszczalna wartość wskaźnika dla kategorii ciężkości
pracy.
W celu wyznaczenia współczynników a i b, zawartych we wzorze (4), przepro-wadzono na stanowiskach pracy w kopalniach LGOM pomiary parametrów charak-teryzujących warunki mikroklimatu środowiska pracy. Wykonano je w okresie od kwietnia do sierpnia 1985 r. w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. Ogółem doko-nano pomiarów parametrów mikroklimatu w 143 miejscach. Objęto nimi wszystkie miejsca pracy na określonych oddziałach, również te, w których nie byli zatrudnieni ludzie. Miejsca pomiarów wybierano tak, aby wyznaczyć najbardziej niekorzystne termiczne warunki środowiska. W około 40% miejsca pomiarowe zlokalizowano w zużytym prądzie powietrza kopalnianego. W trakcie pomiarów mierzono parame-try powietrza, określone we wzorze (2), oraz parameparame-try, wchodzące w skład wskaź-nika WBGT, tj. temperaturę wilgotną naturalną powietrza kopalnianego przy wyko-rzystaniu poczernionej kuli Vernona.
Ostatecznie wzór na obliczanie temperatury zastępczej komfortu cieplnego (tem-peratura zastępcza klimatu) przyjmuje postać:
(3) gdzie:
tw – temperatura powietrza zmierzona termometrem wilgotnym, oC,
ts – temperatura powietrza zmierzona termometrem suchym, o
C,
w – średnia prędkość przepływu powietrza w wyrobisku, w m/s pomnożona przez współczynnik przeliczeniowy równy 1 s o
C/m.
Nowy wskaźnik oceny warunków klimatycznych nazwano temperaturą zastępczą komfortu cieplnego i stanowił pewną modyfikację wskaźnika WBGT, dostosowaną do wymogów i warunków kopalń podziemnych, ze szczególnym uwzględnieniem kopalń rud miedzi. Prowadzone badania oraz konsultacje ze specjalistami w tym zakresie umożliwiły opracowanie i ustanowienie w marcu 1997 r. Polskiej Normy, w której przedmiotowy wskaźnik nazwano temperaturą zastępczą klimatu. Postano-wienia normy określają warunki i zakres stosowania temperatury zastępczej. Tak więc zaproponowany sposób oceny warunków klimatycznych, przy wykorzystaniu temperatury zastępczej klimatu, jest na obecnym etapie omawianego zagadnienia pewnym kompromisem między stosowaniem wskaźników bardziej precyzyjnych i dokładnych, lecz skomplikowanych, a posługiwaniem się wskaźnikami prostymi,
ale mało dokładnymi [8]. Powyższy sposób daje możliwość ilościowego określania cieplnych warunków pracy i w lepszy sposób pozwala na kształtowanie bezpiecz-nych cieplbezpiecz-nych warunków pracy załogi dołowej w przestrzeni wyrobisk górniczych. Prowadzone wieloletnie uzgodnienia w Wyższym Urzędzie Górniczym, jak również w Polskim Komitecie Normalizacyjnym Sekcji Górnictwa w Katowicach, doprowadziły do ustanowienia normy PN-G-3100 „Ochrona Pracy, Warunki klimatyczne kopalń podziemnych, Wyznaczanie temperatury zastępczej klimatu” w marcu 1997 r., zmo-dyfikowanej w roku 2014.
Stosowana w górnictwie rud miedzi KGHM Polska Miedź SA temperatura za-stępcza klimatu odpowiada zasadom obowiązującym w rozwiniętych górnictwach światowych. Jest ona uzależniona od ciężkości pracy i temperatury powietrza kopal-nianego, jak również prędkości jego ruchu. Uwzględniając doświadczenia innych krajów oraz górnictwa rud miedzi, można stwierdzić, że potwierdzeniem powyższe-go są badania medyczno-techniczne w zakresie stanu zagrożenia klimatycznego, prowadzone na przestrzeni ostatnich lat stosowania temperatury zastępczej klimatu w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A.
