ANALIZA WARUNKÓW MIKROKLIMATU W REJONIE ŚCIAN EKSPLOATACYJNYCH KOPALŃ WĘGLA KAMIENNEGO

GÓRNICTWO I GEOLOGIA 2013 Tom 8 Zeszyt 2 Nikodem SZLĄZAK, Dariusz OBRACAJ, Bartłomiej GŁUCH AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Katedra Górnictwa Podziemnego ANALIZA WARUNKÓW MIKROKLIMATU W REJONIE ŚCIAN EKSPLOATACYJNYCH KOPALŃ WĘGLA KAMIENNEGO Streszczenie. W polskim górnictwie węgla kamiennego coraz częściej pojawia się problem zagrożenia klimatycznego. W niedalekiej przyszłości należy się liczyć z dalszym pogarszaniem warunków klimatycznych, w wyniku zwiększenia głębokości eksploatacji oraz koncentracji wydobycia. Trudne warunki mikroklimatu mogą być przyczyną nie tylko spadku wydajności pracy, ale przede wszystkim przegrzania organizmu i zagrożenia zdrowia oraz życia pracowników. W artykule omówiono analizę mikroklimatu w wyrobiskach ścianowych na podstawie wskaźników mikroklimatu: intensywności chłodzenia powietrza K w, temperatury zastępczej francuskiej TFR, temperatury zastępczej klimatu t zk, wskaźnika WBGT. Na podstawie wyników pomiarów parametrów powietrza w ścianach eksploatacyjnych przeprowadzono ocenę komfortu cieplnego pracowników. Ocenę wykonano na podstawie amerykańskiej temperatury efektywnej ATE oraz wskaźnika dyskomfortu cieplnego w zależności od izolacyjności termicznej odzieży, wydatku energetycznego lub zaaklimatyzowania. Przedstawiono konfrontacje polskich przepisów z innymi wskaźnikami mikroklimatu pod kątem normalnego i skróconego czasu pracy. ANALYSIS OF MICROCLIMATE CONDITIONS IN HARD COAL MINES LONGWALLS Summary. In the Polish hard coal mining sector increasingly raises the problem of the climate threat. In the nearest future these conditions may be expected to get even worse as mining is started at deeper levels and production is even more concentrated. Difficult conditions of underground microclimate can cause not only the decline in labour productivity, but above all, overheating of the body and health risks and life of workers. an The analysis of microclimate in the longwalls based on the indicators microclimate: relative index of air cooling power K w, equivalent French temperature TFR, equivalent temperature of climate t zk, wet-bulb globe temperature index WBGT are discussed in the paper. Thermal comfort for workers on the basis on measurement results of air flow parameters in longwalls is assessed. The assessment was carried out on the basis of the effective temperature ATE and thermal discomfort δ are assessment, depending on the thermal insulation of clothing, metabolic rate, or for acclimatisation. Confrontations of Polish

100 N. Szlązak, D. Obracaj, B. Głuch legislation with other indexes of microclimate for full and reduced working time are presented. Wstęp Największy wpływ na kształtowanie warunków mikroklimatu na stanowiskach pracy mają zwiększająca się wraz z głębokością temperatura pierwotna górotworu oraz coraz większe moce elektryczne maszyn i urządzeń w rejonie ściany eksploatacyjnej. Negatywne oddziaływanie warunków mikroklimatu spowodowane jest przede wszystkim wysoką koncentracją wydobycia, stale zwiększającą się mocą zainstalowanych maszyn urabiających i urządzeń odstawczych oraz wysoką wilgotnością powietrza w wyrobiskach. W niedalekiej przyszłości może się okazać, że zajdzie konieczność prowadzenia eksploatacji w górotworze o temperaturze skał sięgającej 50 C, a o bezpieczeństwie ludzi pracujących na dole i możliwości prowadzenia wydobycia decydować będzie głównie zagrożenie klimatyczne. Trudne warunki mikroklimatu mogą być przyczyną nie tylko spadku wydajności pracy, ale przede wszystkim przegrzania organizmu i zagrożenia zdrowia oraz życia pracowników. Istotny wpływ na zachowanie organizmu w trudnych warunkach klimatycznych, w środowisku gorącym, ma również zespół indywidualnych czynników psychofizycznych, takich jak: wiek, budowa ciała, ogólny stan zdrowia, zaaklimatyzowanie, odporność psychiczna oraz indywidualne predyspozycje [6, 8]. Najtrudniejsze warunki mikroklimatu występują przede wszystkich w ścianach eksploatacyjnych, w których zatrudnionych jest wielu pracowników. Celem niniejszego artykułu jest ocena warunków mikroklimatu na podstawie przeprowadzonych badań w kopalniach węgla kamiennego. Na podstawie uzyskanych wyników można ocenić stan mikroklimatu w ścianach, odnosząc się do znanych wskaźników mikroklimatu. Metodyka pomiarów mikroklimatu w ścianach eksploatacyjnych Opracowanie prawidłowej metodyki badań ma kluczowe znaczenie dla dokonania rzetelnej analizy opartej na faktycznych zmianach warunków mikroklimatu w wyrobisku ścianowym. W tym celu konieczne było przeprowadzenie pomiarów parametrów

