Strona główna

Eksploatacja złóż

Maszyny
i
urządzenia górnicze

Miernictwo górnicze

Zajęcia praktyczne

Zmiany
w przepisach górniczych
 z dnia 01.07.2017

 

zagrożenie klimatyczne

Stan prawny na dzień 30.06.2017

 

I. KLIMATYCZNE WARUNKI PRACY

1.    Wpływ klimatycznych warunków pracy na organizm ludzki

Stworzenie koniecznych klimatycznych warunków pracy ma na celu umożliwienie chłodzenia ciała ludzkiego w celu odprowadzania ciepła wywiązującego się w organizmie człowieka wskutek pracy.

Podczas pracy organizm ludzki produkuje zwiększoną ilość energii cieplnej. Temperatura ciała ludzkiego stopniowo podwyższa się (nie powinna ona przekroczyć 36,8OC). Przy dalszym wzroście temperatury ciała ludzkiego pojawiają się bóle i zawroty głowy, szum w uszach, senność i apatia oraz wzrost pobudliwości i uczucie niepokoju wewnętrznego. Zachodzi przegrzanie organizmu i gdy temperatura ciała dojdzie do 39°C. może nastąpić śmierć z powodu udaru cieplnego.

Przed przegrzaniem ciała ludzkiego chronią organizm ludzki dwa czynniki:

   chłodzenie ciała ludzkiego przez otaczające go powietrze,

   samoobrona organizmu ludzkiego, polegająca na własnościach fizykalnej regulacji temperatury ciała w dostosowaniu do warunków zewnętrznych.

Chłodzenie ciała ludzkiego przez otaczające powietrze. Wpływ klimatycznych warunków pracy na odprowadzanie ciepła z organizmu ludzi pracujących związany jest z:

   możliwością oddawania ciepła przez organizm do powietrza poprzez konwekcję i poprzez parowanie potu. W niskich temperaturach powietrza do odprowadzenia ciepła wystarcza konwekcja. Gdy temperatura otoczenia przekroczy wartość 35°C, oddawanie ciepła przez organizm ludzki za pomocą konwekcji ustaje i może zachodzić tylko przez parowanie potu. Parowanie potu zależy od wilgotności względnej powietrza. Gdy wilgotność ta wynosi 100%, wówczas w ogóle nie może zachodzić parowanie potu, gdyż powietrze jest nasycone i nie może przyjmować więcej wilgoci;

   własnościami fizycznymi powietrza to jest jego temperaturą, prędkością przepływu oraz wilgotnością względną.

 Samoobrona organizmu ludzkiego. Polega ona na tym, że organizm dysponuje pewną rezerwą buforową, gdyż temperatura połowy masy ciała ludzkiego jest średnio o 3÷4°C niższa od temperatury wewnętrznej, wynoszącej niecałe 37°C. W warunkach, w których oddawanie ciepła przez skórę jest mniejsze od jego wytwarzania przez organizm, zostają podgrzane do temperatury wewnętrznej w pierwszej kolejności zewnętrzne części ciała. W ten sposób przez zwiększenie temperatury skóry organizm „rozkłada” wytwarzane ciepło i powoduje reakcję ułatwiającą jego wydzielanie. Zostaje to osiągnięte przez wzrost ukrwienia tych części ciała, z których następuje szczególnie duży odpływ ciepła (twarz, ręce, ramiona itp.).

1.    Elementy klimatu

W dołowych warunkach górniczych na klimatyczne warunki pracy wpływają:

   własności fizyczne powietrza kopalnianego, określone jego temperaturą i wilgotnością,

   intensywność przewietrzania, wyrażona prędkością przepływu powietrza.

Temperatura powietrza kopalnianego zależy od: temperatury powietrza wpływającego do kopalni oraz od czynników górniczo-technicznych to jest temperatury górotworu, temperatury pokładu (decydującą o nagrzewaniu powietrza od węgla urabianego w przodkach i transportowanego drogami odstawy na powierzchnię), przemiany energii w maszynach, procesów utleniania i powietrza sprężonego.

