WYDZIAŁ GÓRNICTWA I GEOLOGII POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ. Konferencja Naukowo-Techniczna

Transkrypt

1 WYDZIAŁ GÓRNICTWA I GEOLOGII POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Konferencja Naukowo-Techniczna OPRACOWANIE ZASAD ZATRUDNIENIA PRACOWNIKÓW W WARUNKACH ZAGROŻENIA KLIMATYCZNEGO W PODZIEMNYCH ZAKŁADACH GÓRNICZYCH w ramach projektu strategicznego pt. Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach Gliwice Rybnik r.

2 Adres Komitetu Organizacyjnego: Instytut Eksploatacji Złóż Wydział Górnictwa i Geologii Politechniki Śląskiej ul. Akademicka 2, Gliwice tel.: , fax.: ISBN Copyright Referaty skopiowano i przeformatowano na podstawie dokumentów przesłanych drogą elektroniczną Artykuły zamieszczone w materiałach konferencyjnych nie były recenzowane. Autorzy odpowiadają za treści przedstawione w referatach publikowanych na prawach rękopisów. Wydawca: Instytut Eksploatacji Złóż, Wydział Górnictwa i Geologii, Politechnika Śląska Druk: D&D Sp. z o.o., ul. Moniuszki 6, Gliwice, tel. (32)

3 Konferencja finansowana ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach realizacji zadania badawczego nr 5 OPRACOWANIE ZASAD ZATRUDNIENIA PRACOWNIKÓW W WARUNKACH ZAGROŻENIA KLIMATYCZNEGO W PODZIEMNYCH ZAKŁADACH GÓRNICZYCH projektu strategicznego pt. Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach KOMITET PROGRAMOWY PRZEWODNICZĄCY: CZŁONKOWIE: Dr hab. inż. Jan DRENDA, Prof. nzw. w Pol. Śl. Prof. dr hab inż. Franciszek PLEWA Prof. dr hab inż. Jan SZLĄZAK Prof. dr hab inż. Nikodem SZLĄZAK Dr hab. inż. Józef SUŁKOWSKI, Prof. hon. Pol.Śl. Dr inż. Piotr WOJTAS Dr hab. inż. Stanisław TRENCZEK, Prof. ITI EMAG Dr n. med. Piotr BREWCZYŃSKI Dr n. med. Mariusz KUŚ KOMITET ORGANIZACYJNY PRZEWODNICZĄCY: Dr hab. inż. Jan DRENDA, Prof. nzw. w Pol. Śl. CZŁONKOWIE: Mgr inż. Lech DOMAGAŁA Dr inż. Aneta GRODZICKA Dr inż. Anna MORCINEK-SŁOTA Dr inż. Dariusz MUSIOŁ Dr inż. Grzegorz PACH Dr inż. Zenon RÓŻAŃSKI Dr inż. Krzysztof SŁOTA Dr inż. Zbigniew SŁOTA Mgr inż. Magdalena TUTAK Dr inż. Paweł WRONA SEKRETARZ: Mgr inż. Alicja PODGÓRSKA -STEFANIK Mgr Marta MATYJASZEK

4

5 Słowo wstępne Podstawowym celem zadania badawczego nr 5 pt. Opracowanie zatrudnienia pracowników w warunkach zagrożenia klimatycznego w podziemnych zakładach górniczych, realizowanego w ramach projektu strategicznego Poprawa bezpieczeństwa w kopalniach było opracowanie zasad kwalifikacji zagrożenia klimatycznego oraz metod kwalifikacji pracowników i organizacji pracy w gorącym klimacie głębokich kopalń węgla. Powyższe zasady oparto na analizie wskaźnika dyskomfortu cieplnego jako parametru, który w sposób realny (liczbowy) może ocenić klimatyczne warunki pracy górnika. Parametr ten opracowany na podstawie równania komfortu cieplnego Fangera i wartości odniesienia wskaźnika WBGT pozwala określić stopnie niebezpieczeństwa klimatycznego dla pracującej załogi. Podstawowymi danymi dla wyznaczania wskaźnika dyskomfortu cieplnego są parametry klimatu panujące w środowisku, wydatek energetyczny pracownika, opór cieplny odzieży i aklimatyzacja. W ramach pracy dokonano szczegółowej analizy wieku pracowników kopalń, rodzaju grup zawodowych wraz z wyszczególnionymi wykonywanych czynności i ich uciążliwości. Przeprowadzono pomiary tętna dla 10 grup zawodowych górników pracujących w ścianach i w przodkach korytarzowych. Pomiary te pozwoliły określić średni wydatek energetyczny poszczególnych grup zawodowych. Ważnym zadaniem było przeprowadzenie badań w komorze klimatycznej dla 27 górników podzielonych na trzy grupy wiekowe. Górnicy ci byli poddawani stałym cyklom obciążenia fizycznego na ergometrach w zmieniających się parametrach klimatu. Celem badań było wyznaczenie wydatku energetycznego pracowników i wpływu na ten wydatek klimatu otoczenia, wieku pracowników i ogólnej sprawności fizycznej. W oparciu o zebrane dane o klimacie w przodkach ścianowych i korytarzowych z kopalń wszystkich spółek węglowych wyznaczono wskaźniki klimatu i wartości wskaźnika dyskomfortu cieplnego. Spośród kliku analizowanych wskaźników klimatu wybrano temperaturę śląską jako parametr klimatu, który może spełniać wymogi uniwersalnego zastosowania. Analizując zależność wskaźników dyskomfortu cieplnego od temperatury śląskiej sformułowano propozycję normy klimatycznej mogącej mieć zastosowanie w kopalniach. Przestrzeganie zasad tej normy zapewni bezpieczeństwo klimatyczne załodze górniczej. Istotnym elementem projektu było opracowanie przez Instytut Technik Innowacyjnych EMAG prototypu przyrządu umożliwiającego kontrolę parametrów fizjologicznych pracownika poddanego wysiłkowi fizycznemu a narażonego na działanie niekorzystnych czynników klimatycznych. 5

6 Zadanie badawcze, którego wyniki prezentowane są w niniejszym opracowaniu był finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, a realizowany przez Konsorcjum w składzie: - Politechnika Śląska, Wydział Górnictwa i Geologii (koordynacja projektu), - Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, - Instytut Technik Innowacyjnych EMAG, - Instytut Medycyny Pracy i Zdrowia Środowiskowego, - Przedsiębiorstwo CEN-MED Sp. z o.o., - Jastrzębska Spółka Węglowa S.A., - Katowicki Holding Węglowy S.A., - Kompania Węglowa S. A. Wszystkim Kooperantom biorącym udział w realizacji projektu składam serdeczne podziękowania za współpracę. Jan DRENDA 6

7 SPIS TREŚCI Szlązak N., Obracaj D., Głuch B. Wybrane elementy bilansu cieplnego pracowników w wyrobiskach z wentylacją lutni. 9 Golicz P., Wrodarczyk J. Wpływ parametrów klimatycznych na tętno i wydatek energetyczny górników badania w komorze klimatycznej 27 Domagała L., Kułagowska E., Karolak I. Określenie rodzajów i ciężkości pracy górników w kopalniach węgla kamiennego..43 Morcinek Słota A., Słota K., Słota Z. Metody poprawy warunków klimatycznych (warunków pracy) w kopalniach węgla kamiennego 55 Trenczek S., Babecki D. Sposób pomiaru parametrów fizjologicznych człowieka przebywającego w trudnych warunkach klimatycznych Drenda J. Kryteria klimatycznego bezpieczeństwa pracy górników

