Подход ученых Пермского Политеха и Горного института УрО РАН позволит прогнозировать уровень теплового стресса горнорабочих
Неблагоприятные микроклиматические условия в рудниках и шахтах оказывают негативное воздействие на здоровье горнорабочих и на безопасность ведения горных работ в целом. Одним из основных факторов, влияющих на микроклимат рабочих зон, является тепловыделение от оборудования.
Существующие методики расчета подразумевают мгновенное изменение температуры
воздуха при его включении и отключении, но в действительности изменение
температуры происходит постепенно. Это приводит к некорректному расчету и
нерациональному выбору мероприятий по нормализации микроклимата. Ученые ПНИПУ и
«ГИ УрО РАН» разработали подход, который позволяет повысить точность
существующих методов расчета температуры и влагосодержания воздуха в рабочих
зонах, а также прогнозировать уровень теплового стресса, испытываемого
горнорабочими. Полученные результаты полезны для принятия наиболее безопасных и
эффективных решений по управлению проветриванием в горных выработках.
Статья опубликована в журнале «Безопасность труда в промышленности» № 7, 2024
год. Исследование выполнено при финансовой поддержке РНФ в рамках проекта №
19-77-30008.
Процесс извлечения полезных ископаемых включает в себя добычные и ремонтные
смены, которые характеризуются различными мощностями тепловыделений от
оборудования. Также важно учитывать, что при его включении/отключении возникает
тепловая инерция и температура в выработке снижается не мгновенно, а постепенно.
Существующие методы расчета теплового режима не берут во внимание этот фактор
и то, как он влияет на изменение микроклимата в пространстве и времени. Ученые
ПНИПУ и «ГИ УрО РАН» разработали математическую модель, которая позволяет
корректно рассчитывать динамику температуры воздуха и влагосодержания в рабочей
зоне в добычные и ремонтные смены. Результаты расчета дают возможность
прогнозировать уровень тепловой нагрузки, испытываемой работником в течение
смены.
– Согласно требованиям правил безопасности значение температуры воздуха в
рабочих зонах не должно превышать +26С. Кроме этого, важно уделять внимание
возможности организма горнорабочего поддерживать нормальную терморегуляцию.
Эффективность отвода тепла помимо температуры окружающей среды зависит от
величины относительной влажности воздуха. Воздействие неблагоприятных окружающих
условий приводит к накоплению тепловой нагрузки в организме и ухудшению
состояния человека, – объясняет доктор технических наук, профессор кафедры
разработки месторождений полезных ископаемых ПНИПУ, зав. лабораторией развития
горного производства Горного института УрО РАН Артем Зайцев.
Ключевая особенность модели ученых – это учет нестационарного теплообмена
между воздухом и технологическим оборудованием, то есть учитывается тепловая
инерция, возникающая в моменты включения и остывания оборудования.
Результаты моделирования подтвердили установленную в ходе замеров
зависимость: снижение температуры воздуха после выключения оборудования
происходит не мгновенно. В начале ремонтной смены она высокая, с течением
времени падает из-за постепенного остывания источника тепловыделения. При
включении оборудования после ремонтной смены температура снова возрастает, после
чего принимает постоянное значение.
– В очистных забоях калийных рудников работа организована согласно специальным
планограммам. На них графически изображены хронология и последовательность
действий на различных участках рабочей зоны. Сопоставив данные планограммы и
распределение температуры воздуха, можно определить уровень теплового стресса
работника. Мы оценивали этот параметр с помощью индекса тепловой нагрузки среды,
который позволяет учесть влияние температуры, влажности, скорости движения
воздуха, а также величину теплового излучения от оборудования на организм
горнорабочих, – рассказывает ассистент кафедры разработки месторождений полезных
ископаемых ПНИПУ, инженер лаборатории развития горного производства Горного
института УрО РАН Дмитрий Бородавкин.
Разработанный подход ученых ПНИПУ и «ГИ УрО РАН» может быть использован для
оценки уровня теплового стресса, который испытывает персонал в действующих
забоях и для прогноза тепловой нагрузки в перспективных рабочих зонах. В свою
очередь, это позволит оптимизировать реализацию мероприятий по нормализации
микроклимата в шахтах, а также предотвратить возникновение аварийных ситуаций и
ухудшение здоровья горнорабочих от перегрева.