Przedmiotowe badania polegały na pomiarach parametrów klimatycznych na wybranych stanowiskach pracy, wraz z równoczesnym określeniem wskaźników przyjmowanych do oceny warunków pracy, podstawowych parametrów fizjologicz-nych (temperatura wewnętrzna, częstość akcji serca) i temperatury warstewki po-wietrza przy skórze pracownika, stosującego odzież ochronną na stanowiskach gorących, z ciągłym monitoringiem (rys. 1) przez całą zmianę roboczą.
1.Kapsułka Thermal Pill; 2. Monitor rejestrujący mierzone parametry (temperatura wewnętrzna i skóry, częstość akcji serca, częstość oddechów); 3. Czujnik temperatury zewnętrznej mierzący wartość
tempe-ratury suchej powietrza na stanowisku pracy; 4. Elektroda do pomiaru tempetempe-ratury skóry; 5. i 6. Zestaw do pomiaru częstości akcji serca i częstości oddechów
Efektem przedmiotowych badań techniczno-medycznych jest określenie zasad zatrudniania, uwzględniających szczegółowo:
identyfikację wskaźników stanowiących podstawowe kryterium zatrudniania pracowników w warunkach zagrożenia klimatycznego,
metodykę wyznaczania Tzk oraz graniczne wartości Tzk,
możliwości pracy krótko- i długotrwałej w warunkach środowiska z Tzk
powyżej wartości granicznej,
stosowanie osobiście regulowanych przez pracowników przerw w pracy. Wyniki przedmiotowych badań pozwoliły na ocenę kosztu fizjologicznego pracy operatorów samojezdnych maszyn górniczych (rys. 2) oraz górników niebędących operatorami SMG (np. obsługa przenośników taśmowych, elektromonterzy, górnicy strzałowi, górnicy przodowi, dozór itp. – rys. 3).
Rys. 2. Parametry kosztu fizjologicznego pracy operatorów SMG
W podsumowaniu uzyskanych wyników badań stwierdzono, że średnia we-wnętrzna temperatura pracowników niebędących operatorami maszyn samojezd-nych była wyższa niż w przypadku pracowników obsługujących SMG.W całej bada-nej populacji górników niebędących operatorami SMG średnie wartości tętna były wyższe niż średnie tętno operatorów. Natomiast chwilowe maksymalne tętno było najwyższe u górników obsługujących przenośniki taśmowe oraz górników przodo-wych, strzałowych i dozoru.
Opracowana w Zakładzie Aerologii Górniczej KGHM CUPRUM temperatura za-stępcza klimatu została wprowadzona do stosowania w polskim górnictwie pod-ziemnym Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 29 stycznia 2013 r. w spra-wie zagrożeń naturalnych [5]. Podstawowe kryteria oceny warunków klimatycznych zostały określone w rozdziale 6. przedmiotowego rozporządzenia. W rozpatrywanym rozdziale określone zostały kryteria stopni zagrożenia klimatycznego z uwzględnie-niem określonych wartości temperatury zastępczej klimatu. W 2016 r. Minister Ener-gii wydał rozporządzenie z dnia 23 listopada w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących prowadzenia ruchu podziemnych zakładów górniczych [4]. W przed-miotowym rozporządzeniu zagadnienia oceny warunków klimatycznych z wykorzy-staniem temperatury zstępczej klimatu znalazły odzwierciedlenie w załączniku 3. punkt 3., i 4., w których określono zakres pomiarów mikroklimatu, wyznaczenie tem-peratury zstępczej klimatu oraz zasady zatrudniania pracowników w warunkach zagrożenia klimatycznego.