8 8

9 Nikodem SZLĄZAK*, Dariusz OBRACAJ*, Bartłomiej GŁUCH** *AGH Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Katedra Górnictwa Podziemnego** doktorant, AGH Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii WYBRANE ELEMENTY BILANSU CIEPLNEGO PRACOWNIKÓW W WYROBISKACH Z WENTYLACJĄ LUTNIOWĄ Streszczenie: Gdy ilość ciepła wytwarzanego przez organizm jest większa niż ilość ciepła odprowadzanego następuje akumulacja ciepła w organizmie, co prowadzić może do niebezpiecznego dla zdrowia podwyższenia temperatury wewnętrznej organizmu. Proces wymiany ciepła pomiędzy człowiekiem a otoczeniem jest dobrze znanym zagadnieniem. Jedną z metod opisu tego procesu jest analityczne wyznaczanie stresu cieplnego doznawanego przez człowieka w środowisku gorącym (PN-EN ISO 7933:2005). Zależności przedstawione w tej normie umożliwiają prowadzenie obliczeń wpływu parametrów środowiska na organizm człowieka. Uwzględniając parametry środowiska kopalni podziemnej oraz parametry charakteryzujące pracę i ubiór pracownika można wykonać ocenę stresu cieplnego w warunkach, w których może dochodzić do nadmiernego wzrostu jego temperatury wewnętrznej lub utraty wody z organizmu. Na tej podstawie można określić akceptowalny z punktu widzenia fizjologicznego czas ekspozycji na dane warunki mikroklimatu. W artykule scharakteryzowano metodę obliczeń stresu cieplnego pracownika w przodkach drążonych wyrobisk korytarzowych w kopalniach węgla kamiennego. Na podstawie wyników pomiarów parametrów powietrza z przodków wyrobisk ślepych w wybranych kopalniach przeprowadzono ocenę obciążenia cieplnego standardowego górnika (waga, wzrost, wskaźnik BMI, itp.). Przeprowadzono analizę wpływu izolacyjności odzieży oraz wydatku energetycznego na wartość ubytku wody z organizmu i temperaturę wewnętrzną pracownika. Na podstawie uzyskanych wyników wykazano istotność parametrów odzieży oraz ciężkości pracy w środowisku o bardzo trudnych warunkach klimatycznych. SELECTED ELEMENTS OF HEAT BALANCE OF WORKERS IN HEADINGS WITH AUXILARY VENTLATION Summary: When the amount of heat generated by a human body is greater than the amount of emitted heat, heat is stored in an organism, which can lead to an increase in the core temperature of the body, which may be hazardous to health. The process of heat exchange between a human body and the environment is a well-known issue. One of the methods describing this process is based on the analytical determination of heat stress that a human body experiences in a hot environment (PN-EN ISO 7933:2005). The dependencies presented in this norm enable us to calculate the influence of environmental parameters on a human organism. The parameters of the environment in an underground mine and the parameters characterizing an employee s work and clothing are used when heat stress is estimated in conditions when there may be an excessive increase in his body temperature or an insensible 9

10 water loss. On that basis an allowable, from a physiological point of view, worker s exposure time in particular microclimate conditions can be determined. This article characterises a calculation method for a worker s heat stress in faces of driven headings in coal mines. Heat strain of an average miner (weight, height, BMI index etc.) were estimated on the basis of the measurement results of air parameters in blind headings in selected mines. The influence of thermal insulation of clothing and a metabolic rate on an insensible water loss and worker s core temperature were also examined. On the basis of the obtained results it was concluded that the parameters of clothing and how hard work in very hard climate conditions is play a significant role. 1. Wstęp Organizm człowieka, aby prawidłowo funkcjonował musi utrzymywać stałą temperaturę wewnętrzną na poziomie bliskim 37 C [1]. Aby uzyskać taką temperaturę zachodzi nieustanna wymiana ciepła między ustrojem człowieka a otoczeniem. Istnieją odpowiednie mechanizmy pozwalające na wytwarzanie przez organizm niezbędnej ilości ciepła oraz gdy jest to konieczne pozwalają na jego odprowadzanie. Wymianę ciepła charakteryzuje bilans cieplny organizmu [7]: = , gdzie: gęstość całkowitego strumienia ciepła metabolizmu (wydatek energetyczny), / gęstość strumienia energii związanej z pracą mechaniczną, / wymiana ciepła w drogach oddechowych przez konwekcje, / wymiana ciepła w drogach oddechowych przez odparowanie, / gęstość strumienia ciepła wymienianego z otoczeniem drogą przewodnictwa, / gęstość strumienia ciepła odbieranego z ciała człowieka drogą konwekcji, / gęstość strumienia ciepła wymienianego drogą promieniowania, / gęstość strumienia entalpii odbieranej z ciała drogą parowania potu, / gęstość strumienia ciepła gromadzonego w organizmie człowieka, / W gorących i wilgotnych warunkach mikroklimatu może dojść do stanu, gdy ilość ciepła wytwarzanego przez organizm jest większa niż ilość ciepła odprowadzanego. Następuje wtedy akumulacja ciepła w organizmie, co prowadzi do niebezpiecznego dla zdrowia podwyższenia temperatury wewnętrznej oraz w konsekwencji do przegrzania organizmu. Aby nie dopuścić do tego typu przypadków należy podjąć działania prewencyjne oparte na ocenie obciążenia cieplnego organizmu. Działania te między innymi sprowadzają się do zwiększenia przepływu powietrza, obniżenia temperatury za pomocą urządzeń schładzających powietrze oraz ograniczenia czasu ekspozycji. 2. Ocena obciążenia cieplnego Metoda analitycznego wyznaczania i interpretacji stresu cieplnego doznawanego przez człowieka w środowisku gorącym zawarta w normie PN-EN ISO 7933:2005 [7] opiera się na bilansie cieplnym organizmu. Metoda określa tempo pocenia się oraz kształtowania temperatury reaktalnej, jako odpowiedzi organizmu człowieka na warunki pracy. Została ona opracowana na podstawie bazy danych składających się z 10

11 747 laboratoryjnych eksperymentów oraz 336 eksperymentów polowych od 8 instytucji badawczych [3,4]. Głównymi celami tego międzynarodowego standardu są: - ocena stresu cieplnego w warunkach, w których może dochodzić do nadmiernego wzrostu temperatury wewnętrznej lub utraty wody z organizmu z uwagi na określone warunki, - określenie czasu ekspozycji na warunki mikroklimatu, który z punktu widzenia fizjologów jest do zaakceptowania (oczekiwany brak rzeczywistych uszkodzeń organizmu). 2.1 Model numeryczny obliczeń wymiany ciepła Na podstawie modelu numerycznego przedstawionego w normie PN-EN ISO 7933:2005 [7] zwanego modelem PHS (Predicted Heat Strain) opracowano program komputerowy do obliczeń stresu cieplnego oraz akceptowalnego czasu ekspozycji pracownika w trudnych warunkach mikroklimatu. W celu przeprowadzenia obliczeń niezbędne jest określenie następujących parametrów: - podstawowych parametrów mikroklimatu tj. temperatura mierzona termometrem suchym, temperatura mierzona termometrem wilgotnym, ciśnienie i prędkość powietrza, - intensywności pracy człowieka ( np. wg PN-EN ISO 8996:2005), - oporu cieplnego odzieży pracownika, - aklimatyzacji człowieka w danym warunkach mikroklimatu, - stałego dostępu do wody (uzupełnienie niedoboru wody spowodowane poceniem), - założenie czasu ekspozycji na dane warunki mikroklimatu (czas pracy). W celu uszczegółowienia modelu uwzględnia się dodatkowe informacje takie jak: - waga i wzrost pracownika, - pozycja w jakiej człowiek wykonuje pracę (siedząca, stojąca, kucanie), - emisyjność odzieży (odzież odblaskowa), - szybkość, z jaką porusza się człowiek podczas pracy, - kąt zawarty między kierunkiem poruszania się człowieka a przepływem powietrza. W tabeli 1 przedstawiono zakresy wartości parametrów, dla których model numeryczny uważa się za poprawny. Jeśli jeden lub kilka parametrów przekracza podane zakresy dopuszcza się zastosowanie modelu, a wyniki należy rozpatrywać z ostrożnością oraz należy zwracać szczególną uwagę na ludzi narażonych na ekspozycję takich warunków otoczenia. 11

