Nr 9-10 (123-124) Wrzesień - Październik 2005 r.

W każdym przodku
bezpieczeństwo klimatyczne

Wśród zagrożeń naturalnych występujących w górnictwie głębinowym jednym z poważniejszych i trudnych do okiełznania, jest zagrożenie klimatyczne. Związane jest z ciepłem pochodzącym z otaczających skał oraz wytwarzanym w wyniku procesów technologicznych.

Schodzenie z eksploatacją na coraz głębsze poziomy powoduje większy strumień ciepła płynący z górotworu do powietrza kopalnianego. Z drugiej strony koncentracja wydobycia, której towarzyszą duże moce urządzeń urabiających i odstawczych, powoduje wzrost strumienia ciepła pochodzącego od procesów związanych z wydobyciem. Na poziom zagrożenia klimatycznego w kopalni wpływa szereg czynników, jak np.: ilość powietrza doprowadzana szybami wdechowymi, sposób rozprowadzenia powietrza, intensywność przewietrzania przodków, moc zainstalowana urządzeń energomechanicznych i ich lokalizacja, sposób transportu urobku, zawodnienie wyrobisk i związane z tym zawilgocenia powietrza. 

Problematyką bezpieczeństwa klimatycznego pracowników w środowiskach ciepłych i gorących, ze szczególnym uwzględnieniem kopalń węgla kamiennego oraz badaniami i analizą warunków klimatycznych od ponad ćwierć wieku zajmuje się dr hab. inż. Jan Drenda, prof. Politechniki Śląskiej, prodziekan ds. nauki Wydziału Górnictwa i Geologii. 

-Pojęcie warunków klimatycznych panujących w środowisku zawsze powinno odnosić się do człowieka, który w nim przebywa, pracuje lub odpoczywa – stwierdza prof. Drenda.- Zależą one od szeregu czynników związanych z klimatem panującym w środowisku oraz z człowiekiem. Klimat określany jest przez parametry powietrza i otoczenia, temperaturę, wilgotność, prędkość przepływu powietrza, średnią temperaturę promieniowania otoczenia natomiast obecność człowieka wymaga określenia wydatku energetycznego, ubioru i aklimatyzacji. Uwzględnienie łącznego wpływu tych wszystkich parametrów klimatu i parametrów dotyczących człowieka, pozwala prawidłowo ocenić warunki klimatyczne oraz występujące obecnie w wielu środowiskach niebezpieczeństwo cieplne dla człowieka. Najlepszymi parametrami określającymi stan energetyczny człowieka i związane z nim bezpieczeństwo cieplne, są parametry fizjologiczne organizmu. Należą do nich: temperatura wewnętrzna (rektalna) organizmu, częstotliwość uderzeń serca (tętno), ilość wydzielanego potu, średnia temperatura powierzchni ciała. Dla każdego z tych parametrów fizjolodzy określili wartości graniczne, będące kryteriami oceny bezpieczeństwa cieplnego organizmu. Przyjęto więc, że temperatura wewnętrzna organizmu nie powinna przekroczyć 38ºC, tętno od 130 do 140 uderzeń na min., ilość wydzielonego potu nie powinna przekroczyć 1 litra/h, natomiast średnia temperatura skóry 35ºC. 

Wartości te były podstawą do powstania wielu parametrów określających stan warunków cieplnych człowieka. Są nimi wartości odniesienia wskaźnika WBGT - oparte o temp. wewnętrzną, HSI (Heat-Stress-Index) oraz P4SR – o kryterium wydzielania potu. HP (Heat-Power) – uwzględnia temp. wewnętrzną organizmu i temp. skóry oraz wskaźnik dyskomfortu cieplnego WDC wyznaczony dla granicznej temp. wewnętrznej organizmu człowieka czyli 38ºC. 

Wskaźnik dyskomfortu cieplnego WDC, oznaczany również jako δ ( który w swoich pracach naukowo – badawczych prof. Jan Drenda stworzył wiele lat temu), jest prostym i łatwym w ocenie parametrem określającym warunki klimatyczne i związane z nimi bezpieczeństwo cieplne człowieka przebywającego w środowiskach gorących. Jest to liczba bezwymiarowa posiadająca dwie charakterystyczne, kryterialne wartości, którymi są liczby 0 i 1. Gdy δ=0, to ludzie przebywający w danym środowisku odczuwają komfort cieplny, gdy δ=1 mamy do czynienia z granicą bezpieczeństwa cieplnego dla człowieka. Chcąc przeprowadzić ocenę warunków klimatycznych w oparciu o wskaźnik dyskomfortu cieplnego należy stwierdzić, że określone środowiska dzielą się na: środowiska chłodne δ<0; środowiska ciepłe δ>0; dyskomfort bezpieczny dla zdrowia 0<δ<1; dyskomfort niebezpieczny dla zdrowia δ≥1. 

Dzieląc przedział dyskomfortu cieplnego bezpiecznego dla zdrowia na mniejsze części otrzymamy: 0<δ<0,2 warunki klimatyczne korzystne; 0,2≤δ<0,5 warunki klimatyczne zadowalające; 0,5≤δ<0,8 warunki klimatyczne trudne; 0,8≤δ<1,0 warunki klimatyczne bardzo trudne. Podstawowymi źródłami wyznaczania wskaźnika dyskomfortu cieplnego było równanie komfortu cieplnego Fangera oraz wartości odniesienia wskaźnika WBGT podane w normie PN-85/N-08011 (Środowiska gorące. Wyznaczenie obciążeń termicznych działających na człowieka w środowisku pracy, oparte na wspomnianym wskaźniku). 

