Badania, ocena i profilaktyka zagrożeń aerologicznych w działalności Zakładu Aerologii Górniczej KGHM CUPRUM

Transkrypt

1 CUPRUM Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud nr 4 (89) 2018, s 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 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 opracowania 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 trudnych warunków klimatycznych na organizm pracowników. W artykule zaprezentowano opracowane w Zakładzie Aerologii Górniczej rozwiązania techniczne w obszarze techniki klimatyzacji 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 temperature 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 introducing a new climate assessment index and to demonstrate the effectiveness of individual climate protection measures and the impact of difficult climatic conditions on the employees' bodies was presented. The article presents technical solutions developed at the Department 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. Key words: mining, mining aerology, natural hazards

2 118 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, wystąpieniem 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 powyżej zagrożeń zajmuje się aerologia górnicza, definiowana jako nauka i praktyka dotycząca wentylacji wyrobisk górniczych i zjawisk związanych z przewietrzaniem wyrobisk. 1. Projekty badawczo-rozwojowe i usługowe w Zakładzie Aerologii Górniczej dotyczące zagadnień aerologicznych w kopalniach W historii KGHM CUPRUM zagadnienia przewietrzania wyrobisk kopalń podejmowane były od początku istnienia firmy, zaś zespół zajmujący się aerologią funkcjonował w różnych strukturach organizacyjnych. Aktualnie przedmiotowe prace prowadzone są w Zakładzie Aerologii Górniczej w następującym zakresie merytorycznym: ogólne zagadnienia przewietrzania kopalń, a w tym: sposoby przewietrzania poszczególnych rejonów eksploatacyjnych i przygotowawczych, analiza i ocena skuteczności działania systemów wentylacyjnych i klimatyzacyjnych w kopalniach, badania i prognoza stanu zagrożeń aerologicznych, opracowanie szczegółowych zasad prowadzenia ruchu i profilaktyki w warunkach zagrożeń aerologicznych, wykonywanie charakterystyk pracy wentylatorów głównego przewietrzania 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 stanowiskowych kabin klimatyzowanych,

3 119 zagrożenie pyłowe, a w tym ocena stanu zagrożenia pyłowego w procesie technologicznym wydobycia rudy miedzi i innych kopalin oraz metody 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 środowisku 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 zagadnienia ruchowe związane z zabudową infrastruktury klimatyzacyjnej w wyrobiskach dołowych, opracowanie wskaźnika oceny stanu zagrożenia klimatycznego tzw. temperatury zastępczej klimatu T zk, wraz z określeniem zasad zatrudniania pracowników w trudnych warunkach środowiskowych, bazujących na wskaźniku T zk, 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 klimatyzacji 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 warunkach 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-

4 120 wiono szczegółowo przykładowe aspekty badawcze z projektów i zadań badawczych Zakładu, związane z zagrożeniem klimatycznym. Z przeprowadzonego rozpoznania wynika, że pierwszym krajem, w którym w roku 1905 wprowadzono ustawodawstwo, mające na celu ograniczenie nadmiernego obciążenia cieplnego pracowników zatrudnionych w kopalniach podziemnych, były Niemcy. W przyjętym wówczas prawie określono dopuszczalną wartość temperatury suchej powietrza na poziomie 28 o C oraz wprowadzono zapisy zmniejszające długość zmiany roboczej w przypadku trudnych warunków klimatycznych. Do roku 1960 rozwiązania 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 obciążenia cieplnego w miejscach pracy, można je podzielić na dwie zasadnicze grupy: wskaźniki (normy) określane przez tzw. temperaturę efektywną lub zastępczą, będącą funkcją temperatury powietrza i prędkości przepływu, przedstawione w postaci wzorów analitycznych, nomogramów oraz tablic, normy określone odpowiednimi przepisami bhp, ustalającymi graniczną temperaturę powietrza kopalnianego oraz zdolność chłodzenia, uwzględniające w niektórych przypadkach także prędkość ruchu powietrza. W rozważaniach teoretycznych, oraz częściowo praktycznych, związanych z sposobami oceny warunków cieplnych (klimatycznych), w miejscach pracy w wyrobiskach 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 kopalniach węgla kamiennego i rud kryterium dopuszczalnej pracy górników jest tzw. amerykańska temperatura efektywna. Belgijska temperatura efektywna, opracowana dla środowisk gorących i wilgotnych panujących w belgijskim przemyśle węglowym, oparta jest na temperaturze suchej t s i temperaturze wilgotnej t w. W kopalniach amerykańskich nie obowiązują normy dotyczące zagrożenia klimatycznego, jednakże zalecane są wartości graniczne obciążenia cieplnego, bazujące na wskazaniach termometru wilgotnego. Inżynier wentylacji określa wartości maksymalnej 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.