Analiza warunków mikroklimatu w rejonie ścian... 101 klimatycznych na wlocie i wylocie z wyrobiska ścianowego. W górnictwie podziemnym do najistotniejszych parametrów zalicza się: temperaturę mierzoną termometrem suchym t s, temperaturę mierzoną termometrem wilgotnym t m, wilgotność względną φ oraz prędkość przepływu powietrza v przez wyrobisko ścianowe. Pomiary wykonywano w stacjach pomiarowych, w wyrobiskach podziemnych, w 5 kopalniach węgla kamiennego, w 22 ścianach. Ściany prowadzone były na głębokości od 650 do 1070 m. W badanych ścianach stosowano systemy przewietrzania U i Y. Rysunek 1 przedstawia schematy pomiarowe parametrów powietrza. System przewietrzania U jest najczęściej spotykany w polskich kopalniach węgla kamiennego, wadą tego rozwiązania jest problem niekorzystnych warunków mikroklimatu [5]. W ścianach przewietrzanych na U pomiary wykonywano w chodniku podścianowym, ok 10 m przed wlotem do ściany, oraz w chodniku nadścianowym, nie więcej niż 10 m za ścianą (rys. 1a). W systemie przewietrzania Y pomiary wykonywano w chodniku podścianowym, ok. 10 m przed wlotem do ściany oraz w chodniku odprowadzającym powietrze wzdłuż zrobów za ścianą, do 10 m za wylotem ze ściany (rys. 1b), z doświeżaniem chodnikiem nadścianowym. System ten jest korzystniejszy przy zagrożeniu temperaturowym [5]. Stacje pomiarowe odzwierciedlają stanowiska pracy przy skrzyżowaniu ściany z chodnikiem doprowadzającym powietrze oraz przy skrzyżowaniu ściany z chodnikiem wentylacyjnym. Rys. 1. Schemat przestrzenny przewietrzania rejonu eksploatacyjnego systemem: a) U, b) Y Fig. 1. Spatial diagram of ventilation system at longwall area: a) U ventilation system, b) Y ventilation system Wyniki pomiarów mikroklimatu W wyrobiskach doprowadzających powietrze do ściany strumień objętościowy powietrza wynosił od 600 do 1640 m 3 /min. W ścianach przewietrzanych na Y udział powietrza

