Индивидуальные средства защиты горнорабочих в условиях Севера Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

10. Алексеев А.Д., Айруни А.Т., Зверез И.В. и др. Распад газоугольных твердых растворов. ФТПРТПИ, 1994, №3.

11. Кудряшов В.В. Влияние смачиваемости угля на эффективность связывания пыли при пропитке горной массы водой. ГИАБ №7, 2000г. Москва, с 74-76.

|— Коротко об авторах-

Скопинцева О.В., Прокопович А.Ю.- Московский государственный горный университет,

Гашенко А.О., Савинский П.А. - ИПКОН РАН.

© ю.в. Шувалов, н.м.веселив, С.Н. Полторыхин, H.H. Туча, 2006

УДК 614.895

Ю.В. Шувалов, А.П.Веселов, С.Н. Полторыхин, Н.А. Туча

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ГОРНОРАБОЧИХ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА

Тепловой режим горных выработок в условиях Севера является одним из факторов, определяющих производительность, безопасность и охрану труда горнорабочих при подземной и, особенно открытой разработке месторождений.

Анализ производительности предприятий горной промышленности северных районов России показывает, что в холодные зимние месяцы она снижается на 10-20 %, что вызвано

неблагоприятными условиями микроклимата рабочих мест и, отчасти, суровыми климатическими характеристиками регионов в целом. Особую роль и влияние на возникновение простудных заболеваний оказывают резкие изменения температуры окружающей среды за короткие промежутки времени (суточные колебания).

Охлаждение человека, как общее, так и локальное, способствует изменению его двигательной активности, нарушает координацию и способность выполнять точные операции, вы-

226

зывает тормозные процессы в коре головного мозга, что может быть причиной травматизма. Так при локальном охлаждении кистей снижается точность выполнения рабочих операций; работоспособность уменьшается на 1,5 % на каждый градус снижения температуры пальцев. Даже при кратковременном воздействии холода в организме происходит перестройка регуляторных и гомеостатических систем, изменяется иммунный статус организма.

Особенно неблагоприятно воздействие низких температур в сочетании с высокой скоростью ветра на открытые участки поверхности тела и на рецепторную и сосудистую область легких, что нередко приводит к развитию у человека патологических изменений в легких - «пневмопатий» и «синдрома первичной северной артериальной гипертензии малого круга кровообращения»

Наиболее часто встречающимися заболеваниями, вызываемым действием пониженных температур, является группа простудных заболеваний. В эту группу входят заболевания, в возникновении которых главную роль играет именно микроклимат на рабочих местах. Неблагоприятный микроклимат приводит к перенапряжению терморегуляции, снижению иммунобиологической резистентности организма, что обуславливает повышенную чувствительность организма работающих к простудным заболеваниям. Совместное действие неблагоприятного микроклимата и повышенного загрязнения шахтной атмосферы приводит к возникновению и развитию различных заболеваний кожи и подкожной клетчатки.

Анализ заболеваемости подземных горнорабочих Севера России свидетельствует о закономерности изменения числа простудных заболеваний в зависимости от сезонных колебаний температуры воздуха. Как правило, наиболее высок уровень простудных заболеваний в зимние месяцы. Особенно подвержены им стволовые, скреперисты, меньше -бурильщики, забойщики, взрывники, слесари.

Структура простудной заболеваемости горнорабочих представлена на рис. 1.

227

%40

35 30 25 20 15 10 5 0

Рис. 1. Структура простудной заболеваемости горнорабочих Севера России

-Как видно из рис. 1, наиболее распространенным простудным заболеванием является грипп, который носит как простудный так и эпидемический характер. Вторая по распространенности группа простудных заболеваний (ОРЗ и катар верхних дыхательных путей) обусловлена исключительно температурными условиями на рабочих местах.

Следует отметить, что наибольшее число дней нетрудоспособности приходится на легочные заболевания и радикулиты, при этих заболеваниях средняя продолжительность нетрудоспособности составляет 10-13 дней [1]

Авторами предлагается схема комплексного средства индивидуальной защиты горнорабочих для работы в условиях низких температур (СИЗ) представлена на рис. 2. Фильтры - наушники 1, расположены на трикотажном (вязаном) подшлемнике 5, сверху соединены регулирующим ободом 6, фиксирующим их положение. Дыхательный клапан 4 и фильтры - наушники 1 соединены гофрированной трубкой 3, что дает возможность рабочему регулировать их положение. Для плотного прилегания фильтров - наушников к ушам используется мягкая кожаная прокладка 2, аналогичная, применяемой в обычных наушниках.