Wilgotność powietrza kopalnianego

Rozróżnia się wilgotność:

   bezwzględną F (g/m3) jako ilość pary wodnej w gramach na 1 m3 powietrza suchego,

   względną φ (%) jako stosunek masy pary wodnej znajdującej się w powietrzu do masy pary, która w danej temperaturze nasyca powietrze.

W górnictwie najważniejsza jest wilgotność względna, gdyż decyduje o chłodzącym działaniu powietrza na organizm ludzki.

Wilgotność względna powietrza kopalnianego waha się w zależności od:

   temperatury powietrza kopalnianego,

   temperatury i wilgotności górotworu,

   zawodnienia kopalni (woda naturalna i podsadzkową),

   zawodnienia wyrobisk (rozlewanie się wody po spągu, nie uchwycenie wody w szybach itp.),

   intensywności przewietrzania.

Prędkość przepływu powietrza w wyrobiskach kopalni, powinna być taka, aby:

   doprowadzona do miejsca pracy ludzi ilość powietrza zapewniała odpowiedni jego skład, temperaturę i wilgotność, określone przepisami górniczymi,

   w miejscu pracy wykorzystać chłodzące działanie prądu powietrza.

Z punktu widzenia chłodzącego działania powietrza, już prędkość 0,03 m/s wpływa na wymianę ciepła pomiędzy organizmem ludzkim a powietrzem.

Przepisy górnicze określają, że z uwagi na obecność ludzi prędkość powietrza nie powinna przekraczać:

   w ścianach i zabierkach 5 m/s,

   w wyrobiskach korytarzowych 8 m/s,

   w szybach 12 m/s.

2.    Komfort pracy

Komfort pracy ocenia się za pomocą trzech parametrów powietrza kopalnianego:

   temperatury,

   wilgotności względnej,

   prędkości przepływu.

Temperaturę powietrza mierzy się bezpośrednio termometrem suchym i mokrym. Temperatura mierzona termometrem suchym nie może przekraczać 28°C. Gdy wynosi ona 28-33°C, wówczas należy skrócić czas pracy do 6 godzin. W temperaturze większej od 33°C może być wykonywana praca tylko w ramach akcji ratowniczej.

Wilgotność względną powietrza kopalnianego określa się na podstawie pomiaru.

W zależności od wilgotności względnej organizm ludzki odczuwa powietrze jako:

   bardzo suche, przy wilgotności względnej poniżej 40%,

   suche, przy wilgotności względnej 40-60%,

   normalne, przy wilgotności względnej 60-80%,

   wilgotne, przy wilgotności względnej 80-95%,

   bardzo wilgotne, przy wilgotności względnej powyżej 95%.

Prędkość przepływu powietrza w istotny sposób decyduje o chłodzącym działaniu powietrza.

Chłodzące działanie przepływającego powietrza polega na odbieraniu ciepła z ciała ludzkiego i zależy od wspólnego oddziaływania: temperatury, wilgotności i prędkości powietrza kopalnianego. Intensywność chłodzącego działania powietrza, czyli natężenie chłodzenia K, jest to wielkość strat ciepła z 1 cm2 powierzchni ciała ludzkiego w jednostce czasu (w 1 s).

Jednostką natężenia chłodzenia jest 1 katastopień (mcal/s• cm2), który określa ilość ciepła odbieraną z powierzchni 1 cm2 w 1 s przy temperaturze ciała ludzkiego 36,5°C.

Intensywność chłodzenia można zmierzyć bezpośrednio za pomocą katatermometru lub określić pośrednio za pomocą nomogramu na podstawie pomiaru temperatury mokrej powietrza i prędkości jego przepływu.

 

 Rys. 11. Katatermometr

Sposób bezpośredni polega na zmierzeniu intensywności chłodzenia katatermometrem (rys.11), którym mierzy się jednocześnie wszystkie czynniki wpływające na chłodzące działanie prądu powietrza, tzn. jego temperaturę, wilgotność i prędkość przepływu.