102 N. Szlązak, D. Obracaj, B. Głuch wynosił od 40,3% do 82,4% sumarycznego strumienia powietrza doprowadzanego do rejonu eksploatacyjnego. Z uwagi na głębokość prowadzonej eksploatacji, w wyrobiskach ścianowych dla poprawy warunków klimatycznych stosowano chłodzenie powietrza. Wyniki przeprowadzonych pomiarów przedstawiono w tabeli 1. Zestawienie danych z wyrobisk eksploatacyjnych Tabela 1 System Wlot do ściany Wylot ze ściany Kopalnia Ściana przewietrzania / t klimatyzacja s, o C t m, o v, C φ, % t m/s s, o C t m, o v, C φ, % m/s 1 "U" / Klim. 23,2 19 67 1,33 26,8 24 79 1,6 24 21,8 83 1,95 29,8 28,4 90 2,3 2 "U" / Klim. 22,6 18 64 0,97 27 25 85 1,15 21 16,8 66 1,05 25,8 22,8 78 1,27 B-Z 3 "Y" / Klim. 24 20 69 1,05 28,4 25,8 81 2,33 24,4 20,4 70 1,12 26 22,4 73 2,6 4 "U" / Klim. 22,8 18,2 64 0,87 29 24 66 0,9 21,6 17,8 69 1,53 27,2 25,6 88 2,38 5 "Y" / Klim. 26 22 71 1,25 31 28,8 85 1,58 25 21,4 73 1,33 26,6 26,6 86 1,73 6 "Y" / Klim. 18,2 14,2 63 2,4 25,2 21,2 69 2,3 7 "Y" / Klim. 18,2 15,4 74 2,15 24,2 21,8 81 6,25 P 8 "Y" / Klim. 22,4 17 57 5,9 31,4 28,2 78 2,03 9 "Y" / Klim. 20,8 18 76 1,7 28,4 26,2 84 2,1 10 "Y" / Klim. 23 19,6 72 1,3 31,2 27,8 77 1,2 11 "Y" / Klim. 22,2 20 81 0,78 25,6 23,8 86 1,11 12 "U" / Klim. 22,4 18,8 70 1,16 28,2 26,8 89 1,15 J-M 13 "U" / Klim. 27,8 26 86 1,09 31,8 30,6 92 1,03 14 "Y" / Klim. 23,6 17,4 52 3,81 31,2 28,6 82 4,39 15 "U" / Klim. 22,2 19,4 76 1,25 31,4 27,8 75 1,43 16 "Y" / Klim. 18,4 16 77 2,45 26,6 24,2 82 2,45 B 17 "Y" / Klim. 19,8 17,2 77 2,18 25,6 23,4 83 2,18 18 "Y" / Klim. 20,2 17,8 79 1,98 26,6 24,4 83 1,98 19 "U" / Brak 19,2 16,2 73 3,75 20,4 19 88 3,67 K 20 "U" / Klim. 24,4 20,6 70 2,52 27,8 25,6 84 2,58 21 "U" / Klim. 17,4 14 68 3,19 23,4 20,6 77 3,2 22 "U" / Klim. 24 21,6 81 3,24 23,6 23 95 2,94 Wartości średnie 22,2 18,7 71,4 2,0 27,4 25,1 82,1 2,2 Odchylenie standardowe 2,6 2,6 7,7 1,2 2,9 2,8 6,7 1,2 Wskaźniki mikroklimatu w badanych ścianach eksploatacyjnych Do określenia mikroklimatu w danym środowisku stosuje się wartości podstawowych parametrów powietrza i otoczenia oraz wskaźniki mikroklimatu, które uwzględniają łączny wpływ kilku podstawowych parametrów powietrza. Najbardziej znanymi wskaźnikami mikroklimatu są: natężenie chłodzenia powietrza K w, temperatura zastępcza francuska TFR,

Analiza warunków mikroklimatu w rejonie ścian... 103 temperatura zastępcza klimatu t zk, wskaźnik WGBTp [10]. W tabeli 2 zamieszczono definicje wskaźników klimatycznych i sposób ich wyznaczania. Na podstawie tych wskaźników dokonano oceny panujących warunków mikroklimatu w wyrobiskach. Wskaźnik Natężenie chłodzenia [10] Francuska temperatura zastępcza [10] Temperatura zastępcza klimatu [1] Wskaźnik WBGT [9] K w Wskaźniki mikroklimatu Jednostka Metoda wyznaczania Uwagi Oznaczenie Katastopnie wilgotne Pomiar katatermometrem wilgotnym TFR C TFR=0,7t m +0,3t s -v t zk C t zk =0,6t m +0,4t s -v K w <11 katastopni wilgotnych skrócony czas pracy TFR 28 C normalne warunki pracy TFR w przedziale 28-34 C praca szkodliwa dla zdrowia TFR>34 C warunki pracy niebezpieczne Dopuszczalne graniczne wartości temperatury zastępczej klimatu wynoszą: - dla pracy lekkiej t zk < 30 C; - dla pracy umiarkowanej t zk < 28 C; - dla pracy ciężkiej t zk < 26 C; - dla pracy bardzo ciężkiej t zk < 25 C ; - praca zabroniona t zk > 32 C; (czas pracy powinien być skrócony, jeżeli temperatura t zk jest większa od wartości granicznych) WBGT C WBGT=0,67t m +0,33t s Norma PN-EN 272443:2005 Tabela 2 Objaśnienia do wzorów t m temperatura mierzona termometrem wilgotnym, C t s temperatura mierzona termometrem suchym, C v prędkość powietrza, m/s φ wilgotność względna powietrza, % Wykonane pomiary pozwoliły na wyznaczenie wskaźników mikroklimatu. Z wykonanych obliczeń wynika, że parametry mikroklimatu kształtowały się następująco: na wlocie do wyrobisk ścianowych: o natężenie chłodzenia powietrza wilgotnego wahało się od 12,9 do 41,1 katastopni wilgotnych (średnio wynosiło 24,7 katastopni wilgotnych, w żadnym przypadku nie wystąpiło poniżej 11 katastopni wilgotnych), o temperatura zastępcza francuska zmieniała się w zakresie od 11,8 do 25,5 C (średnio wynosiła 17,8 C), o temperatura zastępcza klimatu przyjmowała wartości od 12,2 do 26,6 C (średnio wynosiła 18,1 C), o wskaźnik WBGT osiągał wartości od 15,1 do 26,6 C (średnio wynosił 19,8 C);