Na podstawie wymienionych rozporządzeń wiceprezes ds. produkcji KGHM Polska Miedź S.A. wydał Ustalenia organizacyjne nr PT/11/2017 w sprawie określenia warunków klimatycznych w podziemnych zakładach górniczych KGHM Polska Miedź S.A. W powyższych ustaleniach wiceprezes zarządu ds. produkcji KGHM Polska Miedź S.A. zobowiązał kierowników ruchu zakładów górniczych Lubin, Polkowice-Sieroszowice oraz Rudna do wprowadzenia w życie „Zasad stosowania temperatury zastępczej klimatu do oceny warunków klimatycznych w zakładach górniczych KGHM Polska Miedź S.A.” [10]. Przywołane „Zasady….” opracowane zostały w ramach realizacji prac badawczych przez Zakład Aerologii Górniczej w konsultacji ze służbami wentylacyjnymi kopalń rud miedzi w LGOM [9].
Badania parametrów mikroklimatu w środowisku pracy, kosztu fizjologicznego pracy, przy uwzględnieniu wielkości wydatku energetycznego, prowadzone były przez zespół badawczy Zakładu Aerologii Górniczej także:
w wyrobiskach podczas pracy z wykorzystaniem przez pracowników doło-wych tzw. kamizelek chłodzących,
na stanowiskach pracy na wydziałach produkcyjnych huty miedzi.
W ramach działań
prowadzonych w
KGHM Polska Miedź S.A., dotyczących poszukiwania nowych rozwiązań dla profilaktyki w warunkach zagrożenia klimatycz-nego, CUPRUM uczestniczyło w testach dołowych trzech typów kamizelek chłodzą-cych, a mianowicie [2]: kamizelki TechNiche (wykorzystuje przemianę fazową lodu, zawartej w pa-kietach chłodzących, oraz ciepło odparowania wody),
kamizelki Cool Shirt model Aqua vest cooling system (kamizelka ma wężownicę z zimną wodą),
kamizelki Feltest (wykorzystuje ciepło odparowania ochłodzonej wody, za-absorbowanej w specjalnym materiale kamizelki, wiążącym wodę).
Poszczególne rodzaje kamizelek testowali pracownicy dołowi w O/ZG „Rudna” i O/ZG „Polkowice-Sieroszowice”, zatrudnieni jako elektromonterzy pod ziemią,
obsługa przenośnika taśmowego, operatorzy urządzenia do rozbijania brył skalnych, pracownicy oddziału wentylacyjno-pomiarowego oraz górnicy strzałowi.
Wykorzystując wartości rejestrowanych w sposób ciągły parametrów fizjologicz-nych badanych górników, opracowano wykresy kształtowania się temperatury we-wnętrznej oraz częstości akcji serca pracowników. Przykładowy przebieg badanych parametrów fizjologicznych: temperatury wewnętrznej oraz częstości akcji serca pracownika z kamizelką TechNiche (rys. 4) w trakcie zmiany roboczej pokazano na rys. 5.
Rys. 4. Kamizelka chłodząca typu TechNiche
Rys. 5. Kształtowanie się podstawowych parametrów fizjologicznych przy stosowaniu kamizelki typu TechNiche: temperatury wewnętrznej oraz częstości akcji serca
Wykresy na rys. 5 i pozostałych – dla innych modeli kamizelek – wykazują szybki wzrost temperatury wewnętrznej i tętna w początkowym okresie pracy na oddziale, nawet do wartości przekraczających odpowiednio 38,5 oC oraz 170 uderzeń/min.
Podczas pracy na oddziale z założonymi kamizelkami chłodzącymi nie zarejestro-wano obniżenia temperatury wewnętrznej, raczej niewielki wzrost lub stabilizację wartości. Natomiast częstość akcji serca po założeniu kamizelek chłodzących wyka-zuje cechy stabilizacji wartości lub niewielką tendencję spadkową. Obserwowany u niektórych badanych pracowników niewielki wzrost temperatury wewnętrznej oraz tętna, po założeniu kamizelek chłodzących, może być wynikiem włączenia się wege-tacyjnego odruchu oziębieniowego (skurcz naczyń), jak i ograniczenia procesu od-dawania ciepła poprzez parowanie potu.