12 Zakres wykorzystywania modelu PHS Range of using of PHS model Sy Jednos Parametry mbol tka temperatura wg termometru suchego ciśnienie cząstkowe pary wodnej różnica między temperaturą promieniowania a temperaturą wg termometru suchego Mini mum Tab. 1 Tab. 1 Maksim um , prędkość powietrza / 0 3 wydatek energetyczny / izolacyjność odzieży 0,1 1,0 Obliczenia numeryczne polegają na obliczaniu wymiany ciepła w czasie, odnosząc się do kondycji ciała będącego w poprzednim czasie obliczeń. Chwilowa wymiana ciepła jest funkcją warunków klimatycznych i przemian metabolicznych w jednostce czasu. Określa się czułość reakcji organizmu na zmiany temperatury skóry, strumienia potu oraz temperatury wewnętrznej w funkcji przemian metabolicznych. W każdej minucie sprawdzany jest stan, w jakim organizm się znajduje poprzez określanie wartości parametrów charakterystycznych dla obliczania bilansu cieplnego. Parametry te warunkują sposób obliczania kolejnych parametrów (przepływu ciepła drogą parowania, zwilżenia skóry, strumienia potu). Akumulacja ciepła w organizmie szacowana jest na podstawie różnicy pomiędzy wymaganym a przewidywanym przepływie ciepła drogą parowania. Ciepło to przyczynia się do zwiększania lub zmniejszania temperatury skóry i ciała. Na podstawie tych wartości jest określana wymiana ciepła w następnym kroku czasowym. W ten sposób zmiany przewidywanego strumienia potu i temperatury reaktalnej są określane iteracyjnie. W modelu numerycznym można zadawać nie tylko stałe warunki pracy, lecz także zmienne warunki mikroklimatu lub zmienne obciążenie pracą w określonym czasie. Ważnym parametrem w trakcie obliczeń numerycznych jest izolacyjność odzieży. Ubranie pracownika stanowi barierę w przekazywaniu ciepła drogą konwekcji, promieniowania i parowania potu. Aktywność ruchowa człowieka i wentylacja stanowisk pracy może modyfikować wartości izolacyjności odzieży i parametrów dotyczących sąsiadujących warstw powietrza. Przepływ powietrza i poruszanie się zmniejszają izolacyjność odzieży i dlatego przy obliczeniach wprowadza się współczynnik korekcyjny dla izolacyjności statycznej odzieży i izolacyjności zewnętrznej warstwy powietrza [2,6]. 12

13 W wyniku obliczeń numerycznych można uzyskać wartości: - finalnej temperatury reaktalnej po zadanym czasie ekspozycji, - ilości utraty wody wyrażona w gramach po zadanym czasie ekspozycji, - dopuszczalnego czasu ekspozycji, w którym temperatura reaktalna nie przekracza 38 C, - dopuszczalnego czasu ekspozycji w podczas którego nie może dojść do utraty wody w organizmu powyżej 7,5 % masy ciała, - dopuszczalnego czasu ekspozycji, podczas którego nie może dojść do utraty wody w organizmu powyżej 5 % masy ciała. 2.2 Kryteria oceny dopuszczalnego czasu ekspozycji w trudnych warunkach mikroklimatu W celu określenia maksymalnego dopuszczalnego czasu ekspozycji stosuje się następujące kryteria: - stopień aklimatyzacji organizmu, - maksymalne zawilgocenie skóry, - maksymalny strumień potu, - uwzględnienie wyników badań na zachowaniem ludzi czynnych zawodowo w określonych warunkach, - maksymalna utrata wody, - maksymalna temperatura reaktalna. Stopień aklimatyzacji Zaaklimatyzowani pracownicy są w stanie pocić się obficie oraz rozkład pocenia jest bardziej równomierny w stosunku do osób niezaaklimatyzowanych. W danej sytuacji w pracy powoduje to, że organizm mniej magazynuje ciepła (niższa temperatura wewnętrzna) i charakteryzuje się niższym ograniczeniem układu sercowo-naczyniowego (niższe tętno). Ponadto stwierdzono, że tacy pracownicy tracą mniej soli mineralnych przez pocenie się i w związku z tym mogą być w stanie wytrzymać większą utratę wody z organizmu. To rozróżnienie między zaaklimatyzowanymi i niezaaklimatyzowanymi pracownikami jest, zatem niezbędne dla określenia maksymalnego zawilgocenia skóry oraz maksymalnego strumienia potu. Maksymalne zawilgocenie skóry Wskaźnik maksymalnego zawilgocenia skóry dla osób niezaaklimatyzowanych zakłada się 0,85 a dla osób zaaklimatyzowanych 1,0. wzoru: Maksymalny strumień potu Maksymalny strumień potu w zakresie można określić za pomocą albo w zakresie : =2,6 32, 13,

14 = 32, Dla osób zaaklimatyzowanych maksymalny strumień potu przyjmuje się o 25 % większy niż dla ludzi niezaaklimatyzowanych. Maksymalne odwodnienie i utrata wody Odwodnienie rzędu 3% masy ciała powoduje zwiększenie szybkości tętna i ograniczenia strumienia potu dla warunków pracy przemysłowej przyjmuje się, jako maksymalne odwodnienie. W przypadku ekspozycji na zadane warunki, trwającej między 4 a 8 godzin, stopa rehydratacji wynosi 60% dla 50 % badanej populacji ludzi czynnych zawodowo, a dla 95% badanych przypadków stopa rehydratacji jest większa niż 40%, niezależnie od całkowitej ilości wytworzonego potu. Na podstawie tych danych maksymalna utrata wody jest określona na 7,5% masy ciała dla przeciętnego pracownika lub 5% masy ciała dla 95% ludności czynnej zawodowo. W związku z tym, gdy pracownik ma dostęp do wody i może pić swobodnie, maksymalny dopuszczalny czas ekspozycji można obliczyć dla przeciętnego pracownika na podstawie utraty wody maksymalnie 7,5% w przeliczeniu na masę ciała (przy założeniu 50% poziomu ufności) i na podstawie 5% utraty masy ciała (przy założeniu 95% poziomu ufności). Jeśli pracownik nie ma dostępu do uzupełniania płynów to całkowita utrata wody powinna być ograniczona do 3% masy ciała. Maksymalna wartość temperatury reaktalnej Zgodnie z raportem WHO, kiedy grupa pracowników znajdzie się w określonych warunkach, a średnia temperatura reaktalna jest równa 38 C, można oszacować prawdopodobieństwo osiągnięcia wyższej temperatury reaktalnej przez daną osobę dla następujących wartości temperatury reaktalnej [5]: - =42,0 z prawdopodobieństwem mniejszym od 10-7 (mniej niż jedna osoba na 40 lat wśród pracowników przy założeniu 250 dni roboczych w roku), - =39,2 z prawdopodobieństwem mniejszym od 10-4 (mniej niż jedna osoba narażona na ryzyko wśród zmian). W dalszej części przedstawiono przykład obliczeń parametrów określających obciążenie cieplne oraz akceptowalnego czasu ekspozycji pracowników zatrudnionych w trudnych warunkach mikroklimatu drążonych wyrobisk korytarzowych. 3. Ocena obciążenia cieplnego pracowników w przodkach drążonych wyrobisk korytarzowych 3.1 Warunki mikroklimatu w wyrobiskach przygotowawczych Do obliczeń obciążenia cieplnego pracowników wykorzystano dane mikroklimatu w badanych przodkach drążonych wyrobisk korytarzowych. Pomiary parametrów powietrza wykonywano w stacjach pomiarowych w wyrobiskach 14

