Основные неблагоприятные производственные факторы

Основными профессионально-производственными факторами яри подземной добыче угля являются: а) изменение газового «состава воздуха — снижение содержания кислорода, увеличение углекислого газа, поступление в атмосферу шахт оксида углеро­да, метана, сероводорода, сернистого газа, оксидов азота, выхлоп­ных газов; б) неблагоприятный микроклимат; в) загрязнение атмосферы подземных выработок пылью; г) отсутствие естествен­ного света; д) шум и вибрация и др.

Газовый состав воздуха в шахте постоянно меняется. Наи­большее гигиеническое значение имеют кислород, углекислый газ, сероводород, метан, оксид углерода, оксиды азота и др.

Кислород (О₂). Содержание его в воздухе подземных вырабо­ток не должно быть менее 20%. В плохо проветриваемых выра­ботках, а также при пожарах и взрывах угольной пыли и газов «го содержание может значительно понизиться.

При уменьшении содержания кислорода в воздухе шахты до у рабочих наступает сонливость, до 17% —одышка и серд­цебиение, до 12% и менее возникает смертельная опасность.

Углекислый газ (СО₂) поступает в воздух в свободном состоя­нии из горного массива, из минерализованной воды, горных по­род (преимущественно известняков), при пожарах и взрывах на шахте, ведении взрывных работ, дыхании людей и др.

С повышением содержания углекислоты и соответствующим уменьшением кислорода в воздухе у работающих увеличивается объем дыхания. При содержании в атмосфере шахты 6% СО₂ «объем дыхания возрастает более чем на 200%, появляются ощущение тепла в груди, головокружение, головная боль, сердцебиение и др. При 10% могут появиться психическое возбуждение, обморочное состояние, иногда рвота. При 20% СО₂ наступают остановка дыхания и смерть.

Предельно допустимое содержание углекислого газа для угольных шахт-0,5%.

Компрессорные газы представляют собой смесь, в которую входят угарный газ, акролеин, предельные и непредельные угле­водороды и др. Их образование связано с тем, что в сжатый воз­дух для улучшения режима работы пневмомоторов и пневмо-ударных механизмов добавляются минеральные смазочные масла. Компрессорные газы вследствие содержания в них аэрозоля ми­неральных масел могут вызвать раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и конъюнктивы, при длительном воздейст­вии — головные боли, головокружение, дисфункцию вегетативной нервной системы.

Для укрепления массива угля и пород кровли и уменьшения пылеобразования используют крепители на основе фенолформальдегидных, карбамидных, фуриловых смол и магнезиальных вя­жущих веществ; для тепло- и гидроизоляционных работ — карбамидные и фенолформальдегидные пенопласты и мастики на эпоксидной смоле. При их применении в воздух могут кратковре­менно выделяться летучие компоненты растворителей и отвердителей.

Для повышения эффективности пылеподавления при очист­ных и проходческих работах широкое применение нашли различ­ные поверхностно-активные вещества. Наиболее известными и* них являются смачиватель ДБ и пенообразователи ПО-1, ПО-12 и др. Эти вещества не отличаются высокой токсичностью и в тех концентрациях, в которых они применяются, не представляют опасности для здоровья.

Микроклимат в угольных шахтах характеризуется неравной-мерной температурой и скоростью движения воздуха в различ­ных выработках, постоянно высокой его относительной влажно­стью и повышенным барометрическим давлением.

Известно, что на каждые 100 м глубины шахты воздух в ре­зультате его сжатия нагревается на 1 °С. Теплообмен с горным массивом оказывает наиболее существенное влияние на прирост температуры воздуха в шахте. Мера возрастания температуры горных пород называется геотермической ступенью. Для шахт, как правило, геотермическая ступень температуры горных пород: составляет 2,6—3,5 °С на каждые 100 м глубины их залегания. С учетом этого на глубине 1000 м температура пород составит около 40 °С, на глубине 1500 м — около 60 ^СС.

Тепловыделения за счет теплообмена воздуха с горным мас­сивом и окисления угля, угольной пыли и лесоматериалов состав­ляют 70—75% тепловыделений в подземных выработках. На глу­бине 1100 м регистрируется температура воздуха в очистных и подготовительных забоях около 34 °С.