Linia trendu przebiegu zarówno temperatury wewnętrznej i tętna, we wszystkich przypadkach, ma kształt paraboli, z maksimum przypadającym do około godziny po założeniu kamizelki chłodzącej.
Przeprowadzone przez Zakład Aerologii Górniczej badania wpływu warunków klimatycznych oraz ciężkiej pracy fizycznej na organizm pracowników wydziałów produkcyjnych huty miedzi ukierunkowane były na określenie wpływu trudnych wa-runków środowiskowych i charakteru wykonywanych czynności zawodowych przez wybranych pracowników wydziałów produkcyjnych Huty Miedzi „Głogów” na para-metry fizjologiczne organizmu pracowników, wydatek energetyczny oraz ogólny poziom bezpieczeństwa zdrowotnego podczas wykonywania czynności zawodo-wych. W efekcie określono zakres kształtowania się warunków klimatycznych, w oparciu o wskaźnik WBGT, wyznaczono wielkości wydatku energetycznego na badanych stanowiskach pracy oraz przedstawiono prepozycję działań techniczno-organizacyjnych, zmierzających w kierunku ograniczenia wydatku energetycznego i zmniejszenia kosztu fizjologicznego pracy. Wykonane badania wykazały związek pomiędzy warunkami klimatycznymi i wydatkiem energetycznym – rys. 6.
Rys. 6. Zależność wydatku energetycznego od wskaźnika WBGT na wybranych stanowiskach pracy w hucie miedzi
Oceniając uzyskane wyniki badań medycznych i aerologicznych w zakresie kosztu fizjologicznego pracy, należy podkreślić, że możliwości przystosowywania się orga-nizmu ludzkiego do wykonywania efektywnej pracy w niekorzystnych warunkach
środowiska zależne są w głównej mierze od wydolności fizycznej oraz właściwości procesów aklimatyzacji, jak również predyspozycji pracowników do tolerowania „gorąca”.
3.
Rozwiązania techniczne w profilaktyce klimatycznej
opracowane w Zakładzie Aerologii Górniczej
Najskuteczniejszym sposobem poprawy warunków klimatycznych na stałych stano-wiskach jest stosowanie zamkniętych kabin klimatyzowanych. Przedmiotowe roz-wiązanie kwalifikuje się do wykorzystania w szczególności w przypadkach wysokiej temperatury powietrza w wyrobisku, np. w chodnikach z powietrzem zużytym i z przenośnikami taśmowymi, oraz w przypadku stanowisk zlokalizowanych w po-bliżu istotnych lokalnych źródeł ciepła, np. na samojezdnych maszynach górniczych. Dlatego też w warunkach kopalń LGOM klimatyzacja stanowiskowa jest skutecznie wdrażana na stanowiskach operatorów maszyn ładująco-odstawczych (ładowarki kołowe, wozy odstawcze) oraz na stacjonarnych stanowiskach pracy w oddziałach taśmowych (operatorzy urządzeń do rozbijania brył skalnych, operatorzy napędów przenośników i przesypów) [1].
W praktyce górniczej stosowane są rozwiązania, w których występuje zamknięta kabina operatorska oraz kompaktowy agregat chłodniczy, połączone przewodami wentylacyjnymi: izolowanymi przewodami nawiewnymi i nieizolowanym przewodem recyrkulacyjnym. Kabina operatorska jest często izolowana termicznie, a także aku-stycznie, od środowiska wyrobiska górniczego, w którym panują niekorzystne wa-runki klimatyczne.
W Zakładzie Aerologii Górniczej powstały prototypy agregatów chłodniczych do zabudowy przy kabinie operatora maszyny samojezdnej oraz prototypy kabin klima-tyzatorowych ze stacjonarnym agregatem chłodniczym. Od roku 2001 są one wy-twarzane i dostarczane do kopalń LGOM. Przedmiotowe urządzenia pokazano na rys. 7.