15 podziemnych w 5 kopalniach węgla kamiennego w 60 chodnikach [10]. Metodykę pomiarową oraz warunki drążonych wyrobisk przedstawiono w pracy [10]. W tabeli 2 przedstawiono wyniki pomiarów parametrów powietrza, które przyjęto do obliczeń parametrów określających obciążenie cieplne pracowników. Kopalnia Tab. 2 Zestawienie wyników pomiarowych w przodkach wyrobisk korytarzowych [10] Tab. 2 Measurement results of air parameters in faces of headings[10] B-Z P J-M B Przodek System przewietrzania / Klimatyzacja 15 Parametry powietrza t m, φ, % t s, o v, C C m/s 1 Kombinowana / Brak 26,8 23,0 72,0 0,5 2 Kombinowana / Klim. 26,2 23,0 76,0 0,5 3 Kombinowana / Brak 28,4 24,8 74,0 0,5 4 Kombinowana / Brak 23,0 19,4 71,0 0,5 5 Kombinowana / Brak 25,4 20,2 61,0 0,5 6 Kombinowana / Brak 24,4 20,0 66,0 0,6 7 Kombinowana / Klim. 25,0 23,0 84,0 0,4 8 Kombinowana / Klim. 23,6 20,0 71,0 0,6 9 Kombinowana / Brak 26,0 24,2 86,0 0,4 10 Tłocząca / Klim. 24,8 22,4 81,0 0,4 11 Tłocząca/ Klim. 28,4 24,2 68,0 0,4 12 Kombinowana / Brak 28,8 26,4 68,0 0,4 13 Kombinowana / Klim. 29,0 25,0 72,0 0,5 14 Kombinowana / Klim. 27,0 23,2 72,0 0,7 15 Kombinowana / Brak 29,0 24,0 64,0 0,8 16 Kombinowana / Brak 26,4 21,0 61,0 0,8 17 Kombinowana / Brak 26,0 20,4 59,0 0,4 18 Kombinowana / Brak 28,6 24,0 67,0 1,2 19 Kombinowana / Brak 31,0 27,0 73,0 0,6 20 Kombinowana / Brak 30,6 26,3 71,0 0,7 21 Kombinowana / Brak 28,4 24,2 70,0 0,7 22 Kombinowana / Klim. 32,2 27,0 66,0 0,9 23 Kombinowana / Brak 24,8 20,8 69,0 0,5 24 Kombinowana / Klim. 28,8 24,2 68,0 0,4 25 Kombinowana / Klim. 30,8 26,2 69,0 1,3 26 Tłocząca / Brak 23,8 20,0 70,0 1,0 27 Tłocząca / Brak 24,6 19,4 60,0 0,5 28 Tłocząca / Brak 24,6 17,8 52,0 0,6 29 Kombinowana / Brak 26,6 20,8 58,0 0,7 30 Kombinowana / Brak 29,8 24,2 62,0 0,6 31 Kombinowana / Klim. 25,2 21,8 74,0 0,5 32 Ssąca / Klim. 29,4 25,2 71,0 0,4 33 Ssąca / Klim. 30,0 25,6 70,0 0,4 34 Ssąca / Brak 26,8 23,2 73,0 0,5 35 Ssąca / Brak 26,8 23,2 73,0 0,4 36 Ssąca / Brak 26,4 22,6 71,0 0,4 37 Ssąca / Brak 29,6 23,6 59,0 0,6 38 Ssąca / Klim. 29,2 25,2 72,0 0,4 39 Kombinowana / Klim. 24,2 18,4 56,0 0,7 40 Tłocząca / Klim. 27,4 24,4 77,0 0,6 41 Kombinowana / Klim. 28,2 24,2 71,0 0,7 42 Kombinowana / Klim. 23,2 21,0 82,0 0,9 43 Tłocząca / Klim. 22,8 20,2 78,0 0,7 44 Kombinowana / Klim. 24,2 21,6 79,0 0,7 45 Kombinowana / Klim. 24,8 22,4 81,0 0,8 46 Tłocząca / Klim. 23,8 21,2 79,0 0,5 47 Kombinowana / Klim. 24,8 22,2 79,0 0,7 48 Tłocząca / Brak 26,0 23,4 80,0 0,4 49 Tłocząca / Brak 28,4 24,6 73,0 0,5 50 Tłocząca / Brak 28,4 24,2 70,0 0,8 51 Tłocząca / Brak 26,0 23,8 83,0 0,8

