книги из ГПНТБ / Вассерман, А. Д. Методы оценки вентиляционных систем рудников

И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТРУДА НА ПОДЗЕМНЫХ РУДНИКАХ

Определить влияние параметров рудничного микроклимата на возникновение производственно обусловленных простудных заболеваний и на производительность труда па подземных руд­ никах возможно только с помощью комплексных медико-техни­ ческих исследований. Однако результатов таких работ в литера­ туре практически нет, а необходимость заставляет искать иные пути решения поставленной задачи.

Нам представляется необходимым решить два основных во­ проса: определить влияние рудничного микроклимата на забо­ леваемость горнорабочих и на производительность их труда.

Чтобы определить изменение производственно обусловленных простудных заболеваний от параметров рудничного микрокли­ мата — скорости v, температуры t и относительной влажности В или от охлаждающей способности 0 воздуха, необходимо в пер­ вую очередь установить наличие таких заболеваний из-за специ­ фичности производственных условий. Поэтому следует исключить как равновероятные во всех случаях трудно учитываемые факторы (все прочие причины, социально-бытовые условия и др.). Так, если из общего числа случаев заболеваний простудной группы я 1и трудящегося населения данной местности исключить число слу­ чаев простудных заболеваний п1а работающих иа подземных руд­ никах, а из численности населения этой группы N n исключить численность работающих на подземных рудниках N cn, то разность соответствующих им относительных показателей простудных за­ болеваний в чистом виде будет обусловлена рудничным микрокли­ матом.

42

П оказатели частоты заболеваний (1/чел. год) всего трудящ егося

/V,,

(2S)

“ О — */ у* 1— 1*/ у п

Показатель частоты производственно обусловленных простудных заболеваний (1/чел.год)

или в безразмерных показателях (в долях единицы)

С точки зрения определения потерь рабочего времени для нас будет более важен показатель удельной тяжести / производственно обусловленных заболеваний на одного трудящегося списочного состава. Обозначив / соответствующими индексами, принятыми ра­ нее для ш, получим (дн./чел.год)

:’

Как видно, показатель / отличается от принятого обычно пока­ зателя тяжести, выраженного отношением щ к nv Однако для проведения анализов для группы трудящихся с существенно раз­ ными условиями труда он, по нашему мнению, более объективен

обусловленных простудных заболеваний изменением параметров рудничного воздуха. Условием оптимальности, т. е. максимума

43

44

подземных рудников не представляется возможным. Кроме того, без определения общего фона простудных заболеваний трудящих­ ся данной местности, не связанных с подземными работами, не­ возможно было бы полупить в чистом виде влияние условий подземного микроклимата на возникновение производственно об­ условленных простудных заболеваний. По этой причине указан­ ный метод становится единственно возможным и в достаточной мере объективным. По имеющимся в литературе [60—62, 12] све­ дениям, сочетание скорости у, температуры t и относительной влажности В воздуха может быть оценено условным показателем охлаждающей способности воздуха 0 (рис. 1), выраженной в катаградусах (мгкал./сек. см2). Следует отметить, что охлаждающее действие воздуха © положено в основу зависимости изменения производительности труда П работающих на подземных рудниках при различных параметрах микроклимата.

Как ранее указывалось, решение этой задачи требовало уча­ стия медиков. Одиако с помощью разработанной [12] зависимости появилась возможность получить искомое решение без проведения на этом этапе специальных физиологических исследований. Для угольных шахт Венгерской Народной Республики (ВНР) на осно­ вании исследований и соответствующих расчетов составлены номограммальные связи, отражающие влияние охлаждающей спо­ собности рудничного воздуха на производительность труда (рис. 2). Как видно из номограммы на рис. 2, климатические условия шахт ВНР сходны с микроклиматом подземных предприятий южной части Советского Союза и глубоких шахт, поэтому наиболее ощу­ тимо на производительности труда в этом случае сказывается по­ ниженная охлаждающая способность воздуха. В соответствии с этим па номограмме представлена в качестве определяющей часть температурной шкалы в диапазоне от +20 до +35° С.