104 N. Szlązak, D. Obracaj, B. Głuch na wylocie z wyrobisk ścianowych: o natężenie chłodzenia powietrza wilgotnego wahało się od 7,1 do 31,4 katastopni wilgotnych (średnio wynosiło 17,2 katastopni wilgotnych, w jednym przypadku wystąpiło mniej niż 11 katastopni wilgotnych), o temperatura zastępcza francuska zmieniała się w zakresie od 15,8 do 29,9 C (średnio wynosiła 23,5 C), o temperatura zastępcza klimatu przyjmowała wartości od 15,9 do 30,1 C (średnio wynosiła 23,8 C), o wskaźnik WBGT osiągał wartości od 19,5 do 31,0 C (średnio wynosił 25,8 C). Na rysunkach 2 4 przedstawiono zmianę wskaźników w funkcji temperatury powietrza mierzonej termometrem suchym. Rys. 2. Natężenie chłodzenia powietrza wilgotnego w funkcji temperatury powietrza: a) na wlocie do wyrobisk ścianowych, b) na wylocie z wyrobisk ścianowych Fig. 2. Relative index of air cooling power as a function of air temperature: a) inlet to the longwalls, b) outlet of the longwalls Wymagane przepisami górniczymi [4] parametry powietrza na wlocie do wyrobisk ścianowych nie zostały przekroczone, a więc nie obowiązywał skrócony czas pracy. Schładzanie powietrza doprowadzanego do ściany wystarczyło do utrzymania wymaganych parametrów. Na wylocie z wyrobisk ścianowych, w prądzie powietrza odprowadzanego ze ściany, w jedenastu przypadkach dochodziło do przekroczenia dopuszczalnych parametrów powietrza, przede wszystkim przekroczona była temperatura na termometrze suchym. W każdym przypadku stosowane było schładzanie powietrza. Ludzie zatrudnieni w tych warunkach pracowali w skróconym czasie. Wskaźniki te wskazują na trudne warunki pracy na wylocie ze ścian. Należy jednak podkreślić, że dla zatrudnionych pracowników warunki mikroklimatu związane są nie tylko z parametrami powietrza, ale również z rodzajem wykonywanej pracy, termoizolacyjnością odzieży oraz aklimatyzacją pracowników w danych warunkach klimatycznych. Te czynniki decydują o obciążeniu termicznym pracowników. Dla

Analiza warunków mikroklimatu w rejonie ścian... 105 oceny warunków mikroklimatu powinno się stosować wskaźniki komfortu cieplnego uwzględniające te czynniki. Rys. 3. Temperatura zastępcza klimatu w funkcji temperatury powietrza: a) na wlocie do wyrobisk ścianowych, b) na wylocie z wyrobisk ścianowych Fig. 3. Equivalent temperature of climate as a function of air temperature: a) inlet to the workings of longwalls, b) the outlet of the workings longwalls Rys. 4. Wskaźnik WBGT w funkcji temperatury powietrza: a) na wlocie do wyrobisk ścianowych, b) na wylocie z wyrobisk ścianowych Fig. 4. Wet Bulb Globe Temperature Indicator as a function of air temperature: a) inlet to the longwalls, b) the outlet of the longwalls Ocena komfortu cieplnego w badanych ścianach eksploatacyjnych Komfortem cieplnym nazywa się stan, w którym człowiek nie odczuwa ani chłodu, ani ciepła [3]. Odzież jest jednym z podstawowych elementów, który powinien zapewnić człowiekowi komfort cieplny w różnych warunkach środowiska termicznego i przy różnym poziomie aktywności fizycznej. W obszarze komfortu cieplnego bilans cieplny organizmu jest zrównoważony. Do oceny komfortu cieplnego można wykorzystać różne wskaźniki (kryteria) oceny cieplnych warunków pracy, z których na dzień dzisiejszy żadne nie jest obowiązujące w polskim górnictwie węgla kamiennego.