16 K 52 Tłocząca / Brak 28,4 25,0 75,0 0,8 53 Tłocząca / Brak 23,4 20,2 74,0 0,7 54 Kombinowana / Brak 23,0 19,0 68,0 0,5 55 Tłocząca / Brak 24,4 20,0 66,0 0,6 56 Kombinowana / Brak 17,2 12,8 60,0 0,5 57 Kombinowana / Brak 20,4 16,0 62,0 0,6 58 Kombinowana / Brak 30,4 21,8 46,0 0,4 59 Kombinowana / Brak 23,4 18,8 64,0 0,5 60 Kombinowana / Brak 24,4 20,4 69,0 0,4 Na 60 drążonych wyrobisk w 22 przodkach przekroczona była dopuszczalna temperatura na termometrze suchym. Tylko w jednej trzeciej wyrobisk stosowano klimatyzację w celu poprawy cieplnych warunków pracy. Ludzie zatrudnieni w tych warunkach pracowali w skróconym czasie pracy. Wskaźniki te wskazują na trudne warunki pracy w przodkach chodnikowych. 3.2 Warunki pracy w przodkach drążonych wyrobisk (założenia do obliczeń) Z uwagi na brak rejestrowanych danych dotyczących pracowników zatrudnionych w analizowanych przodkach drążonych wyrobisk, przyjęto założenie standartowych parametrów zatrudnionego pracownika. W celu wykonania obliczeń numerycznych założono, że standardowy pracownik ma 1,8 m wzrostu i waży 75 kg, co odpowiada BMI równego 23,1. Oznacza to prawidłowy stosunek wagi do wzrostu. Na podstawie tak przyjętych danych określa się powierzchnię skóry =1,94 i maksymalny ubytek wody =3750 g. Wartość maksymalnego ubytku wody odnosi się do warunku odwodnienia o wartości 5% masy ciała. Zakłada się, że pracownik w przodkach drążonych wyrobisk jest zaaklimatyzowany i ma stały dostęp do wody w celu uzupełniania płynów. Temperatura mierzona termometrem suchym opowiada temperaturze promieniowania otoczenia. Praca wykonywana jest w miejscu, w pozycji stojącej, czyli część powierzchni skóry, która bierze udział w wymianie ciepła przez promieniowanie wynosi / =0,77. Dla statycznego wskaźnika przepuszczalności wilgoci przyjmuje się domyślnie wartość =0,38. Z uwagi na to, że w modelu numerycznym bierze pod uwagę emisyjność ubrania zakłada się domyślnie wartości współczynników dla człowieka nieposiadającego tego typu odzieży. Wartość współczynnika zakrycia ciała wynosi =0,54, a współczynnik emisyjności odzieży wynosi =0,97 (znikoma emisyjność). Współczynnik charakteryzujący część masy ciała w temperaturze skóry wynosi =0,3. Czas ekspozycji na warunki klimatu wynosi 450 min z uwagi na przepisy obowiązujące w polskim górnictwie podziemnym [6]. Na podstawie badań wykazano, że temperatura reaktalna osoby w stanie spoczynku wynosi =36,8 [12]. Temperaturę średnia skóry domyślnie zakładamy =34,1. Od tych wartości wejściowych temperatur rozpoczyna się modelowanie numeryczne. Do głównych parametrów warunkujących obciążenie cieplne należą wydatek energetyczny oraz izolacyjność odzieży. Dla zobrazowania jaki wpływ mają te parametry na obciążenie cieplne człowieka wykonano obliczenia dla dwóch różnych wartości izolacyjności odzieży tj. 0,5 clo, i 1 clo oraz dla czterech wartości wydatków 16

17 energetycznych tj. 115, 145, 175, 200 W/m 2. Wartości wydatków energetycznych odpowiadają kolejno aktywności fizycznej: lekkiej, umiarkowanej, umiarkowanie ciężkiej i ciężkiej wg [8]. 3.3 Analiza wyników obliczeń Poniżej pokazano wyniki obliczeń dla wyrobisk przygotowawczych w postaci rysunków, które obrazują obciążenie cieplne organizmu podczas 450 minutowej ekspozycji na zadane warunki mikroklimatu. Miarą tego obciążenia cieplnego jest końcowa temperatura reaktalna oraz ilość utraty wody z organizmu. Temperatura reaktalna według założeń normy [7] nie powinna przekroczyć 38 C. Dla izolacyjności odzieży 0,5 clo oraz zmiennych wydatkach energetycznych w analizowanych wyrobiskach warunek ten został spełniony. Na rysunku 1 możemy zaobserwować stały niewielki wzrost temperatury reaktalnej w zależności od wartości temperatury powietrza. Jeśli człowiek posiadałby odzież o izolacyjności 1 clo i wykonywał umiarkowanie ciężką lub ciężką pracę może dojść do przekroczenia granicznej wartości 38 C. Taki stan może wystąpić w środowisku i wysokiej wilgotności oraz małym przepływie powietrza. Według specjalistów, jeśli spełni się dodatkowe wymagania dopuszcza się pracę w zakresie 38<t re <39 C tj. pracownik jest zaaklimatyzowany i posiada pełną sprawność układu termoregulacji [11, 9]. 40 0,5 clo, 115 W/m^2 0,5 clo, 145 W/m^2 Finalna temperatura reaktalna (ekspozycja 450 min), C 39, , ,5 0,5 clo, 175 W/m^2 0,5 clo, 200 W/m^2 t re >39 C 38<t re <39 C t re <38 C Temperatura termometru suchego, C Rys. 1. Zmiany finalnej temperatury reaktalnej w funkcji temperatury powietrza dla izolacyjności odzieży 0,5 clo oraz różnego wydatku energetycznego pracownika w przodkach analizowanych wyrobisk ślepych Fig.1. Changes in final rectal temperature depending on air temperature for clothing thermal insulation 0,5 clo and different metabolic rate of worker in analysed faces of blind headings 17

18 40 Finalna temperatura reaktalna (ekspozycja 450 min), C 39, , ,5 1 clo, 115 W/m^2 1 clo, 145 W/m^2 1 clo, 175 W/m^2 1 clo, 200 W/m^2 t re >39 C 38<t re <39 C t re <38 C Temperatura termometru suchego, C Rys. 2. Zmiany finalnej temperatury reaktalnej w funkcji temperatury powietrza dla izolacyjności odzieży 1 clo oraz zmiennego wydatku energetycznego pracownika w przodkach analizowanych wyrobisk ślepych Fig.2. Changes in final rectal temperature depending on air temperature for clothing thermal insulation 1 clo and different metabolic rate of worker in analysed faces of blind headings Miarą obciążenia cieplnego jest także ilość utraty wody z organizmu. Na rysunkach 3 i 4 pokazano wyniki obliczeń dla każdego pomierzonego wyrobiska przygotowawczego. Na rysunku 3 widoczny jest stały wzrost ilości ubytku wody z organizmu dla wartości izolacyjności odzieży 0,5 clo. Punkty pomiarowe na rysunku ściśle do siebie przylegają tworząc stały trend wzrostowy. Obliczenia wykazały, że dla wydatku energetycznego 200 / istnieją wyrobiska, w których została przekroczona granica =3750 g ubytku wody. Sytuacja zmienia się wraz ze wzrostem izolacyjności odzieży (rysunek 4). Im wyższa temperatura powietrza oraz większy wydatek energetyczny, tym bardziej rozproszone są punkty pomiarowe. Dzieje się tak z uwagi na różne wartości wilgotności oraz prędkości powietrza w analizowanych wyrobiskach. W takich warunkach odzież stanowi pewnego rodzaju barierę na drodze wymiany ciepła między ciałem człowieka otoczeniem. Wynikiem obliczeń numerycznych jest również określenie maksymalnego czasu ekspozycji pracownika na zadane parametry środowiska w zależności od ustalonych warunków. Zakłada się, ze temperatura wewnętrzna pracownika nie powinna przekraczać 38 C [3]. W wyniku przeprowadzonych obliczeń okazuje się, że tylko w przypadku, gdy izolacyjność odzieży wynosi 1 clo a wydatek energetyczny wynosi 200 W/m to w kilku przodkach wyrobisk czas pracy powinien ulec skróceniu (rysunek 5). 18

19 Następnym warunkiem jest ograniczenie czasu pracy ze względu na maksymalną wartość utraty wody z organizmu na poziomie ubytku 5 % masy ciała. Warunek ten stosuje się, jeśli pracownik przeszedł podstawowe badania i jest zaaklimatyzowany. Na rysunkach 6 i 7 przedstawiono ograniczenie czasu pracy ze względu na warunek utraty wody z organizmu w funkcji temperatury powietrza dla różnej izolacyjności odzieży i różnego wydatku energetycznego. Na rysunku 6 widać, że dla izolacyjności odzieży 0,5 clo dochodzi do konieczności skrócenia czasu pracy w kilkunastu przypadkach jeżeli pracownicy wykonywaliby pracę o wydatku energetycznym 200 /. Przy izolacyjności odzieży 1 clo (rysunek 7) zwiększa się znacząco liczba analizowanych wyrobisk, w których powinien obowiązywać skrócony czas pracy przy różnych wydatkach energetycznych. W ponad połowie wyrobisk przy wydatku energetycznym pracowników 200 / powinien obowiązywać skrócony czas pracy. 19