На шахтах Крайнего Севера температура воздуха в подзем­ных выработках зависит от глубины их расположения в зоне-вечной мерзлоты и от температуры поступающего в них наруж­ного воздуха. Температура воздуха в очистных и подготовительных забоях в зоне вечной мерзлоты колеблется от 0 до 3°С не­зависимо от времени года, в откаточных штреках от —20 до» — 25 °С. Ниже подмерзлотных слоев температура воздуха в выра­ботках колеблется зимой от 1,5 до 9°С, летом от 3 до 10 °С; на глубине 500 м и более температура воздуха достигает 20 °С и* выше.

Температура воздуха изменяется по мере удаления от шахт­ного ствола. Особое значение в связи с этим имеют температур­ные перепады на пути движения горнорабочих, которые могут-способствовать простудным заболеваниям. Температурные пере­пады в глубоких угольных шахтах на пути движения от около­ствольного двора к удаленным на значительное расстояние очист­ным и подготовительным выработкам составляют 16—23 °С. На< шахтах Крайнего Севера перепады температуры воздуха между: поверхностью и подземными выработками достигают в самый хо­лодный месяц года 65—75 °С.

Относительная влажность воздуха в шахтах высокая и колеб­лется от 85 до 100%. Это обусловлено насыщением поступаю­щего в шахту воздуха водяными парами и увлажнением его при соприкосновении с влажными поверхностями пород, водой, про­текающей по водоотводящим канавам. Испарение влаги способ­ствует снижению температуры воздуха в выработках. Так, испа­рение 1 г воды на 1 кг воздуха при температуре 20 °С снижает его температуру на 2,4 °С. Поэтому чем суше воздух, тем в боль­шей мере он будет насыщаться влагой и соответственно охлаж­даться. Летом воздух, поступающий в шахту, более сухой, чем зимой. В подземных выработках, расположенных в зоне вечной мерзлоты, высокая влажность воздуха обусловлена частичным оттаиванием в летний период года промерзших слоев породы го полезных ископаемых, а также конденсацией влаги.

Скорость движения воздуха в различных выработках уголь­ных шахт колеблется в больших пределах. Так, непосредственно' у воздухоподающих стволов, в околоствольных выработках или в отдельных местах на штреках с зауженным сечением она может достигать 10—15 м/с. В очистных забоях, где для снижения кон­центрации метана подается большое количество воздуха, а сама выработка почти перекрыта технологическим оборудованием, в зоне расположения рабочего места машиниста скорость движе­ния воздуха может достигать 5—8 м/с. В большинстве случаев она составляет 3—4 м/с. На шахтах с крутыми пластами она в; среднем составляет 1,2 м/с. Наиболее низкие значения скорости движения воздуха наблюдаются в проходческих забоях — 0,1— 0,2 м/с. Скорость движения воздуха оказывает значительное влияние на теплообмен организма с окружающей средой.

Барометрическое давление в шахтах всегда выше, чем на по­верхности. Через каждые 100 м глубины шахтного ствола давле­ние воздуха увеличивается на 186 Па (8,9 мм рт. ст.).

Неблагоприятное сочетание высокой относительной влажно­сти воздуха, высоких температур его и окружающих горных пород в глубоких угольных забоях создает большие нагрузки на терморегуляторный аппарат человека. В организме в результате на­копления избыточного тепла при выраженной физической нагруз­ке может произойти перегревание. В глубоких шахтах под влия­нием тепла резко снижается работоспособность горнорабочих.

На шахтах Крайнего Севера при разработке пластов в мерз­лых и частично промерзших слоях проявляется охлаждающее влияние микроклимата на организм горнорабочих. На глубине 500 м могут создаваться условия для перегревания организма.

Параметры микроклимата в угольных шахтах регламентиру­ются Санитарными правилами по устройству и содержанию пред­приятий угольной промышленности и Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах. В частности, температура воз­духа в очистных, подготовительных и других действующих выра­ботках при относительной влажности воздуха 90% не должна превышать 26 °С; при относительной влажности воздуха свыше 90% его температура не должна превышать 25 °С.

Более сложным является вопрос о нормировании микрокли­мата на шахтах Крайнего Севера. Для них пока нет таких норма­тивов. Предполагается, что минимальная температура воздуха в шахтах, ведущих разработку ниже зоны вечной мерзлоты, при относительной влажности 80—100% должна быть 10—15 °С в зависимости от скорости движения воздуха. В выработках с про­мерзшими породами и отрицательными температурами воздуха рекомендуется организовать пункты обогрева горнорабочих.