Rys. 7. Maszyna SMG oraz stacjonarna kabina operatorska z urządzeniem chłodniczym Urządzenie chłodnicze w wersji kompakt, pokazane na rys. 8, charakteryzuje się tym, że wszystkie podzespoły chłodnicze zamontowane są w jednej konstrukcji no-śnej (obudowie). W tym rozwiązaniu napęd sprężarki realizowany jest od silnika hydraulicznego lub silnika elektrycznego.
Rys. 8. Urządzenie klimatyzacyjne typu kompakt na SMG
Z uwagi na technologię robót górniczych i charakter wykonywanych prac, nie wszyscy operatorzy mogą pracować w zamykanych kabinach. W kopalniach stoso-wane są maszyny górnicze, w których stanowisko operatorskie osłonięte jest jedynie daszkiem, zabezpieczającym przed skałami odspojonymi ze stropu. Przykładem zastosowanego w praktyce rozwiązania klimatyzacji stanowiska niezabudowanego zamkniętą kabiną może być stanowisko pracy operatora samojezdnego wozu ko-twiącego SWK (rys. 9).
Rys. 9. Zespoły systemu klimatyzacji stanowiskowej bez zamkniętej kabiny
Badania ruchowe przeprowadzone w warunkach dołowych pokazały, że rezulta-tem pracy przedmiotowego zestawu urządzeń do klimatyzacji nieosłoniętego stano-wiska pracy jest nawiew powietrza na operatora z prędkością około 1,2-1,7 m/s oraz uzyskanie w nawiewanej strudze powietrza temperatury obniżonej o około 3,4 o
C do 5,4 oC w stosunku do temperatury powietrza kopalnianego.
Agregat chłodniczy przy kabinie operatorskiej powoduje istotną zmianę parame-trów termicznych: temperatury termometru suchego i wilgotnego, a także powoduje zwiększenie prędkości ruchu powietrza w otoczeniu operatora. Badania wykazały, że uzyskiwane obniżenie temperatury powietrza w agregacie osiąga wartość 20 o
C, natomiast w kabinie temperatura powietrza może zostać obniżona nawet o 10 oC, przy czym stosowane obecnie rozwiązania mają możliwość regulacji wydajności przez operatora.
Obecnie wytwarzany w Zakładzie Aerologii Górniczej i oferowany dla kopalń agregat chłodniczy (rys. 10) jest rozwiązaniem, wykorzystującym najnowsze osią-gnięcia z zakresu techniki chłodniczej i wentylacyjnej.
Rys. 10. Zmodernizowany agregat chłodniczy KLU-2
Między innymi zastosowano wysokosprawne sprężarki spiralne, miedziane wy-mienniki ciepła oraz zastosowano niezależny oddzielny sterownik, uzyskując ograni-czenie gabarytów, zmniejszenie masy oraz korzystniejsze własności serwisowe.
Podsumowanie
Analiza i ocena aktualnego stanu zagrożeń aerologicznych, a szczególności zagro-żenia gazowego i klimatycznego, wykazuje, że przedmiotowe zagrozagro-żenia będą miały kluczowe znaczenie podczas planowanej eksploatacji górniczej. Nowe złoża udo-stępniane są w kierunku północno-zachodnim, gdzie stwierdzone są złoża gazu, co będzie w zasadniczy sposób generowało stan zagrożenia gazowego. Ponadto zwiększa się głębokość eksploatacji, wzrasta temperatura pierwotna skał i długość dróg powietrza, powodując zwiększenie ilości ciepła emitowanego do powietrza kopalnianego. W tej sytuacji niezbędne jest wdrażanie nowych metod i rozwiązań w zakresie rozpoznania i prognozowania zagrożeń aerologicznych, a także odpo-wiednich rozwiązań profilaktycznych.