грипп ОРЗ и катар ангина, верхних дых. легочные путей заболевания и радикулит

другие

228

Одним из перспективных направлений, является создание рекуперативного тепло - влагообменника, обеспечивающего аккумулирование выдыхаемого тепла и влаги для подогрева и увлажнения вдыхаемого холодного воздуха. При этом необходимо оценить эффективность его действия в зависимости от геометрических параметров и характеристик основных элементов.

В качестве аккумулирующего элемента предлагается использовать тонкую медную ленту и влагоаккумулирующую ткань. Для определения эффективности рекуперации в зависимости от геометрических _

Рис. 3. Схема распределения температуры по длине индивидуального тепломассобменного рекуперативного устройства (ИТМОРУ): 1 - корпус, 2 - теплоизоляция, 3 - теплообменная фольга, 4 -массообменная ткань, ^ - теплый легочный воздух, 1х - холодный (атмосферный воздух)

Рис. 2. Схема комплексного средства индивидуальной защиты

229

параметров, была использована медная лента шириной 3, 5 и 7 см.

Для определения эффективности ИТМОРУ в зависимости от геометрических параметров был выполнен цикл экспериментов, состоящий из двух этапов.

Первый этап, заключался в определении эффективности использования тепло-влагоаккумулирующего элемента шириной 3 см, при температуре окружающей среды -20 °С. В течение 7-10 минут наблюдалась стабилизация температуры теплообменника, связанная с температурным ударом (резким переходом от комнатной температуры порядка 20 °С, к атмосферной температуре -20 °С, -30 °С), после этого устанавливается стационарный режим без существенных изменений в течении 45 минут. Аналогичная картина наблюдалась при выполнении второго этапа, с использованием тепло-влагоаккумулирующего элемента шириной 5 см, при температуре атмосферного воздуха -30 °С. При этом температура атмосферного воздуха после прохождения теплообменника в обоих случая составляла порядка 5 °С, что позволило находиться в условиях низкой температуры достаточно длительный период времени не ощущая дискомфорта. Однако, при продолжительном использовании ИТМОРУ наблюдалось постепенное обмерзание конденсата, что приводило к ухудшению пропускной способности фильтра. Решением данной проблемы, могло бы послужить увеличение габаритов ИТ-МОРУ, что негативно может сказаться на удобстве работ, или использование, отводящего канала для избытков конденсата.

Проведенные опыты позволили определить, что распределение температуры по длине ИТМОРУ, близко к линейному.

Если допустить, что распределение температур носит линейный характер, тогда можно определить коэффициент рекуперации для тепло- влагоаккумулирующих элементов различной ширины.

230

, где 1'- температура воздуха окружающей

к = А- =

А/'

среды; 1"- температура воздуха после прохождения теплообменника, 1'"- 37 °С температура выдыхаемого человеком воздуха.

V "| |—20 + 5|

Для 1о = 3 см Кмин = -М- =

М V — V" Для 10 = 5 см К = — = I1-7

А/

А/' V'— V'"| —20 — 37| |—30 + 5|

= 0,26

—30 — 37| 1—45 + 5|

= 0,37

= 0,49

Для 10 = 7 см Кмакс = — = -. , - .

0 макс АV' '— V'"| |—45 — 37|

Коэффициент рекуперации показывает, как эффективно тепло-влагообменник рекуперирует тепло, теряемое человеком при дыхании, на полезную работу по созданию оптимальной температуры, вдыхаемого воздуха.

Применение фильтров без рекуперативного тепло - вла-гообменника дает ощутимую разницу температуры выдыхаемого и вдыхаемого воздуха. В течение 7 минут условия становятся не только дискомфортными, но и появляется серьезная возможность получить простудное заболевание.

г + г

231

Рис. 4. График линейного распределения температуры по длине рекуперативного тепло- влагообменника

Важную роль играет образование конденсата в процессе эксплуатации индивидуального тепло-массообменного рекуперативного устройства. Процесс конденсации способствует интенсивной коагуляции аэрозольных частиц, т.е. образующиеся частицы воды более эффективно улавливают и связывают частицы пыли.