106 N. Szlązak, D. Obracaj, B. Głuch Dla uzyskanych wyników pomiarów przeprowadzono obliczenia dwóch wskaźników: amerykańskiej temperatury efektywnej ATE i dyskomfortu cieplnego δ. Objaśnienia wskaźników znajdują się w tabeli 3. Wskaźnik Amerykańska temperatura efektywna [10] Wskaźnik dyskomfortu cieplnego [1] Oznaczenie Jedn. ATE C δ - Wskaźniki mikroklimatu ATE i δ Metoda wyznaczania odczyt z nomogramów odczyt z nomogramów Uwagi Tabela 3 ATE < 28 C - normalny czas pracy ATE > 28 C oraz ATE < 32 C - skrócony czas pracy ATE > 32 C - praca zabroniona δ < 0 - środowisko chłodne δ = 0 - komfort cieplny 0 < δ < 0,2 - warunki klimatyczne korzystne 0,2 δ < 0,5 - zadowalające warunki klimatyczne 0,5 δ < 0,8 - trudne warunki klimatyczne 0,8 δ < 1 - bardzo trudne warunki klimatyczne δ 1 - dyskomfort jest niebezpieczny dla zdrowia Amerykańska temperatura efektywna jest jednym ze wskaźników określających mikroklimat w miejscu pracy. Temperatura efektywna amerykańska wykorzystywana jest do określania norm klimatycznych, między innymi w górnictwie amerykańskim i niemieckim. W literaturze [1, 10] można znaleźć nomogramy dla różnych izolacyjności termicznych odzieży. Z uwagi na brak danych dotyczących termoizolacyjności pracowników w badanych ścianach, obliczenia wskaźnika ATE przeprowadzono przy założeniu, że termoizolacyjność odzieży pracowników jest na poziomie 1 clo (normalny ubiór roboczy górnika [3]) oraz ponownie dla wartości 0 clo (ludzie nie ubrani). Na rysunkach 5a i 5b przedstawiono graficzną interpretację zmian wskaźnika ATE w funkcji temperatury mierzonej termometrem suchym. Wyniki porównano do wartości dopuszczalnych ATE, wynikających z niemieckich przepisów. Następnie otrzymana wartość została porównana z wartością NDN stosowaną w niemieckim górnictwie. Zgodnie z pracą [1], jeśli ATE jest zawarta w przedziale 25 C 30 C, a jednocześnie temperatura sucha wynosi powyżej 28 C, czas pracy pracowników w kopalniach niemieckich powinien być skrócony, a jeśli ATE jest większe od 30 C, to praca jest zabroniona. Porównując dane na rysunkach 2, 3 i 4 z danymi na rysunku 5 można stwierdzić, że w takiej samej liczbie badanych stanowisk na wylocie ze ścian cieplne warunki pracy były niekorzystne. Wynika z tego, że polskie i niemieckie przepisy w podobny, rygorystyczny sposób normują czas pracy w kopalniach. Warunki komfortu cieplnego pracowników można także określać za pomocą wskaźnika dyskomfortu cieplnego [1, 10]. Na podstawie tego wskaźnika można nie tylko oceniać

Analiza warunków mikroklimatu w rejonie ścian... 107 warunki klimatyczne pracy, ale również przeprowadzać analizę wpływu poszczególnych parametrów mikroklimatu, ubioru oraz wydatku energetycznego na poprawę lub pogorszenie się warunków klimatycznych w środowiskach pracy. Jeżeli wskaźnik δ będzie równy lub większy od jedności, praca w danym środowisku powinna być zabroniona ze względu na niebezpieczeństwo stresu lub udaru cieplnego pracownika [10]. Do obliczeń wskaźnika δ przyjęto, że pracownicy zatrudnieni w wyrobiskach ścianowych wyposażeni są w ubranie robocze o izolacyjności 1 clo lub 0 clo na wylocie. Obliczenia przeprowadzono dla osób zaaklimatyzowanych i niezaklimatyzowanych, dla trzech różnych wartości wydatku energetycznego: 100, 165 i 230 W/m 2. Do obliczeń wykorzystano nomogramy dla wilgotności względnej powietrza 60%, 80% i 100% [2]. Na rysunkach 6a 6d przedstawiono interpretację wskaźnika dyskomfortu cieplnego w funkcji temperatury mierzonej termometrem suchym dla osób zaaklimatyzowanych, o izolacyjności odzieży 1 clo lub 0 clo, a na rysunkach 6e i 6f dla osób niezaaklimatyzowanych, o izolacyjności odzieży 1 clo. Rys. 5. Amerykańska temperatura efektywna (wyznaczona dla oporów cieplnych odzieży 0 oraz 1,0 clo) w funkcji temperatury powietrza: a) na wlocie do wyrobisk ścianowych, b) na wylocie z wyrobisk ścianowych Fig. 5. American effective temperature as a function of air temperature (thermal insulation of clothing 0 and 1 clo): a) inlet to the longwalls, b) the outlet of the longwalls Z rysunków wynika, że im cięższą pracę pracownik wykonuje (w ubiorze o termoizolacyjności 1 clo), tym jest bardziej narażony na negatywne oddziaływanie tych samych parametrów mikroklimatu. Niezaaklimatyzowani pracownicy gorzej znoszą warunki klimatyczne. Na wlocie i wylocie wyrobisk ścianowych w porównaniu pracowników zaaklimatyzowany do niezaaklimatyzowanych wystąpiło więcej przypadków, w których wskaźnik δ przekroczył graniczną wartość, gdzie dyskomfort cieplny jest niebezpieczny dla zdrowia (δ>1). Izolacyjność odzieży ma duży wpływ na wartości wyznaczanego wskaźnika dyskomfortu cieplnego. Porównując wyniki wyznaczanego wskaźnika dla różnych izolacyjności, dla wylotów ze ścian, można stwierdzić, że dla izolacyjności odzieży 0 clo