Działania w tym zakresie, podejmowane przez służby kopalń, wspomaganych przez jednostki badawcze i dostawców materialnych rozwiązań technicznych, po-winny polegać na:
optymalizacji istniejących systemów wentylacji i klimatyzacji, w aspekcie uzyskiwanych parametrów powietrza w rejonach robót górniczych, wraz z określeniem innowacyjnych metod w zakresie dostarczania powietrza i energii chłodniczej do rejonów oraz ograniczania intensywności procesów wpływających destruktywnie na jakość powietrza kopalnianego,
opracowaniu precyzyjnego systemu pomiarowego i monitorującego stan za-grożenia gazowego i obecności gazów niebezpiecznych i szkodliwych w powietrzu kopalnianym,
opracowaniu nowych metod profilaktyki w warunkach zagrożenia gazami pochodzenia naturalnego oraz zagrożenia wyrzutami gazów i skał,
opracowaniu nowych metod i rozwiązań technicznych zmierzających do ograniczenia emisji gazów pochodzenia technologicznego, w szczególności emitowanych przez silniki spalinowe, wraz z oceną przedmiotowego zagro-żenia.
Zakład Aerologii Górniczej ma odpowiednie możliwości i kompetencje do prowa-dzenia w prac w zakresie identyfikacji i oceny stanu zagrożeń aerologicznych, oceny działań profilaktycznych podejmowanych przez zakłady górnicze i do dostarczania do kopalń gotowych rozwiązań technicznych, minimalizujących stan zagrożeń aero-logicznych.
Bibliografia
[1] Gajosiński S., Nowysz M., 2010. Klimatyzacja stanowiskowa oraz możliwości jej rozwoju na stanowiskach operatorów maszyn i urządzeń w kopalniach rud miedzi w Polsce, Materiały konferencyjne XII Konferencji Problemy Bezpieczeństwa i Ochrony Zdrowia w Polskim Górnictwie.
[2] Kulik W., Gajosiński S., Turkiewicz W., 2014. Walory użytkowe stosowania środków mikroklimatyzacji osobistej w świetle badań dołowych w kopalniach rud miedzi.Materiały konferencji „Wybrane zagadnienia wentylacyjne i pożarowe w kopalniach”, GIG-SiTG, Rudowice.
[3] Materiały dokumentacyjne (notatki służbowe, raporty, sprawozdania z zagranicznych delegacji służbowych itp.).
[4] Rozporządzenie Ministra Energii w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących pro-wadzenia ruchu podziemnych zakładów górniczych, DzU Nr 1118, z dnia 9 czerwca 2017 r.
[5] Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach gór-niczych, DzU z 2015r., poz.1702, z późniejszymi zmianami, z dnia 21 września 2015 r. [6] Szlązak N., Tor A., Jakubów A., 2008. Stan zagrożenia klimatycznego i metody jego
zwalczania w kopalniach Jastrzębskiej Spółki Węglowej S.A., Prace Naukowe GIG, Gór-nictwo i Środowisko, nr II/2008, s. 115-132.
[7] Turkiewicz W., 1986. Propozycja nowego wskaźnika oceny warunków klimatycznych w kopalniach Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego, Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud CUPRUM, 3-4, Wrocław.
[8] Turkiewicz W., Jankowska-Groch M., 2006. Badanie współzależności temperatury za-stępczej klimatu (tzk) i wskaźnika Wet Bulb Globe Temperature (WBGT), Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud CUPRUM, nr 1(38).
[9] Turkiewicz W., Gajosiński S., Kulik W., 2015. Aktualizacja „Ramowych zasad stosowania temperatury zastępczej klimatu w zakładach górniczych KGHM Polska Miedź S.A. KGHM CUPRUM Sp. z o.o. CBR, Wrocław, praca niepublikowania.
[10] Zasady stosowania temperatury zastępczej klimatu do oceny warunków klimatycznych w zakładach górniczych KGHM Polska Miedź S.A., Lubin 2017, opracowanie niepubliko-wane.