5 121 W przepisach dotyczących bhp w górnictwie Republiki Południowej Afryki określona jest graniczna: temperatura termometru mokrego, temperatura termometru suchego i temperatura promieniowania górotworu. Przekroczenie granicznych temperatur oznacza dla pracodawcy konieczność stworzenia systemu zarządzania ryzykiem w podwyższonych temperaturach. W górnictwie podziemnym Bułgarii obowiązują dopuszczalne wartości temperatury 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 klimatycznego obowiązują zapisy, podane w rozporządzeniu rządu. Warunki mikroklimatyczne na stanowiskach pracy w kopalniach określane są parametrami temperatury 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 mikroklimatycznych) z uciążliwością pracy określoną przez ciężkość pracy. Określanie termicznych warunków pracy jedynie na podstawie temperatury powietrza 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 miedzi opracowano w CUPRUM w 1985 r. Zasadniczym założeniem proponowanego nowego sposobu oceny warunków klimatycznych była potrzeba spełnienia następujących 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 zmiennym 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 (t s ) i wilgotnym (t w ), temperatury promieniowania (t g ), wielkości metabolizmu (wydatku energetycznego M) oraz prędkości ruchu powietrza (w), czyli: gdzie: T zk temperatura zastępcza komfortu cieplnego. ( ) (1)

6 122 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: gdzie: T zk temperatura zastępcza komfortu cieplnego, t s, t w 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, WBGT gr graniczna dopuszczalna wartość wskaźnika dla kategorii ciężkości pracy. W celu wyznaczenia współczynników a i b, zawartych we wzorze (4), przeprowadzono na stanowiskach pracy w kopalniach LGOM pomiary parametrów charakteryzujących warunki mikroklimatu środowiska pracy. Wykonano je w okresie od kwietnia do sierpnia 1985 r. w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. Ogółem dokonano 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 parametry powietrza, określone we wzorze (2), oraz parametry, wchodzące w skład wskaźnika WBGT, tj. temperaturę wilgotną naturalną powietrza kopalnianego przy wykorzystaniu poczernionej kuli Vernona. Ostatecznie wzór na obliczanie temperatury zastępczej komfortu cieplnego (temperatura zastępcza klimatu) przyjmuje postać: (2) gdzie: t w temperatura powietrza zmierzona termometrem wilgotnym, o C, t s 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. (3) 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. Postanowienia 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,

7 123 ale mało dokładnymi [8]. Powyższy sposób daje możliwość ilościowego określania cieplnych warunków pracy i w lepszy sposób pozwala na kształtowanie bezpiecznych cieplnych 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., zmodyfikowanej w roku Stosowana w górnictwie rud miedzi KGHM Polska Miedź SA temperatura zastępcza klimatu odpowiada zasadom obowiązującym w rozwiniętych górnictwach światowych. Jest ona uzależniona od ciężkości pracy i temperatury powietrza kopalnianego, jak również prędkości jego ruchu. Uwzględniając doświadczenia innych krajów oraz górnictwa rud miedzi, można stwierdzić, że potwierdzeniem powyższego 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 fizjologicznych (temperatura wewnętrzna, częstość akcji serca) i temperatury warstewki powietrza 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 temperatury suchej powietrza na stanowisku pracy; 4. Elektroda do pomiaru temperatury skóry; 5. i 6. Zestaw do pomiaru częstości akcji serca i częstości oddechów Rys. 1. Zestaw osobistego monitoringu fizjologicznego

8 124 Efektem przedmiotowych badań techniczno-medycznych jest określenie zasad zatrudniania, uwzględniających szczegółowo: identyfikację wskaźników stanowiących podstawowe kryterium zatrudniania pracowników w warunkach zagrożenia klimatycznego, metodykę wyznaczania T zk oraz graniczne wartości T zk, możliwości pracy krótko- i długotrwałej w warunkach środowiska z T zk 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 Rys. 3. Parametry kosztu fizjologicznego pracy górników nie będących operatorami SMG

9 125 W podsumowaniu uzyskanych wyników badań stwierdzono, że średnia wewnętrzna temperatura pracowników niebędących operatorami maszyn samojezdnych była wyższa niż w przypadku pracowników obsługujących SMG. W całej badanej 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 przodowych, strzałowych i dozoru. Opracowana w Zakładzie Aerologii Górniczej KGHM CUPRUM temperatura zastępcza klimatu została wprowadzona do stosowania w polskim górnictwie podziemnym Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 29 stycznia 2013 r. w sprawie 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 uwzględnieniem określonych wartości temperatury zastępczej klimatu. W 2016 r. Minister Energii wydał rozporządzenie z dnia 23 listopada w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących prowadzenia ruchu podziemnych zakładów górniczych [4]. W przedmiotowym rozporządzeniu zagadnienia oceny warunków klimatycznych z wykorzystaniem temperatury zstępczej klimatu znalazły odzwierciedlenie w załączniku 3. punkt 3., i 4., w których określono zakres pomiarów mikroklimatu, wyznaczenie temperatury 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 dołowych 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 klimatycznego, CUPRUM uczestniczyło w testach dołowych trzech typów kamizelek chłodzących, a mianowicie [2]: kamizelki TechNiche (wykorzystuje przemianę fazową lodu, zawartej w pakietach 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, zaabsorbowanej 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,