Для подземных рудников Заполярья, и в частности для апати­ товых, на примере которых были проведены исследования, опре­ деляющей частью температурной шкалы является диапазон тем­ ператур от —5 до +10° С. Поэтому для использования в условиях подземных рудников Заполярья номограммы, представленной на рис. 2, необходимо произвести соответствующую проверку. Не имея возможности проверить верхнюю часть номограммы П = —f (0), связанную с исследованиями физиологии труда, пришлось ограничиться проверкой соответствия положения осей 0, v и t условиям подземных выработок Заполярья путем натурных изме­ рений этих параметров в горных выработках апатитовых рудни­ ков. Для этого на рабочих местах были проведены комплексные кататермометрические, психрометрические и анемометрические съемки. Полученные данные для каждого изменения параметров рудничного воздуха наносились на соответствующие им оси номо­ граммы (рис. 2). Применимость указанной диаграммы можно счи­ тать доказанной, если 0 , v и t укладываются на прямую. В про-

45

я

тивном случае необходимо пересчитать угол заложения оси и или t. Таким образом, появляется возможность определить влияние рудничного микроклимата на производительность труда при высо­ кой охлаждающей способности воздуха в районах Заполярья. По-видимому, можно предположить, что область комфортных ус­ ловий труда будет одной и той же как для снижения до минимума производственно обусловленных простудных заболеваний, так и для максимального повышения производительности труда по фактору рудничного микроклимата. Указанный методический под­ ход позволяет подойти к определению экономической эффектив­ ности рудничной вентиляции и проверить высказанные предполо­ жения. Этот же методический подход позволяет решить и обрат­ ную задачу — нормирование параметров рудничного воздуха для создания комфортного микроклимата.

3.2. НОРМИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ. РУДНИЧНОГО МИКРОКЛИМАТА

Вопрос нормирования параметров производственного микро­ климата достаточно давно является предметом исследований. В на­ стоящее время имеются предложения о нормировании параметров и определена зона комфортных метеоусловий для рабочих поме­ щений производств, расположенных на поверхности [62], ана­ логичные данные разработаны для открытых горных разработок и шахт в зоне вечной мерзлоты [27 ] и для глубоких (высокотемпе­ ратурных) шахт [251.Попытаемся определить комфортные параметры рудничного микроклимата для рудников и шахт, находящихся в середине диапазона температур, для которых, как указывалось в 1.3, наиболее характерными являются околоиулевые температуры. Для достижения максимальной производительности труда при ком­ фортных параметрах рудничного микроклимата, исследованных в работе [12], микроклиматические условия определяются зна­ чениями охлаждающего действия K S рудничного воздуха в диапа­ зоне K S = 15—30 катаградусов (пользуемся здесь обозначением,, принятым в работе [12]). В зависимости от условий, определяе­ мых климатом расположения предприятия, можно ожидать:

а) /£.!?<15—для глубоких горизонтов шахт юга и средней полосы; б) ^^Й Тб^ЗО —для шахт средней глубины юга и средней полосы; в ) 7(Г5>30—для шахт Заполярья и северных районов.

Как показывают исследования отечественных авторов [62— 64] и наши собственные, K S = 20 катаградусов.

В соответствии с этим возможно предусмотреть мероприятия, направленные на создание комфортных условий. Случай (б) со­ ответствует условиям комфорта в рудничных выработках и не тре­ бует каких-либо дополнительных мероприятий. Для случаев (а) и (в) необходимы соответственно охлаждение и подогрев воздуха. Так как относительная влажность воздуха в рудничных условиях,

46

как указывалось в 1.3, незначительно сказывается на производи­ тельности труда, то изменениями этого параметра следует пре­ небречь. В этом случае охлаждающее действие воздуха будет за­ висеть от двух параметров: температуры t рудничного воздуха и его скорости и, т. е.

Таким образом, необходимо найти такие сочетания t и v, при которых человек, будучи одетым в предусмотренную для гор­ няков спецодежду, при выполнении работы средней интенсивности находился бы в «зоне комфорта», т. е. не ощущал ни «тепла», ни «холода». Такое .самочувствие человека определяется полной отда­ чей в окружающую среду (в нашем случае рудничному воздуху) того тепла дт, которое образуется в организме при работе, т. е. должно выполняться условие

Ят==: ?pi

где дт — средние теплопотери с поверхности тела работающего, ккал./час.;

др — теплопродукция человеческого тела, ккал./час. Нарушение теплового равновесия приводит либо к переохла­