Процесс тепломассопереноса нейтральной среды (фольга-ткань), с теплым и холодным воздухом при возвратно-точном движении в цилиндрических каналах сопровождается отдачей тепла теплым воздухом дт и получением дх холодным ^т = дх),

Таблица 1

Зависимость коэффициента рекуперации в зависимости от ширины индивидуального тепломассообменного рекуперативного устройства

Ширина ИТ-МОРУ Температура окружающей среды V, °С Температура воздуха после прохождения теплообменника Г', °С Коэффициент рекуперации, К

3 см -20 5 0,26

5 см -30 5 0,37

7 см -45 5 0,49

а также отдачей влаги ф и получением (Ьт = Ьх) с переносом части тепла Адд = дд-дТ(х) и АЬд = ^-^(х) влаги в атмосферу, где дд- теплосодержание выдыхаемого воздуха (Дж/кг) и Ьд - влагосодержание выдыхаемого воздуха (г/кг).

При этом начальное теплосодержание холодного воздуха да и его влагосодержание Ьа повышается на величинудт и Ьт, соответственно, т.е.

дх" = да +Чт(х)=2дД-дт(х) Ьх"=Ьа+Ьт(х) =2Ьд-Ьт(х)

После прохождения атмосферного воздуха при начальном влагосодержании равном 1 г/кг через индивидуальное

232

тепломассообменное рекуперативное устройство, вдыхаемый воздух насыщается влагой и его влагосодержание составляет 23 г/кг. Увлажнение вдыхаемого воздуха, посредством конденсата также является положительным эффектом при использовании данного устройства.

Увеличение длины канала индивидуального тепло-массообменного рекуперативного устройства, как и числа слоев, эквивалентно снижению скорости движения воздуха при сохранении геометрии устройства, или увеличению его диаметра при сохранении аэродинамического сопротивления единичного канала, что повышает коэффициент использования тепла, выдыхаемого из легких, коэффициент использования влаги, а также тепловой коэффициент и коэффициент увлажнения атмосферного воздуха.

Переменными геометрическими параметрами ИТМОРУ, определяющими эффективность его действия (тепловой коэффициент нагревания и коэффициент увлажнения атмосферного воздуха), является ширина канала- Ay,R0 - радиус и l0 -длинна. Переменными теплофизическими параметрами ИТМОРУ является коэффициент теплопроводности А фольги и массопроводности Ам ткани, а также их толщина Ат и Ам, соответственно, обеспечивающая тепло-массоемкость q-т и d-r на участке длинны канала l0.

Удельные значения теплосодержания и влагосодержа-ния для всего устройства обеспечивают суммарное тепло -влагоприращение Е qт и Е d^ соответствующее общему теплосодержанию выдыхаемого воздуха От и его влагосодержа-нию йт и выдыхаемого воздуха Qa и Da, соответственно.

Значение расхода воздуха (выдыхаемого и вдыхаемого) - У(кг/с), сечения свободного пространства в ИТМОРУ - S (м2) позволяет определить массовую скорость движения воздуха в каналах.

Умк = У/S, кг/м2*с

или линейную скорость движения при объемном расходе У' (м3/с), равную

Укл = У'/S, м/с

233

По этим характеристикам, с учетом длины каналов 10 можно определить аэродинамическое сопротивление ИТМО-РУ (ру), которое согласно опытным исследованиям соответствует сопротивлению фильтра без тепло-аккумулирующего элемента.

Лабораторные исследования конструкции показали высокую эффективность ее работы в широком диапазоне условий, возможность многократного (более 1000 раз) использования влагопоглотителя и длительное время использования теплоаккумулирующего элемента, соизмеримое с сроком службы самого устройства.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шерстов В.А., Киселев В.В., Ефремов В.Т. Влияние теплового режима россыпных шахт на простудную заболеваемость горнорабочих// Исследование и рекомендации по совершенствованию разработки полезных ископаемых северных и восточных районов СССР. 4.2 Разработка угольных, россыпных и рудных месторождений. - Якутск, 1974.

|— Коротко об авторах-

Шувалов Ю.В. - профессор, доктор технических наук, Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет),

Веселов А.П. - кандидат технических наук, Министерство энергетики,

Туча Н.А. - кандидат технических наук, ОАО «Уренгойгазпром», Полторыхин С.Н. - аспирант, Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет).

- © М.М. Конорев, В.И. Прибылев,

2006

УДК 622.817

М.М. Конорев, В.И. Прибылев

РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ, СТЕНДОВЫХ И ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМЫ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ

234