Wartości odniesienia WBGT podane w powyższej normie są to graniczne dopuszczalne wielkości tego wskaźnika gwarantujące to, że temperatura wewnętrzna pracownika znajdującego się w danym środowisku nie przekroczy dopuszczalnej fizjologicznej wartości 38ºC. Granica bezpieczeństwa cieplnego człowieka, wyrażona wskaźnikiem dyskomfortu cieplnego δ=1, oparta jest więc o dopuszczalną wartość temperatury wewnętrznej organizmu. WBGT i związana z nim ocena warunków klimatycznych uwzględniają parametry klimatu i parametry człowieka. Parametry klimatu, temperatura, wilgotność, prędkość przepływu powietrza oraz średnia temperaturę promieniowania otoczenia, regulują możliwość wymiany ciepła pomiędzy człowiekiem a otoczeniem przez konwekcję, parowanie potu, promieniowanie cieplne i przewodzenie. Parametrami dotyczącymi człowieka przebywającego w danym środowisku są wydatek energetyczny, ubiór i stan aklimatyzacji. Wartości WDC można określić na podstawie nomogramów, w których przyjmuje się uproszczające założenie, że średnia temperatura promieniowania otoczenia jest równa temperaturze powietrza, czyli temperatura wszystkich powierzchni otoczenia jest równa temperaturze powietrza. Założenie to jest spełnione w gorących środowiskach górniczych i w większości środowisk przemysłowych na powierzchni.

Sposoby poprawy warunków klimatycznych związane są z wentylacją, klimatyzacją, z postępem technicznym i organizacją pracy. Poprawę systemu wentylacyjnego uzyskuje się poprzez zwiększenie prędkości przepływu powietrza. Można je uzyskać, w szczególnie zagrożonych klimatycznie rejonach wentylacyjnych, poprzez regulację sieci wentylacyjnej, zmiany parametrów pracy wentylatorów głównych, lokalny nawiew powietrza wywołany wentylatorami swobodnymi lub strumienicami. Szczególnie dobre efekty uzyskuje się w kopalniach o wysokiej wilgotności względnej powietrza, czyli w kopalniach węgla i miedzi. 

Drugim sposobem poprawy warunków klimatycznych jest klimatyzacja, polegająca na obniżeniu temperatury powietrza oraz zmianach jego wilgotności. Stosowanie specjalistycznych maszyn klimatyzacyjnych obniża temperaturę powietrza jednocześnie zwiększając jego wilgotność względną. Z danych zawartych w informacji „TERMOSPEC” wynika, że w okresie letnim 2004 kopalnie węgla kamiennego posiadały na stanie 123 ziębiarki o łącznej mocy chłodniczej 36,7MW. Pomimo stosowania tak dużej ilości ziębiarek, w 2004 r. odnotowano łącznie 146 wyrobisk korytarzowych i eksploatacyjnych, których temperatura powietrza mierzona termometrem suchym była wyższa od 28ºC. W Zakładzie Aerologii Górniczej GIG od 1982 roku prowadzone są analizy stanu zagrożenia klimatycznego w polskich kopalniach węgla kamiennego. Z analizy tej wynika wzrostowa tendencja liczby wyrobisk z zagrożeniem klimatycznym i to pomimo wyraźnie mniejszej liczby takich wyrobisk w 2004 r. w porównaniu z latami 1997 – 2003. 

Natomiast techniczne i organizacyjne metody poprawy warunków klimatycznych polegają na zmniejszeniu wydatku energetycznego pracowników. Stosując nowoczesne zmechanizowane i zautomatyzowane urządzenia zmniejsza się wysiłek fizyczny pracownika, a więc i jego wydatek energetyczny. Zakładając podczas pracy górników w gorących przodkach obowiązkowe przerwy na odpoczynek, również następuje zmniejszenie wydatku energetycznego. Efekty poprawy warunków klimatycznych można prześledzić posługując się specjalistycznymi nomogramami, odpowiadającymi każdemu z trzech sposobów poprawy warunków klimatycznych i oceny ich efektów. 

Wskaźnik dyskomfortu cieplnego zależy od wielu parametrów człowieka oraz otoczenia i pozwala ocenić warunki klimatyczne w środowiskach pracy – konkluduje prof. Jan Drenda. – Można go stosunkowo łatwo i z dostateczną dokładnością określić z nomogramów. Wskaźnik ten spełnia bardzo ważną rolę, pozwala bowiem określić bezpieczeństwo klimatyczne pracowników oraz ratowników, którym może grozić udar cieplny w gorących środowiskach. Wskaźnik ten powinien być określany w każdym przodku i w każdym wyrobisku, w którym temperatury powietrza są wyższe od 25ºC. Jest to niezwykle ważne, bowiem już w tej temperaturze, dla pracy ciężkiej, może dojść do przekroczenia granicznej dopuszczalnej dla zdrowia temperatury wewnętrznej organizmu ludzkiego. Wskaźnik δ powinien być również określany przed rozpoczęciem i w trakcie prowadzenia akcji ratowniczej, zwłaszcza akcji pożarowej.