ждению организма (gTД> gp) — причине различного рода простуд­ ных заболеваний, либо к его перегреву (gT<] др) вплоть до тепло­ вых ударов. Согласно опубликованным данным [27, 28, 61], при выполнении работы средней интенсивности величина пол­ ной теплоотдачи человека определяется в 210—270 ккал./час. Основными составляющими дт являются конвективная теплоотдача, радиационная теплоотдача и теплоотдача испарением. Если пер­ вые две составляющие достаточно легко могут быть рассчитаны, то теплоотдачу испарением подсчитать значительно труднее из-за недостаточности исходных данных (в первую очередь данных о площади участков поверхности испарения человеческого тела и поверхности легких — одного из основных источников тепло- и влагопереноса) и сложности математической зависимости не­ стационарного тепломассопереноса испарением. Вместе с тем теп­ лоотдача испарением весьма существенна при работе большой и средней интенсивности и увеличивается с температурой. Даже при околонулевых температурах воздуха она составляет 10—^—20 % от дт [12]. Поэтому теплоотдачу испарением целесообразно учиты­ вать долей от полного дт, а вследствие того что конвективная и ра­ диационная теплоотдача в дальнейшем будут рассчитываться, то следует ориентироваться на их расчетные значения, уменьшив величину дт на долю теплообмена испарением. На основании ска­ занного диапазон теплопродукции др человеческого тела конвек­ цией и радиацией нами принят в пределах 215—170 (точнее 216— 168) ккал./час. Дальнейшие исследования должны показать, насколько правильно выбраны нами значения указанных состав­ ляющих теплопродукции др.

47

Теперь для определения qvвоспользуемся уравнением теплового баланса, составленного 10. Д. Дядькиным [27] на основании известных законов Ньютона и Стефана-Больцмана,

рабочего к воздуху, зависящий в основном от его ско­ рости v, ккал./м час. град.;

Б р — суммарное тепловое сопротивление всех слоев одежды рабочего, м2град -час./ккал.;

Fp и 7Р— условная поверхность теплоотдачи (ма) и температура

sp яа ест — степень черноты одежды рабочего и окружающих хо­ лодных поверхностей;

с0 — коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела,

с поверхности тела за счет конвективного теплообмена и при за­ данной температуре воздуха t зависит от его скорости. Рассмотрим эту зависимость через коэффициент теплопередачи ар (в ккал./м2час. град.), имеющий вид [65]

d — эквивалентный диаметр условной площади человеческого тела, участвующей в теплообмене, м;

v — средняя скорость воздуха, м/сек.

Если теперь (37) подставить в зависимость (36), то появляется возможность находить величину первого слагаемого, обозначен­ ного нами дх, непосредственно через осредненную скорость потока. Для упрощения вычислений на рис. 3 представлен график X/v°-G= = / (t), построенный на основе [66, 67] для возможных рудничных температур. Человеческое тело условно представлено нами цилин­ дром высотой 1.8 м. Тогда его диаметр d при боковой поверхности Ер=1 .6 м2 [28] будет составлять 0.3 м, а <2°-4=0.619. Второе слага­ емое, учитывающее радиационную теплоотдачу и обозначенное нами р2, зависит в основном от температуры Дт поверхностей ок­ ружающих стен, а при продолжительном времени проветривания от температуры рудничного воздуха, т. е. t0T—t.

48

для наиболее характерных температур рудничного воздуха на

значений v от 1.0 до 8.0 м/сек. на 3%. Отсюда можно заключить, что изменением v при постоянной температуре воздуха добиться комфортных условий труда возможно лишь при значениях ее меньших 1 м/сек. Учитывая, что скорость v является заданной величиной, определяемой на основании рассчитанных параметров проветривания, для создания комфортных условий регулируемым параметром следует считать только температуру рудничного воз­ духа.

Определение комфортных условий труда можно производить но номограмме (рис. 4), на которой нанесены кривые рр= / (к), при i=const. Значения температур tK, соответствующих комфорту,4

находятся на пересечении р = const и у = const. По заданным зна­ чениям последних и определяется t.

В зависимости от интенсивности труда зона комфорта может иметь смещение параллельно оси v в соответствии со значениями Pp=const. Для принятого в данной работе диапазона q =215 —

170 ккал./час. возможно рекомендовать сочетания v и tK, представ­ ленные в табл. 6. В табл. 6 в строке «макс.» даны значения tK,

й р , н кап/ча с.

Рис. 4. Номограмма для определения комфортных параметров рудничного воздуха.

указывающие максимально возможное предельное отклонение к границе зоны комфорта. Авторы данной работы считают целесо­ образным предложить для рудников Кольского полуострова при­ нимать для расчетов значения, соответствующие по крайней мере середине диапазона температур. Диктуется такая рекомендация следующими соображениями.

1.Параметры микроклимата рудников Кольского полуостро

восновном соответствуют повышенному охлаждающему действию рудничного воздуха, что приводит к перенапряжению терморегу­ ляторного аппарата работающих и возникновению производст­ венно обусловленных простудных заболеваний.

50