Пылевой фактор в угольных шахтах. Пыль является основной производственной вредностью труда рабочих угольной промыш­ленности. Основной причиной пылеобразования являются разру­шение и измельчение горного массива, погрузка и транспорти­ровка отбитой горной массы. Степень измельчения горной массы и количество образующейся при этом пыли возрастают с увели­чением мощности горнодобывающей и горнопроходческой техни­ки. Так, при ручных способах добычи угля до штыбов (частицы до 6 мм) измельчается до 20% угля, врубовыми машинами — 25—40%, широкозахватными комбайнами — около 50%, узкоза­хватными — свыше 60 % •

Интенсивное пылеобразование может происходить в очистных забоях. Эти выработки как источник загрязнения шахты пылью составляют 85—90%; 8—10% приходится на подготовительные забои, 2—5% —на откаточные и вентиляционные штреки и про­чие вспомогательные выработки.

Образование пыли в угольных шахтах происходит также под влиянием природных факторов (тектонические нарушения и др.). В трещинах и полостях, заключенных в пластах, еще до начала выемочных работ может содержаться значительное количество пыли.

Чрезмерно большое количество пыли может поступать в воз­дух подземных выработок угольных шахт при внезапных выбро­сах горных пород, угля и газа. При мощных выбросах пылегазо- вое облако распространяется по всем выработкам и выбрасывает­ся на поверхность. Пылегазовое облако при выбросах в шахтах Бельгии и Франции поднимались на высоту 200 м над их ство­лами. Обычно при добыче угля количество образующейся пыли= зависит от влажности пласта, степени метаморфизма угля, сопро­тивляемости угля разрушению, мощности пластов, интенсивно­сти выемки, применения противопылевых средств и прочих фак­торов. Поступление пыли в воздушную среду зависит также от увлажнения горной массы, скорости движения воздуха, интенсив­ности выемочных работ, дисперсности пыли и др. Пласты с вы­сокой влажностью (до 17 %) характеризуются наименьшим пылеобразованием. Однако основная свита угольных пластов содер­жит небольшое количество влаги (в среднем около 3%), в связи, с этим отработка их сопровождается большим пылеобразованием. Там, где высокий уровень содержания влаги (30—35%), запы­ленность воздуха наиболее низкая.

На пылеобразование оказывает влияние и способ транспор­тировки угля по выработке. На крутопадающих пластах уголь, скатывается вниз по забою под влиянием собственной массы и может дополнительно разрушаться при соударении со стенками, выработки или крепью.

Среди способов выемки на пологих и наклонных пластах наи­менее пыльными являются гидравлический и механогидравлический. Концентрация пыли при этих способах приближается; к ПДК. К сравнительно малопыльному способу относится стру­говый. При его применении запыленность воздуха превышает ПДК в несколько раз. Самым пыльным является комбайновый: способ выемки, особенно когда комбайн работает по челноковой схеме, а бригада горнорабочих, выполняя технологические опера­ции, находится выше источника пылеобразования. В этих усло­виях через рабочую зону вместе с вентиляционной струей прохо­дит основной поток загрязненного пылью воздуха. На крутопа­дающих пластах наименее пыльной технологией является щитовой способ выемки угля, который позволяет вести выемку пласта, покрытого слоем воды. Наихудшим по гигиеническим соображе­ниям является способ выемки угля на крутых пластах с помо­щью отбойных молотков, при котором работа одновременно ве­дется на 10—12 уступах. Запыленность воздуха может быть несколько выше ПДК.

При проходке горных выработок буровзрывным способом длительность пылящих процессов и концентрация пыли в возду­хе рабочей зоны ниже, чем в забоях с комбайновым способом проведения выработок.

Из других технологических операций, оказывающих влияние на уровень запыленности воздуха в шахтах, важно назвать транс­портировку горной массы ленточными конвейерами, ремонтные работы с креплением штреков, осланцевание выработок и др.

При оценке патогенных свойств угольной пыли важно учиты­вать не только ее концентрации, но и пылевые нагрузки, которые определяются как произведение среднесменной концентрации пыли на продолжительность воздействия и объем дыхания.

Минеральный состав пыли угольных предприятий определя­ется составом угля и вмещающих пород. Угленосная толща со­стоит из осадочных пород, представленных песчаниками, алевро­литами, аргиллитами, известняками и др. В состав этих пород входят минералы: кварц, полевые пшаты, зерна тяжелых мине­ралов, оксидные соединения железа, кальцит, доломит и др.