20 Ubytek wody z organizmu (ekspozycja 450 min), g graniczna wartość ubytku wody z organizmu dla wariantu D max50 =5625 [g] dla domyślnie przyjmowanej wagi pracownika graniczna wartość ubytku wody z organizmu dla wariantu D max95=3750 [g] dla domyślnie przyjmowanej wagi pracownika ,5 clo, 115 W/m^2 0,5 clo, 145 W/m^2 0,5 clo, 175 W/m^2 0,5 clo, 200 W/m^ Temperatura termometru suchego, C Rys 3. Zmiana ilości ubytku wody z organizmu w funkcji temperatury powietrza dla izolacyjności odzieży 0,5 clo oraz zmiennego wydatku energetycznego pracownika w przodkach analizowanych wyrobisk ślepych Fig.3. Changes in water loss from body depending on air temperature for clothing thermal insulation 0,5 clo and different heat load of worker in analysed faces of blind headings 20

21 Ubytek wody z organizmu (ekspozycja 450 min), g graniczna wartość ubytku wody z organizmu dla wariantu D max50 =5625 [g] dla domyślnie przyjmowanej wagi pracownika graniczna wartość ubytku wody z organizmu dla wariantu D max95=3750 [g] dla domyślnie przyjmowanej wagi pracownika clo, 115 W/m^2 1 clo, 145 W/m^2 1 clo, 175 W/m^2 1 clo, 200 W/m^ Temperatura termometru suchego, C Rys. 4. Zmiana ilości ubytku wody z organizmu w funkcji temperatury powietrza dla izolacyjności odzieży 1 clo oraz zmiennego wydatku energetycznego pracownika w przodkach analizowanych wyrobisk ślepych Fig.4. Changes in body dehydration depending on air temperature for clothing thermal insulation 1 clo and different metabolic rate of worker in analysed faces of blind headings 21

22 linia oznaczająca normalny czas według przepisów polskich 7,5 [h] 420 Ograniczenie czasu pracy ze względu na warunek tre<38, min linia oznaczająca skrócony czas pracy według przepisów polskich 6 [h] 1 clo, 115 W/m^2 1 clo, 145 W/m^2 1 clo, 175 W/m^2 1 clo, 200 W/m^ Temperatura termometru suchego, C Rys. 5. Maksymalny czas pracy ze względu na warunek T re <38 w funkcji temperatury powietrza dla izolacyjności odzieży 1 clo oraz zmiennego wydatku energetycznego dla pracownika w przodkach analizowanych wyrobisk ślepych Fig. 5. Maximum allowable exposure time due to requirement T re <38 depending on air temperature for clothing thermal insulation 1 clo and different metabolic rate of worker in analysed faces of blind headings 22

23 Ograniczenie czasu pracy ze względu na warunek utraty wody z orgaznizmu max 5% linia oznaczająca normalny czas według przepisów polskich 7,5 [h] linia oznaczająca skrócony czas pracy według przepisów polskich 6 [h] 0,5 clo, 115 W/m^2 0,5 clo, 145 W/m^2 0,5 clo, 175 W/m^2 0,5 clo, 200 W/m^ Temperatura termometru suchego, C Rys. 6. Maksymalny czas pracy ze względu na warunek utraty wody z organizmu (max 5% masy ciała) w funkcji temperatury powietrza dla izolacyjności odzieży 0,5 clo oraz zmiennego wydatku energetycznego dla pracownika w przodkach analizowanych wyrobisk ślepych Fig. 6. Maximum allowable exposure time due to requirement of insensible water loss (max 5% drop of body mass) depending on air temperature for clothing thermal insulation 0,5 clo and different metabolic rate of worker in analysed faces of blind headings 23

24 Ograniczenie czasu pracy ze względu na warunek utraty wody z orgaznizmu max 5% Rys. 7. Maksymalny czas pracy ze względu na warunek utraty wody z organizmu (max 5% masy ciała) w funkcji temperatury powietrza dla izolacyjności odzieży 1 clo oraz zmiennego wydatku energetycznego dla pracownika w przodkach analizowanych wyrobisk ślepych Fig. 7. Maximum allowable exposure time due to requirement of insensible water loss (max 5% drop of body mass) depending on air temperature for clothing thermal insulation 1 clo and different metabolic rate of worker in analysed faces of blind headings Podsumowanie linia oznaczająca normalny czas według przepisów polskich 7,5 [h] linia oznaczająca skrócony czas pracy według przepisów polskich 6 [h] 1 clo, 115 W/m^2 1 clo, 145 W/m^2 1 clo, 175 W/m^2 1 clo, 200 W/m^ Temperatura termometru suchego, C Metoda analitycznego wyznaczania i interpretacji stresu cieplnego doznawanego przez człowieka w środowisku gorącym opiera się na teorii wymiany ciepła między człowiekiem według bilansu cieplnego. Została zweryfikowana dużą ilością badań w różnych środowiskach pracy. Ocena zagrożenia przegrzaniem organizmu oparta jest o takie parametry fizjologiczne jak temperatura reaktalna i odwodnienie organizmu. Przedstawiona metoda obliczeń numerycznych obciążenia cieplnego bierze pod uwagę nie tylko parametry powietrza, a także intensywność pracy oraz izolacyjność odzieży. Jest to obecnie najbardziej wszechstronne narzędzie oceny obciążenie cieplnego organizmu. Przeprowadzona analiza obciążenia cieplnego pracowników w przodkach drążonych wyrobisk wykazała istotność parametrów, jakim są izolacyjność odzieży i wydatek energetyczny. Obliczenia wykazały, że przy izolacyjności odzieży 1 clo i wydatku energetycznym 200 W/m dochodzi do przekroczenia temperatury reaktalnej dla 5 wyrobisk przygotowawczych. Natomiast jeśli pracownicy byliby ubrani w odzież o 24