108 N. Szlązak, D. Obracaj, B. Głuch warunki klimatyczne mogą być znacznie lepsze. Dla ludzi zaaklimatyzowanych, wykonujących ciężką pracę, o izolacyjności odzieży 1 clo, mógł wystąpić w jedenastu przypadkach dyskomfort niebezpieczny dla zdrowia, natomiast dla izolacyjności odzieży 0 clo, dla tych samych parametrów, tylko jeden. Rys. 6. Wskaźnik δ w funkcji temperatury powietrza dla ludzi o zmiennym wydatku energetycznym, nie- lub zaaklimatyzowanych, o izolacyjności odzieży 0 clo lub 1 clo, na wlocie (a, c, e) i wylocie z wyrobisk ścianowych (b, d, f) Fig. 6. Thermal discomfort indicator δ as a function of air temperature for: variable energy production of worker, not acclimatized and acclimatized men, thermal insulation of clothing 0 and 1 clo, (a, c, e) inlet to the longwalls, (b, d, f) the outlet of the longwalls

Analiza warunków mikroklimatu w rejonie ścian... 109 Biorąc pod uwagę wcześniejsze założenia, na rys. 7 przedstawiano rozkład procentowy wskaźnika dyskomfortu cieplnego dla pracy umiarkowanej (M śr =165 W/m 2 ). Możemy zaobserwować, że na wlocie do wyrobisk ścianowych przeważają trudne warunki klimatyczne (0,5 δ<0,8). Człowiek w takich warunkach odczuwa wyraźne niezadowolenie z warunków cieplnych, przy współczynniku izolacyjności 1 clo. Na wylocie z wyrobisk ścianowych przeważają trudne oraz bardzo trudne warunki klimatyczne. Dla 26% stanowisk pracy na wylocie mogły wystąpić warunki klimatyczne określane jako zbyt ciepłe, jeśli opór cieplny ubioru wynosił 1 clo, przy wydatku energetycznym M śr =165 W/m 2. W takich warunkach dyskomfort określa się jako niebezpieczny dla zdrowia [1]. Wskaźniki wykazały, że konieczna jest poprawa warunków klimatycznych przez wykorzystanie dostępnych sposobów walki z zagrożeniem klimatycznym. Stosowana klimatyzacja w ścianach nie przynosiła zakładanego efektu dla pracowników zatrudnionych na skrzyżowaniu ściany z chodnikiem wentylacyjnym. Dla poprawy warunków pracy izolacyjność odzieży powinna być jak najniższa, a pracownicy powinni być zaaklimatyzowani. Rys. 7. Rozkład procentowy wskaźnika dyskomfortu cieplnego dla ludzi zaaklimatyzowanych, o oporze cieplnym odzieży 1 clo, dla pracy umiarkowanej: a) na wlocie do wyrobisk ścianowych, b) na wylocie z wyrobisk ścianowych Fig. 7. Percentage distribution of thermal discomfort indicator for acclimatized men, thermal insulation of clothing 1 clo and moderate work: a) inlet to the workings of longwalls, b) the outlet of the longwalls Na podstawie wskaźnika dyskomfortu cieplnego opracowano stopnie zagrożenia klimatycznego [2]. Zaklasyfikowanie warunków klimatycznych do danego stopnia polega na określeniu wartości wskaźnika δ i przyporządkowaniu go według określonych warunków: ZKG-I I stopień zagrożenia klimatycznego (δ C >1, δ U <1, δ L <1); w środowiskach zaliczonych do pierwszego stopnia zagrożenia klimatycznego praca może być