Уголь Кузбасса содержит, кроме кварца, полевой пшат, маг­нетит, апатит, шпинель, циркон и др.

Химический состав взвешенной в атмосфере подземных выра­боток пыли зависит от химического состава добываемого угля я вмещающих пород.

Основным компонентом угольной и породной пыли, оказы­вающим влияние на развитие пневмокониоза, является диоксид кремния. В угольной пыли очистных забоев содержание свобод­ного диоксида кремния составляет около 2%. При разработке тонких и сверхтонких пластов содержание свободного диоксида кремния может повышаться до 10% и более. Еще выше содержа­ние свободного диоксида кремния при проходческих работах. Установлена зависимость патогенных свойств пыли от степени метаморфизма разрабатываемых видов угля. Наиболее патоген­ной является пыль угля с высокой стадией метаморфизма, осо­бенно пыль антрацита.

Электрический заряд частиц пыли и его знак влияют на эф­фективность пылеулавливания электрическими методами. Для угольной пыли Донбасса характерно преобладание положитель­ного знака заряда, а для угольной пыли Кузнецкого и Караган­динского бассейнов — отрицательного. Электрический заряд, при­обретаемый пылью в момент ее образования, равен десяткам тысяч элементарных зарядов, что способствует эффективному улавливанию пыли.

Как известно, смачиваемость пылинок зависит от степени ме­таморфизма угля, их петрографического состава, степени окисленности поверхности частиц, дисперсности, наличия минеральных включений. Угольная пыль высокой стадии метаморфизма гидрофобна, а низших — гидрофильна. Все это важно знать при обос­новании средств пылеподавления. Смачиваемость пыли можно увеличить с помощью поверхностно-активных веществ (ДБ, ОП-7, ОП-10, сульфонол и др.). Обычно используют небольшую кон­центрацию указанных веществ (0,1—0,2% для ДБ и 0,3—0,5% для ОП-7 и ОП-10). Для предварительного увлажнения угольных пластов концентрация поверхностно-активных веществ может быть снижена в 2 раза.

Шум и вибрация в угольных шахтах. По происхождению шум в угольных шахтах может быть природным и технологическим. Природными источниками шума являются шум, возникающий при обрушениях кровли в выработанном пространстве, треск угольных пластов и пород в результате резкого изменения напряженного состояния горного массива. Этот треск, сопровождающий­ся отскакиванием с поверхности кусков угля и породы, в техниче­ской литературе получил название «стреляние пород или угля». В первом случае природный шум имеет прерывистый характер, во втором — импульсный. Уровень звука при них составляет 65— 75 дБ. Доля природных источников шума весьма незначительна.

Источниками технологического шума в шахтах являются вен­тиляторы главного и частичного проветривания, насосные водо­отливные установки, трансформаторные подстанции и выпрями­тели тока, компрессорное и холодильное оборудование с непре­рывным циклом работы.

Постоянный шум в шахтах и на их поверхности может возни­кать в местах утечки сжатого воздуха или воды. На поверхности шахт источником технологического шума является оборудование обогатительной фабрики, углесортировки, шахтной котельной и компрессорной.

Наиболее высокий уровень звука создают вентиляторы (без -глушителей шума) и турбокомпрессорные станции — 100— 110 дБА, поршневые компрессоры, холодильные машины, насосы водоотлива флотационных машин — 90—100 дБА, трансформатор­ные подстанции и выпрямители тока, котельное оборудование, конвейеры и сушильные установки на обогатительных фабриках— S0—90 дБА.

Непостоянный шум в шахтах возникает при работе очистных ж проходческих машин, движении транспорта и при работе на стоянке двигателей некоторых видов локомотивов (дизелевозы и гидровозы), при работе ручных механизированных инструмен­тов, подъемных машин, клетевых и скиповых сосудов и др. Зву­ковые волны возникают при взрывных работах. На поверхности шахт источниками шума являются дерево- и металлообрабаты­вающие станки и пр. К источникам с колеблющимися во времени уровнями звука относятся лишь некоторые виды буровых станков, работающих на энергии сжатого воздуха.