25 izolacyjności 0,5 clo nie doszłoby do przekroczenia granicznej wartości temperatury reaktalnej w żadnym przypadku. Biorąc pod uwagę warunek ubytku wody z organizmu =3750 g dla izolacyjność odzieży 0,5 clo dochodzi do przekroczenia granicznej wartości ubytku wody przy wydatku energetycznym 200 W/m, ale maksymalny czas pracy mieści się w granicy obowiązujących przepisów w zakresie skróconego czasu pracy (360 minut) [6]. Jeśli jednak izolacyjność odzieży wynosiłaby 1 clo doszłoby do sytuacji, że pracownicy nie mogliby przepracować dniówki ze skróconym czasem z uwagi na niebezpieczeństwo wystąpienia stresu cieplnego, odnosi się to do wydatku energetycznego 200 i 175 W/m rysunek 7. Powyższe stwierdzenia prowadzą do wniosku, że pracownicy zatrudnieni w środowiskach gorących o dużej wilgotności muszą posiadać lekką, przewiewną odzież o małej izolacyjności, aby móc wykonywać pracę o wysokim wydatku energetycznym. LITERATURA 1. Fanger, P.O.: Komfort Cieplny, Arkady, W-wa, Havenith G., Holmér I., Den Hartog E.A., Parsons K.C.: Clothing evaporative heat resistance, Proposal for improved representation in standards and models, The Annals of Occupational Hygiene, pp , July, 43(5), Malchaire J.: Evaluation and control of warm working conditions, Proceedings of the BIOMED Heat Stress Conference, June 14-15, Barcelona Malchaire J., Piette A., Kampmann B., Mehnert P., Gebhardt H., Havenith G., Den Hartog E., Holmer I., Parsons K., Alfano G., Griefahn B.: Development and validation of the predicted heat strain model, The Annals of Occupational Hygiene, Malchaire J., Kampmann B., Mehnert P., Gebhardt H., Piette A., Havenith G., Holmer I., Parsons K., Alfano G., Griefahn B.,: Assessment of the risk of heat disorders encountered during work in hot conditions, Int Arch Occup Environ Health, pp , 75, Parsons K.C., Havenith G., Holmér I., Nilsson H., Malchaire J.: The effects of wind and human movement on the heat and vapour transfer properties of clothing, The Annals of Occupational Hygiene, pp , 43(5), PN-EN ISO 7933:2005, Ergonomia środowiska termicznego - Analityczne wyznaczanie i interpretacja stresu cieplnego z wykorzystaniem obliczeń przewidywanego obciążenia termicznego (oryg.) 8. PN-EN ISO 8996:2005, Ergonomia środowiska termicznego - Określanie tempa metabolizmu 9. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych (Dz. U. Nr 139, poz oraz z 2006 r. Nr 124, poz

26 10. Szlązak N., Obracaj D., Głuch B.: Warunki mikroklimatu wyrobisk chodnikowych i ścianowych na wybranym przykładzie, Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa, s. 5 16, nr 4, Wacławik J., Branny M., Borodulin-Nadzieja L.: Modelowanie wymiany ciepła między górnikiem a otoczeniem w trudnych warunkach klimatycznych, Wydawnictwa AGH, Kraków Wacławik J., Knechtel J., Świerczek L.: O mechanizmach wymiany ciepła między organizmem pracownika a otoczeniem w wyrobiskach kopalnianych, Zagrożenia i technologie: praca zbiorowa pod red. Józefa Kabiesza, Główny Instytut Górnictwa, Katowice

27 Piotr GOLICZ, Jacek WRODARCZYK CEN-MED, Sp. z o.o. WPŁYW PARAMETRÓW KLIMATYCZNYCH NA TĘTNO I WYDATEK ENERGETYCZNY GÓRNIKÓW BADANIA W KOMORZE KLIMATYCZNEJ Streszczenie: W artykule opisano kolejne etapy organizacji i przebiegu badań grupy górników w komorze klimatycznej symulującej środowisko pracy pod ziemią (mikroklimat gorący i wilgotny). Badani wykonywali serię ustalonych ćwiczeń o znanych parametrach interwałowego obciążenia fizycznego równoważnych odpowiednio pracy lekkiej, umiarkowanej i ciężkiej z przerwami na odpoczynek. W trakcie badań monitorowano i rejestrowano wybrane parametry fizjologiczne. Analiza ich wyników dostarcza informacji nt. zależności pomiędzy warunkami klimatycznymi, a koniecznym wydatkiem energetycznym organizmu ludzkiego dla wykonania pracy w zastępczym środowisku podziemnym KWK. IMPACT OF CLIMATIC PARAMETERS ON MINER S HEART RATE AND ENERGY EXPENDITURE - EXAMINATION IN A CLIMATE CHAMBER Summary: This article describes next steps of organization and course of exercises on group of miners in a climatic chamber which simulates the underground environment (hot microclimate and humid). The subjects performed a series of fixed exercises with known interval of parameters connected with equivalent physical work load light, medium and heavy with breaks for rest. During the examinations selected physiological parameters were monitored and recorded. Analysis of the results provides information on the correlation between the climate conditions and expenditure of the human body energy which is necessary for the implementation working in substitute underground coal mine environment. 1. Wstęp, definicje używanych pojęć i skrótów Podczas uczestnictwa w realizacji Zadania badawczego w okresie wrzesień 2011 sierpień 2013 spółka CEN-MED miała za zadanie zrealizować 3 etapy tego zadania polegające na wykonaniu badania grupy górników w komorze klimatycznej, a następnie opracowania uzyskanych wyników pod kątem ich wykorzystania dla założonego celu, którym jest opracowanie zasad zatrudniania pracowników przez podziemne kopalnie węgla w warunkach gorącego i wilgotnego mikroklimatu. Kolejne części artykułu mają za zadanie scharakteryzować zarówno czynności przygotowawcze, przebieg badań, a także wstępną analizę wyników tychże badań. Poniżej przedstawiono kilka objaśnień najczęściej używanych tutaj pojęć i skrótów: NCBiR Narodowe Centrum Badań i Rozwoju z/s w Warszawie; CIOP (PB) Centralny Instytut Ochrony Pracy Państwowy Instytut Badawczy z/s w Warszawie; CSRG (S.A.) Centralna Stacja Ratownictwa Górniczego S.A. z/s 27

28 w Bytomiu; WUG Wyższy Urząd Górniczy z/s w Katowicach; KWK kopalnia węgla kamiennego, KWSA Kompania Węglowa S.A.; Zadanie Badawcze (Projekt, Nr 5) - Opracowanie zasad zatrudniania pracowników w warunkach zagrożenia klimatycznego w podziemnych zakładach górniczych stanowiącego część projektu strategicznego pn. Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach. Projekt dofinansowany przez NCBiR; Partnerzy Projektu jednostki wchodzące w skład konsorcjum realizującym Projekt nr 5; Etap (badawczy) część Zadania badawczego wykonywana samodzielnie przez Partnera Projektu; CEN-MED (Sp. z o.o.) - Niepubliczny Zakład Opieki Zdrowotnej. Specjalistyczny Ośrodek Badań i Porad Lekarskich z/s w Bytomiu partner Projektu; Komisji Bioetyki - Komisji Bioetyki przy Śląskiej Izbie Lekarskiej; ITAM - Instytutu Techniki i Aparatury Medycznej z/s w Zabrzu; Zespół roboczo-konsultacyjny zespół specjalistów powołany przez Prezesa CEN-MED dla opracowanie zasad i metodyki badań górników w komorze klimatycznej. Pracami zespołu kierował prof.dr hab.n.med. Lech Poloński ze Śląskiego Centrum Chorób Serca; Warunki termoneutralne (normotermia) - temperatura: 23 C, wilgotność względna: 50 %; Holter 24, Holter EKG, monitor holterowski EKG - urządzenie rejestrujące pracę serca (EKG), w sposób ciągły, przez 24 godziny na dobę; UKG - echokardiografia (ultrasonokardiografia, echo serca) nieinwazyjna technika diagnostyki obrazowej wykonywana przy pomocy wiązki ultradźwięków; clo jednostka izolacyjności termicznej odzieży; PWC, PWC 150/170 - Physical Working Capacity. Wskaźnik PWC określa zdolność do wykonania przez osobę badaną pracy fizycznej przy ustalonej częstości akcji serca (wydolność). W celu wyznaczenia go wykonuje się badanie na cykloergometrze rowerowym. Wskaźnik PWC 150/170 określa zdolność wykonania przez osobę badaną pracy fizycznej przy częstości akcji serca 150 uderzeń na minutę oraz 170 uderzeń na minutę; PWC wzgl. [W/kg] - wartości PWC dzieli są przez masę ciała badanego. 2. Założenia i cele badań Założeniem dla przeprowadzenia badań górników w komorze klimatycznej było występowanie odmiennej niż w warunkach termoneutralnych zależności pomiędzy zmianami wartości tętna organizmu ludzkiego a wydatkiem energetycznym uzyskanym w wyniku skumulowanego wysiłku fizycznego wykonywanego przez badanych w zmiennych warunkach klimatycznych (temperatura, wilgotność względna). Badani wykonywali ćwiczenia w sposób zbliżony do pracy pod ziemią tj. w ubraniu roboczym, hełmie i wyposażeni w lampę górniczą oraz (dla porównania) bez wierzchniego ubrania roboczego. Ustalony czas ćwiczeń 120 min. chociaż 28