110 N. Szlązak, D. Obracaj, B. Głuch prowadzona w skróconym, sześciogodzinnym czasie pracy, przy częstej lub ciągłej kontroli wskaźnika dyskomfortu cieplnego, ZKG-II II stopień zagrożenia klimatycznego (δ U >1, δ L <1); w środowiskach zaliczonych do drugiego stopnia zagrożenia klimatycznego praca może być prowadzona w skróconym, sześciogodzinnym czasie pracy, z wprowadzonymi planowymi przerwami na odpoczynek w każdej godzinie dniówki roboczej, ZKG-III III stopień zagrożenia klimatycznego (δ L >1); w środowiskach zaliczonych do trzeciego stopnia zagrożenia klimatycznego praca powinna być zabroniona z wyjątkiem akcji ratowniczych. Do klasyfikacji stopni zagrożenia klimatycznego przyjęto, że pracownicy są zaaklimatyzowani i mają ubiór o izolacyjności 0 clo lub 1 clo oraz są zatrudnieni na wylocie z wyrobiska ścianowego. W tabeli 3 przedstawiono klasyfikacje wyrobisk według czasu pracy lub stopni zagrożenia klimatycznego (wylot ze ścian). Porównując wyznaczone wskaźniki mikroklimatu, można wywnioskować, że najmniej restrykcyjnymi wskaźnikami są temperatura francuska i temperatura zastępcza klimatu. Według tych wskaźników, dla przeważającej większości mierzonych wyrobisk można stosować normalny czas. Natomiast polskie przepisy, amerykańska temperatura efektywna i stopnie zagrożenia klimatycznego (1 clo) są bardziej rygorystyczne, ponieważ więcej wyrobisk klasyfikuje się do skróconego czasu pracy. Wynika to z faktu brania pod uwagę ciężkości pracy lub izolacyjności odzieży. Różnice pojawiają się dopiero w środowiskach, w których występują wysokie temperatura i wilgotność. Dwa wyloty ze ścian zaklasyfikowano do III stopnia zagrożenia klimatycznego, gdzie praca powinna być zabroniona. Przekroczenia wystąpiły dla ludzi zaaklimatyzowanych i izolacyjności odzieży 1 clo. Obniżenie izolacyjności odzieży do 0 clo zmniejsza stopień zagrożenia klimatycznego. Udział badanych wyrobisk według czasu pracy lub stopni zagrożenia klimatycznego (wylot ze ścian) Tabela 4 Czas pracy/praca zabroniona Polskie przepisy, % Temperatura francuska, % Temperatura zastępcza klimatu, % Amerykańska temperatura efektywna wg normy niemieckiej, % Stopnie zagrożenia klimatycznego górników, % Ludzie zaaklimatyzowani Stopień zagrożenia Praca Praca 1 clo 0 clo 0 clo 1 clo umiarkowana ciężka Zabroniona 0 0 0 0 0 0 ZKG-III 0 7,4 ZKG-II 0 18,5 Skrócony 40,7 3,7 11,1 22,2 40,7 40,7 ZKG-I 3,7 14,8 Normalny 59,3 96,3 88,9 77,8 59,3 59,3 Niezaliczone 96,3 59,3

Analiza warunków mikroklimatu w rejonie ścian... 111 Podsumowanie Przedstawione wyniki pomiarów i obliczeń wskaźników mikroklimatu wykazały, że czynności podejmowane w celu zapewnienia wymaganych warunków pracy (klimatyzacja w ścianie), nie we wszystkich badanych ścianach eksploatacyjnych przyniosły zakładany efekt. Przy systemie przewietrzania U utrzymanie temperatury powietrza na wylocie ze ściany jest bardzo trudne z uwagi na znaczny dopływ strumienia ciepła ze zrobów. Na wlocie do ścian cieplne warunki pracy pozwalały na pracę w pełnym wymiarze czasu, a to w większości przypadków dzięki klimatyzacji w chodniku doprowadzającym powietrze do ściany. Około 41% badanych wylotów ze ścian miało przekroczenia temperatury 28 C lub intensywność chłodzenia poniżej 11 katastopni wilgotnych, co uprawnia do skrócenia do 6 godzin czasu pracy w tych wyrobiskach. Przeprowadzona analiza wskaźników mikroklimatu wykazała, że najmniej rygorystycznymi wskaźnikami są temperatura francuska i temperatura zastępcza klimatu. Na podobnym poziomie przepisy polskie, amerykańska temperatura efektywna oraz stopnie zagrożenia klimatycznego (1 clo) klasyfikują wyrobiska do stosowania normalnego czasu pracy. Rozbieżności pojawiają się przy wysokich temperaturach i wysokiej wilgotności względnej powietrza. W trudnych warunkach mikroklimatu nie powinno się zatrudniać pracowników niezaaklimatyzowanych. Każdorazowo po urlopie lub dłuższej przerwie pracownik powinien być stopniowo zaaklimatyzowany na danym stanowisku pracy. Dotyczy to przede wszystkim pracowników w ścianie i na wylotach ze ścian eksploatacyjnych. Autorzy zdają sobie sprawę z tego, że sformułowane wnioski dotyczą tylko badanych ścian w trakcie wykonywania pomiarów i nie można uogólniać ich w całym zakresie pracy w ścianie. Badania takie należałoby prowadzić w dłuższym czasie, z uwagi na pewną zmienność parametrów powietrza w trakcie wybierania parceli ściany. Istotne jest również zbadanie pracowników pod kątem ich czasu ekspozycji na warunki mikroklimatu. Wtedy można wnioski uogólnić. Nie mniej jednak, konieczne jest podjęcie badań nad zmianą zasad zatrudniania i organizacji pracy w środowisku o bardzo trudnych warunkach mikroklimatu. Artykuł został zrealizowany w ramach strategicznego projektu badawczego pt. Poprawa bezpieczeństwa pracy w kopalniach, zadanie nr 5, umowa nr SP/K/5/143275/11