Основное технологическое оборудование (углевыемочные и проходческие комбайны, механизированные комплексы, струго­вые и скрепероструговые установки, лебедки, подъемные машины, буровые станки, ручные электросверла и др.) генерирует непо­стоянный прерывистый шум. На рабочих местах машинистов и других горнорабочих, выполняющих трудовые операции, он составляет: у пневмозакладочных машин— 119 дБА (без глушите­лей шума); буровых станков — 95—105 дБА; проходческих ком­байнов— 95—100 дБА (в зависимости от типа машин); щитовых агрегатов — 95—116 дБА; углевыемочных комбайнов — 85— '95 дБА; ручных электросверл — 85—90 дБА; электровозов — 80—85 дБА; гидровозов — 95—100 дБА; лебедок бесконечной от­катки и подъемных машин — 80—85 дБА; движущихся грузовых вагонеток и вагонеток для перевозки людей — 85—90 дБА. При работе металло- и деревообрабатывающих станков уровень звука составляет 85—100 дБА.

Большинство горных машин, используемых в шахтах, явля­ются источниками вибрации. Так, ручные механизированные инструменты (отбойные молотки, перфораторы, электросверла) генерируют вибрацию, которая локально воздействует преимуще­ственно на руки; время контакта составляет 20—35% от общей продолжительности смены; углевыемочные и проходческие ком­байны, породопогрузочные машины генерируют вибрацию, кото­рая воздействует через органы управления на руки горнорабочих; время контакта незначительное. Проходческие комбайны, породо­погрузочные машины ковшового типа, шахтный локомотивный транспорт генерируют вибрацию, передающуюся через под­ножки и сиденья на тело машинистов; время контакта — до 50% продолжительности смены. Стволопроходческие комп­лексы и технологическое оборудование углеобогатительных ш брикетных фабрик генерируют общую вибрацию, которая че­рез рабочие площадки передается на тело; время контакта до­стигает 90% в смену.

Лазерное и радиоактивное излучение. Для ориентирования на­правления при проходке штреков проходческими комплексами применяются лазерные датчики, которые работают в постоянном или дискретном режиме излучения. Плотность потока излуче­ния при их работе не превышает предельно допустимую вели­чину.

Более широкое применение на шахтах имеют приборы с ра­диоизотопными датчиками. Они используются для контроля уровня заполнения скипов, углеприемных бункеров и пр. Опробывались приборы с радиоизотопными датчиками для автоматиза­ции процесса управления углевыемочными комбайнами. Эти приборы имеют достаточно надежную защиту и уровень излу­чения при их работе не превышает предельно допустимую вели­чину.

Шахтная вода обычно интенсивно загрязняется частицами угля и породы. Концентрация взвешенных в ней веществ колеб­лется от 50 до 2000 мг/л. Шахты Подмосковного, Кизиловского, Печорского и Кузнецкого угольных бассейнов содержат воды гидрокарбонатно-кальциевого типа с общей минерализацией 500— 1000 мг/л. В Карагандинском, Донецком бассейнах и Прокопьев­ском угольном месторождении преобладают солоноватые, соле­ные и горько-соленые воды сульфатно-кальциевого, хлоридно-натриевого и хлоридно-магниевого типа.

В шахтной воде содержатся гидрокарбонат железа, растворен­ные газы (кислород, азот, углекислота и др.) и микроэлементы (бериллий, стронций, никель, медь, титан, мышьяк, кадмий, сви­нец, сурьма, барий, теллур, марганец, висмут и др.), содержание которых колеблется от 0,01 до 1,0 мг/л. В шахтных водах обна­руживается 0,2—0,3 мг/л нефтепродуктов. В ряде случаев в них в больших количествах определяется железо (1000—3000 мг/л), алюминий (100—700 мг/л), никель (1,5—5,8 мг/л), кобальт (0,4— 1,7 мг/л), медь (0,2—1,5 мг/л) и цинк (3,6—16 мг/л).

Иногда в шахтах появляется кислая вода, содержащая серную кислоту и сернокислое железо. Это обычно бывает при разра­ботке высокосернистых пластов.

Бактериальная и грибковая флора в шахтах. Относительно по­стоянная температура воздуха и окружающих поверхностей, вы­сокая влажность воздуха в подземных выработках являются бла­гоприятной средой для сохранения и развития сапрофитных и патогенных микроорганизмов, грибов и возбудителей глистных заболеваний.

Количество сапрофитов в почве горных выработок может ко­лебаться от 10,5 до 132,6 млн. на 1 м². На добычных участках возможно наличие 12—14 тыс. микробных тел в 1 м³ воздуха. В подземных выработках преимущественно содержится кокко­вая флора и плесень.