Jest to termometr alkoholowy z rurką długości około 20 cm, zakończoną z obu stron bańkami (zbiorniczkami), na której zaznaczone są dwie kreski odpowiadające temperaturom 35 i 38°C, których średnia, wynosząca 36,5°C, odpowiada temperaturze ciała ludzkiego.

Katatermometr odgrzewa się w termosie z gorącą wodą do temperatury 50÷70 C tak długo, aż górna bańka zostanie wypełniona alkoholem do 1/3 swej objętości. Następnie wyjmuje się przyrząd z termosu, osusza się z wody i zawiesza w pozycji pionowej. Podczas ochładzania katatermometru opada słup alkoholu od górnej bańki do dolnej. Za pomocą stopera mierzy się czas spadania słupa alkoholu od temperatury 38°C do temperatury 35 C. Pomiar ten wykonuje się od 3 do 5 razy i oblicza się średnią arytmetyczną otrzymanych wyników.

Natężenie chłodzenia, czyli intensywność chłodzącego działania prądu powietrza, oblicza się za pomocą wzoru

     katastopnie (mcal/cm2 s)

K — szukana liczba katastpni, wyrażająca natężenie chłodzenia,

F — stała katatermometru wycechowana dla każdego przyrządu, a oznaczająca, ile ciepła (milikalorii) zostaje odprowadzone z 1 cm2 powierzchni przyrządu podczas jego ochładzania od 38 do 35°C,

T — czas chłodzenia (sekundy), czyli czas opadania słupa alkoholu od 38 do 35°C (średnia arytmetyczna pomiarów).

Im wolniej opada słup alkoholu, czyli im dłuższy jest czas chłodzenia, tym słabsze jest chłodzące działanie prądu powietrza.

Ponieważ katatermometr mokry bardziej odzwierciedla spocone ciało ludzkie, dlatego pomiar należy przeprowadzać przyrządem mokrym, czyli przyrządem, który ma dolną bańkę zbiornika owiniętą mokrą szmatką lub muślinem.

Sposób pośredni określania intensywności chłodzenia polega na zmierzeniu temperatury mokrej powietrza i prędkości jego przepływu. Znając powyższe wartości określa się katastopnie wilgotne z nomogramu (rys. 12).

Nomogram do określania katastopni na podstawie pomiaru temperatury wilgotnej powietrza i prędkości jego przepływu

Rys. 12. Nomogram do określania katastopni na podstawie pomiaru temperatury wilgotnej powietrza i prędkości jego przepływu

 

Na osi poziomej znajdujemy punkt A, którego położenie odpowiada zmierzonej prędkości przepływu powietrza. Na osi pionowej znajduje się punkt B, wyznaczający swym położeniem pomierzoną temperaturę mokrą powietrza. Punkt K przecięcia się prostych prostopadłych wykreślonych z tych punktów wyznacza liczbę katastopni, określających intensywność chłodzenia w miejscu pomiaru.

II. Sposoby poprawy warunków klimatycznych w kopalni

 

Zagrożeniem klimatycznym nazywamy ujemny w wpływ temperatury i wilgotności powietrza na organizm ludzki.

Zagrożenie klimatyczne w wyrobiskach dołowych i przodkach górniczych można zmniejszyć:

   za pomocą środków naturalnych,

   z zastosowaniem maszyn chłodniczych.

1.    Zwalczanie zagrożenia klimatycznego za pomocą środków naturalnych

Zwalczanie zagrożenia klimatycznego za pomocą środków naturalnych sprowadza się do regulowania następujących czynników:

   temperatury powietrza,

   wilgotności względnej powietrza,

   intensywnego przepływu powietrza w przodkach, w miejscu pracy ludzi.

a.   Temperatura powietrza

Wysoka temperatura powietrza kopalnianego jest wynikiem jego nagrzewania przez ociosy wyrobisk górniczych. Wysoka temperatura górotworu jest tak intensywnym źródłem ciepła, że wszystkie inne źródła stanowią tylko niewielką jej część, chociaż nie bez znaczenia jest moc zainstalowanych urządzeń energomechanicznych.