29 stanowił tylko 1/3 czasu dniówki roboczej (dla skróconego czasu pracy 6 godz.) jednakże zgodnie z uzyskaną opinią Zespołu Roboczo - Konsultacyjnego był on wystarczający dla uzyskania warunków stabilizacji parametrów funkcjonalnych organizmu zbliżonych do naturalnego środowiska pracy pod ziemią. Bliższym celem jaki przyjęto dla programu badań w komorze było wyznaczenie zależności pomiędzy wydatkiem energetycznym a przyrostem tętna badanych górników w czasie. Konsekwentnie zależność ta posłuży, po uwzględnieniu takich czynników jak budowa ciała, wydolność fizyczna, struktura wiekowa pracowników i inne (np. palenie tytoniu), do wyznaczenia średniego wydatku energetycznego górników pracujących w kopalniach na podstawie zapisu tylko ich tętna w czasie dniówki roboczej. Ostatecznym celem końcowym, zbieżnym z innymi pracami parterów Projektu będzie opracowanie zasad zatrudniania pracowników w warunkach zagrożenia klimatycznego w podziemnych zakładach górniczych. 3. Dotychczas wykonywane badania dotyczące reakcji organizmu na trudne warunki mikroklimatu Od ponad 100 lat w dostępnej literaturze znaleźć można opisy badań podstawowych i przemysłowych, jakie przeprowadzano w wielu krajach dla określenia reakcji organizmu człowieka wobec trudnych warunków mikroklimatu. O zakresie i sposobie ich przeprowadzenia decydowały przede wszystkim cele, jakim miały służyć oczekiwane wyniki. Najlepiej poznanymi opisami badań, jakimi dysponował CEN-MED, z racji przypisanej działalności: badania ratowników górniczych, były przeprowadzane w kraju i za granicą badania wpływu trudnych warunków mikroklimatu na organizmy przedstawicieli tej właśnie grupy zawodowej. Dla potrzeb ustalenia metodyki badań górników w komorze klimatycznej korzystano ze współcześnie (koniec XX w. / pocz. XXI w.) przeprowadzonych badań ratowników w Wielkiej Brytanii [3], Niemczech [4] i Polsce [5], a także doświadczeń CIOP w zakresie badań strażaków [6]. Szczególnie badania prowadzone w Polsce w latach dały dobre podstawy do właściwego doboru aparatury i techniki prowadzenia badań. CSRG wspólnie z CIOP wykonała wtedy obszerne badania ratowników w ramach badawczego projektu celowego pt.: Wpływ warunków mikroklimatu na bezpieczeństwo ratowników górniczych podczas akcji ratowniczych prowadzonych w trudnych warunkach mikroklimatu w podziemnych zakładach górniczych. Projekt ten zlecony został w związku z wnioskami Komisji powołanej przez Prezesa WUG dla zbadania przyczyn i okoliczności wypadku zbiorowego w KWK Niwka Modrzejów, jaki miał miejsce w roku Badania polegały na kontroli i rejestracji podstawowych parametrów fizjologicznych ratowników podczas badań w komorze klimatycznej oraz podstawowych parametrów pracy roboczych aparatów oddechowych tlenowych lub powietrznych. Uzyskane wyniki odniesione do zadanej temperatury, wilgotności, ubrania, aparatu i rodzaju pracy pozwoliły w rezultacie określić dopuszczalny czas bezpiecznego przebywania ratowników w akcji. Tabele takiego czasu, które zostały opracowane w wyniku tych badań, są do dnia dzisiejszego używane przez krajowe ratownictwo górnicze. 29

30 4. Metodyka badań Badania naukowe przeprowadzane z udziałem ludzi mają z punktu widzenia prawa charakter eksperymentu medycznego, badawczego, co dla jego przeprowadzenia wymaga zachowania ściśle określonych rygorów. W związku z powyższym dla potrzeb badań została opracowana szczegółowa metodyka badań wydatku energetycznego. W jej przygotowanie zaangażowany został zespół roboczo-konsultacyjnego, w skład którego weszli zarówno pracownicy firmy CEN-MED jak i lekarze, specjaliści w zakresie badań medycyny przemysłowej, eksperymentów medycznych oraz naukowych projektów badawczych krajowych i międzynarodowych. W metodyce zawarto szereg ważnych uwarunkowań, takich jak: ogólne zasady przeprowadzania badań i planowane korzyści poznawcze oraz założenia i cele badań, a także wykazy: personelu medycznego i niemedycznego, aparatury i sprzętu medycznego, środków bezpieczeństwa (sprzętu do reanimacji i pierwszej pomocy) i opis stanowisk badawczych. Jako niezbędną aparaturę wskazano m.in.: aparat elektrokardiograficzny, spirometr, zestawy do prób wysiłkowych (rys.1), komorę klimatyczną (rys.2), cykloergometry, aparaturę monitorującą zapis elektrokardiograficzny, aparaturę monitorującą temperaturę wewnętrzną ciała, a także sprzęt do komunikacji pomiędzy badanymi w komorze klimatycznej a personelem i sprzęt do pomiaru wagi ciała. Opisane zostały charakterystyki wyż. wym. aparatury i wymagania techniczne w odniesieniu do zakresu przewidywanych badań. Sama charakterystyka stanowisk badawczych została wyszczególniona w odniesieniu zarówno do określenia rodzajów prac wykonywanych przez badanych, jak i wydatku energetycznego dla poszczególnych etapów badań i rodzajów pracy. Najistotniejszą część opracowania zawierała szczegółowy opis planowanych badań, gdzie wskazano na takie elementy jak: dobór badanych osób, informację i oświadczenie badanego, badanie kwalifikujące do badania w komorze klimatycznej, badanie w komorze klimatycznej. Opis badań kwalifikacyjnych zawierał informacje o: badaniach lekarskich podmiotowych i przedmiotowych oraz o badaniach dodatkowych, na które składały się badanie elektrokardiograficzne spoczynkowe, spirometryczne i badania wydolności fizycznej. Załączono także proponowany wzór karty badań. Z kolei opis samych badań w komorze klimatycznej zawierał informacje o: kryteriach włączenia/wyłączenia do/z badań, kryteriach przerwania badania w komorze klimatycznej, warunkach badania, zakresie monitorowanych parametrów fizjologicznych, harmonogramie badań, metodyce dziennego cyklu badań, przygotowaniu badanego, przebiegu badania, zasadach gromadzenia, przetwarzania i archiwizowania danych z wykonanych badań. Po ustaleniu metodyki badań skierowano wniosek do Komisji Bioetyki o wyrażenie zgody na badania. Wniosek ten w dn r. został rozpatrzony pozytywnie. 30