10 126 obsługa przenośnika taśmowego, operatorzy urządzenia do rozbijania brył skalnych, pracownicy oddziału wentylacyjno-pomiarowego oraz górnicy strzałowi. Wykorzystując wartości rejestrowanych w sposób ciągły parametrów fizjologicznych badanych górników, opracowano wykresy kształtowania się temperatury wewnętrznej 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

11 127 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 o C oraz 170 uderzeń/min. Podczas pracy na oddziale z założonymi kamizelkami chłodzącymi nie zarejestrowano obniżenia temperatury wewnętrznej, raczej niewielki wzrost lub stabilizację wartości. Natomiast częstość akcji serca po założeniu kamizelek chłodzących wykazuje 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 wegetacyjnego odruchu oziębieniowego (skurcz naczyń), jak i ograniczenia procesu oddawania 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 warunków środowiskowych i charakteru wykonywanych czynności zawodowych przez wybranych pracowników wydziałów produkcyjnych Huty Miedzi Głogów na parametry fizjologiczne organizmu pracowników, wydatek energetyczny oraz ogólny poziom bezpieczeństwa zdrowotnego podczas wykonywania czynności zawodowych. 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 technicznoorganizacyjnych, 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 organizmu ludzkiego do wykonywania efektywnej pracy w niekorzystnych warunkach

12 128 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 stanowiskach jest stosowanie zamkniętych kabin klimatyzowanych. Przedmiotowe rozwiązanie 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 pobliżu 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 akustycznie, od środowiska wyrobiska górniczego, w którym panują niekorzystne warunki klimatyczne. W Zakładzie Aerologii Górniczej powstały prototypy agregatów chłodniczych do zabudowy przy kabinie operatora maszyny samojezdnej oraz prototypy kabin klimatyzatorowych ze stacjonarnym agregatem chłodniczym. Od roku 2001 są one wytwarzane 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 nośnej (obudowie). W tym rozwiązaniu napęd sprężarki realizowany jest od silnika hydraulicznego lub silnika elektrycznego.

13 129 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 stosowane 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 kotwiącego SWK (rys. 9). Rys. 9. Zespoły systemu klimatyzacji stanowiskowej bez zamkniętej kabiny Badania ruchowe przeprowadzone w warunkach dołowych pokazały, że rezultatem pracy przedmiotowego zestawu urządzeń do klimatyzacji nieosłoniętego stanowiska 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 o C w stosunku do temperatury powietrza kopalnianego. Agregat chłodniczy przy kabinie operatorskiej powoduje istotną zmianę parametrów 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 o C, 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 osiągnięcia z zakresu techniki chłodniczej i wentylacyjnej.

14 130 Rys. 10. Zmodernizowany agregat chłodniczy KLU-2 Między innymi zastosowano wysokosprawne sprężarki spiralne, miedziane wymienniki ciepła oraz zastosowano niezależny oddzielny sterownik, uzyskując ograniczenie gabarytów, zmniejszenie masy oraz korzystniejsze własności serwisowe. Podsumowanie Analiza i ocena aktualnego stanu zagrożeń aerologicznych, a szczególności zagrożenia gazowego i klimatycznego, wykazuje, że przedmiotowe zagrożenia będą miały kluczowe znaczenie podczas planowanej eksploatacji górniczej. Nowe złoża udostępniane 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 odpowiednich rozwiązań profilaktycznych. Działania w tym zakresie, podejmowane przez służby kopalń, wspomaganych przez jednostki badawcze i dostawców materialnych rozwiązań technicznych, powinny 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 zagrożenia 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 zagrożenia.

15 131 Zakład Aerologii Górniczej ma odpowiednie możliwości i kompetencje do prowadzenia 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 aerologicznych. Bibliografia [1] Gajosiński S., Nowysz M., 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., 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 prowadzenia ruchu podziemnych zakładów górniczych, DzU Nr 1118, z dnia 9 czerwca 2017 r. [5] Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych, DzU z 2015r., poz.1702, z późniejszymi zmianami, z dnia 21 września 2015 r. [6] Szlązak N., Tor A., Jakubów A., Stan zagrożenia klimatycznego i metody jego zwalczania w kopalniach Jastrzębskiej Spółki Węglowej S.A., Prace Naukowe GIG, Górnictwo i Środowisko, nr II/2008, s [7] Turkiewicz W., 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., Badanie współzależności temperatury zastępczej 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., 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 niepublikowane.

16 132