Obniżenie wysokiej temperatury powietrza kopalnianego środkami naturalnymi uzyskuje się przez:

   doprowadzenie do oddziałów przygotowawczych i wybierkowych dużej ilości świeżego powietrza

   kierowanie prądów świeżego powietrza wyrobiskami, w których temperatura górotworu jest najmniejsza;

   stosowanie krótkich dróg dopływu świeżego powietrza,

   prowadzenie świeżego powietrza wyrobiskami gdzie nie odbywa się odstawa urobku; duże powierzchnie świeżo urobionego węgla (jeszcze nieochłodzonego), powodują jego podgrzanie (rys. 13),

   stosowanie przerw w urabianiu węgla w wyrobiskach wybierkowych; świeżo urobiony węgiel posiada podwyższoną temperaturę górotworu i powoduje nagrzanie powietrza w miejscu jego urabiania i na trasie odstawy,

   racjonalną gospodarkę mocą urządzeń energomaszynowych.

Przewietrzanie ściany „na upad” w celu obniżenia temperatury (wentylacja homotropowa).

Rys.13.  Przewietrzanie ściany „na upad” w celu obniżenia temperatury (wentylacja homotropowa).

 

b.   Wilgotność powietrza

Obniżenie wilgotności względnej powietrza świeżego płynącego do przodków górniczych uzyskuje się w następujący sposób:

   w szybach wdechowych należy wodę ściekającą ujmować w rynny, aby nie dopuścić do jej rozbryzgiwania się w szybie,

   w wyrobiskach cała woda powinna być skierowana do ścieku - nie dopuszczamy do zalewania spągu,

   chodniki wodne i osadnikowe należy przewietrzać odrębnym prądem powietrza i izolować je od prądów powietrza świeżego.

c.   Prędkość powietrza

Duża prędkość przepływu w samych przodkach wyrobisk ma silne działanie chłodzące prądu powietrza, co jest tym bardzie konieczne, im wyższa jest temperatura powietrza.

2.    Zwalczanie zagrożenia klimatycznego za pomocą urządzeń chłodzących

W przypadku, gdy mimo zastosowania środków naturalnych temperatura w wyrobiskach górniczych przekracza 280C należy zastosować urządzenia chłodzące.

Komplet urządzeń chłodzących stanowią (rys. 14):

   chłodnica powietrza,

   agregat chłodniczy,

   chłodnica wyparna wody,

   podwójne rurociągi

 

Schemat budowy górniczego urzadzenia chłodzącego

Rys.14 . Schemat budowy górniczego urzadzenia chłodzącego

 

Górnicze urządzenie chłodzące posiada następujące obiegi:

   pierwszy obieg parownika, schłodzona woda z agregatu chłodniczego jest kierowana rurociągami do chłodnicy powietrza ulokowanej w wyrobisku górniczym, po opuszczeniu chłodnicy powraca do agregatu.

   drugi obieg skraplacza, woda ciepła ze skraplaczy agregatów chłodniczych jest kierowana rurociągami do chłodnic wyparnych wody, skąd po ochłodzeniu powraca rurociągami do skraplacza agregatu chłodniczego,

   trzeciobieg czynnika chłodniczego (np. Freon 22) – czynnik chłodniczy odbiera ciepło w parowniku od wody chłodzonej, a następnie po sprężeniu oddaje ciepło w skraplaczu.

 

Systemy klimatyzacji

W celu ochłodzenia powietrza stosujemy system klimatyzacji:

   system klimatyzacji lokalnej

   system klimatyzacji grupowej

   system klimatyzacji centralnej

Spośród wymienionych systemów najlepsze wyniki daje klimatyzacja centralna.

d.   Systemy klimatyzacji lokalnej

Urządzenia klimatyczne pracujące lokalnie to na ogół układ, gdzie agregat chłodniczy i chłodnica powietrza zabudowane są w wyrobisku w miejscu, w którym chcemy obniżyć temperaturę powietrza a chłodnica wyparna wody jest poza rejonem. Agregat chłodniczy z chłodnicą wyparną wody połączony jest podwójną nitką rurociągów.