112 N. Szlązak, D. Obracaj, B. Głuch BIBLIOGRAFIA 1. Drenda J.: Dyskomfort cieplny w środowiskach pracy kopalń głębokich. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, s. Górnictwo, z. 213, Gliwice 1993. 2. Drenda J.: Wyznaczenie stopni i stref zagrożenia klimatycznego pracowników w przodkach kopalń głębinowych. Przegląd Górniczy, nr 12, 2010, s. 41-49. 3. Fanger P.O.: Komfort Cieplny. Arkady, Warszawa 1974. 4. 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. 1169 oraz Dz.U. z 2006 r. nr 124, poz. 863. 5. Szlązak N., Borowski M., Obracaj D.: Kierunki zmian w systemach przewietrzania ścian eksploatacyjnych z uwagi na zwalczanie zagrożeń wentylacyjnych. Gospodarka surowcami mineralnymi, tom 24, z. ½, 2008. 6. Szlązak N., Tor A. Wpływ trudnych warunków cieplnych na organizm ludzki. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie, nr 5, 2000, s. 9-13. 7. Szlązak N., Tor A., Jakubów A.: Metody zwalczania zagrożenia temperaturowego w kopalniach Jastrzębskiej Spółki Węglowej. Zwalczanie zagrożenia cieplnego w kopalniach teoria i praktyka. XXII seminarium XXXI Dni Techniki, Rybnik, 20 października 2005, Wydział Górnictwa i Geologii Politechniki Śląskiej, Instytut Geotechnologii, Geofizyki Górniczej i Ekologii Terenów Przemysłowych, Gliwice 2005, s. 63-81. 8. Trutwin W.: W trudnych warunkach cieplnych. Ratownictwo górnicze, nr 4, grudzień 1998. 9. Wacławik J., Branny M., Borodulin-Nadzieja L.: Modelowanie wymiany ciepła między górnikiem a otoczeniem w trudnych warunkach klimatycznych. Wydawnictwa AGH, Kraków 2004. 10. Wacławik J.: Wentylacja kopalń,.wydawnictwa AGH, Kraków 2010. Abstract Problems associated with microclimates in Polish hard coal mines are becoming more and more frequent. In the near future these conditions may worsen as it becomes necessary to carry out more concentrated mining production at deeper levels. Difficulties connected with underground microclimate can lead, not only to a decline in labor productivity, but also health risks and threats to the lives of the miners themselves. This article presents an analysis of microclimates in longwall mines based on popular microclimate indicators: relative index of air cooling power Kw, equivalent French temperature TFR, equivalent temperature of climate tzk, and wet-bulb globe temperature index (WGBTp). Workers thermal comfort is assessed on the basis of measurement results of air flow parameters in longwall mines. The assessment was carried out on the basis of effective temperature ATE and thermal discomfort indicators depending on the thermal insulation of clothing, metabolic rate or acclimatization. Polish legislation taking into account other microclimate indicators for full-time and shortened work periods is also presented. The measurements and calculations of microclimate indexes presented showed that measures taken to ensure the required working conditions remained safe(air conditioning in a longwall) were not effective for all of the longwalls being researched. Keeping the air temperature at the tailgate of longwalls at a required level is very difficult when using the U ventilation system due to a considerable inflow of heat from goaf.

Analiza warunków mikroklimatu w rejonie ścian... 113 The analysis of microclimate indexes conducted showed that the French temperature and the equivalent temperature of climate are least restrictive. At a similar level, Polish regulations, American effective temperature climate hazard degrees (1 clo) classify excavations for normal work time. There are differences for high temperatures and high relative air humidity. Non-acclimatized workers should not be employed for work in hard microclimate conditions. Each time after a holiday or a longer break from work a miner should be gradually acclimatized at a given work place, especially in the case of miners working in a face of longwall or in the tailgates. The authors are aware that the conclusions above refer to the specific longwalls under research and cannot be generalized for all the work of a longwall. Research should also be conducted over a longer period of time due to the changing character of air parameters during mining a panel of a longwall. It is also essential that workers should be examined with regard to their time exposure to microclimate conditions. In such cases, conclusions could be generalized. However, it is necessary to carry out research with regard to changing the regulations concerning employment and work organization in environments with very hard microclimate conditions.