Wyznaczając lokalizację chłodnic wyparnych trzeba zapewnić w wyrobisku odpowiednią ilość powietrza jak i jego odpowiednią temperaturę. Należy liczyć się z przyrostem temperatury powietrza w wyrobisku za chłodnicą wyparną. Nie może jednak, ona przekroczyć 33°C. Powietrze powinno być kierowane najkrótsza drogą do szybu wydechowego. Wentylacja lokalna może być stosowana do schłodzenia powietrza w ścianach lub w wyrobiskach korytarzowych.

Do schładzania powietrza w rejonie ścian urządzenia chłodzące ustawia się w chodnikach przyścianowych. Od chłodnic powietrza ciągniemy lutniociągi w kierunku ściany, z możliwością wprowadzania ich do ściany. Można również chłodnice powietrza zabudować bezpośrednio w ścianie.

Stosując schładzanie powietrza w wyrobisku korytarzowym inny będzie układ urządzeń chłodzących w przypadku stosowania wentylacji ssącej (rys.13), a inny w przypadku wentylacji tłoczącej (rys.14).

Stosując schładzanie powietrza w przodku przewietrzanym wentylacją ssącą przed chłodnicą powietrza dajemy wentylator lutniowy. Zapewnia on przepływ powietrza przez tą chłodnicę. Przy wentylacji ssącej powietrze płynie do przodka całym przekrojem wyrobiska.

Część tego powietrza pobrana przez wentylator pomocniczy przepływa przez chłodnicę, gdzie obniża znacznie swoją temperaturę i ponownie miesza się z powietrzem płynącym do przodka, powodując spadek temperatury powietrza w wyrobisku.

Przykład schłodzenia powietrza w wyrobisku z wentylacja ssącą

Rys.15. Przykład schłodzenia powietrza w wyrobisku z wentylacja ssącą

 

Przykład schłodzenia powietrza w wyrobisku z wentylacja tłoczącą

 

Rys. 16. Przykład schłodzenia powietrza w wyrobisku z wentylacja tłoczącą

 

e.   Klimatyzacja grupowa

W kopalniach o dużym zagrożeniu klimatycznym korzystne jest stosowanie klimatyzacji grupowej (poziomowej, rejonowej), polegającej na tym, że na poziomie zabudowuje się agregaty chłodnicze o dużej mocy chłodniczej, natomiast chłodnice powietrza instalowane są w rejonach, gdzie prowadzone są roboty górnicze. Chłodnice wyparne wody zabudowane są w wyrobisku, którym powietrze odprowadzamy bezpośrednio do szybu wydechowego.

f.     Klimatyzacja centralna

Klimatyzacja centralna w kopalniach polega na tym, że na dole kopalni w miejscach o zagrożeniu klimatycznym budowane są chłodnice powietrza. Agregaty chłodnicze o dużej mocy zabudowane są na powierzchni kopalni. Woda zimna z urządzeń chłodniczych na powierzchni podawana jest siecią rurociągów preizolowanych do chłodnic powietrza. Woda „ciepła” wypływająca z chłodnic powietrza kierowana jest na powierzchnię, do agregatów chłodniczych.

 

 

Zebrał i opracował: Czesław Zając     

 

                                                                      

III. Bibliografia:

- T. Bielewicz, B. Prus, J. Honysz ; Górnictwo Część I  Wydawnictwo ŚLĄSK 1993r.

- J. Czechowicz, M. Mastaliński, M. Surowiec; Górnictwo Część III , Wydawnictwo ŚLĄSK 1984r.

- A. Frycz; Klimatyzacja kopalń, Wydawnictwo ŚLĄSK 1981r.

 

 

Bibliografia:

T. Bielewicz, B. Prus, J. Honysz Górnictwo Część I Wydawnictwo ŚLĄSK 1993r.