CC BY
14
ОПЫТ УЛУЧШЕНИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИИ В ПРОХОДЧЕСКИХ ЗАБОЯХ ГЛУБОКИХ ШАХТ
Кандидат медицинских наук А. А. Шаптала, кандидат биологических наук С. А. Певный
Из лаборатории промышленного микроклимата Донецкого института физиологии труда
Эксплуатация и строительство глубоких угольных шахт (глубиной 1000—1200 м) сопряжены с пребыванием горнорабочих в условиях повышенных температур воздуха — порядка 30° и выше. Работами нашего института (А. А. Шаптала, 1959) было показано, что такая температура среды даже при больших скоростях вентиляционной струи (3—3,5 м/сек) вызывает значительное напряжение терморегуляции у рабочих очистных забоев. Еще более тяжелые условия труда возникают на этой глубине в проходческих (подготовительных) забоях, где скорость движения воздуха не превышает обычно 1 —1,5 м/сек.
В настоящее время некоторыми научно-исследовательскими институтами горного профиля и проектными организациями разработаны для проходческих забоев глубоких шахт малогабаритные воздухоохлади-тельные установки. Цель настоящей работы состояла в гигиенической оценке эффективности метода улучшения метеорологических условий в глубоких шахтах с помощью предложенных установок.
Работа была выполнена в одной из глубоких шахт треста «Макеев-шахтострой» во время промышленного испытания различных типов холодильных установок—двух отечественных и одной импортной. Установки были расположены на глубине 930 м и находились в одинаковых метеорологических условиях. В связи с тем, что указанные установки снижали температуру подземного воздуха в одинаковой мере, для оценки их гигиенической эффективности нами была выбрана одна из отечественных моделей — У-4ФУ-60/30 с форсуночным воздухоохладителем конструкции Макеевского научно-исследовательского института по безопасности работ в горной промышленности.
Исследования заключались в изучении состояния терморегуляции 17 горнорабочих, выполнявших производственные операции по прохождению откаточного штрека при выключенной и работающей холодильной установке. При выключенной установке наблюдения были проведены в условиях двух метеорологических режимов, отличающихся лишь по скорости движения воздуха. В первом случае она не превышала 0,85 м/сек, во втором—составляла 1,5 м/сек. Температура и относительная влажность воздуха при обоих режимах были одинаковыми (30-—31°, 70%). Температура воздуха в забое во время работы холодильной установки снижалась до 24,5°, при относительной влажности 85%; скорость вентиляционной струи составляла 1,5 м/сек.
Исследование физиологических реакций у проходчиков проводили на поверхности и в шахте как в покое, так и при выполнении основных производственных операций. На поверхности у них измеряли частоту пульса, максимальное артериальное давление, электрическое сопротивление кожи \ температуру кожи лба и груди, определяли газообмен. С целыо определения влагопотерь испарением исследуемых до спуска в шахту и по выходе взвешивали. В шахте у них снова определяли исходный фон физиологических реакций. Во время выполнения производственной работы у исследуемых регистрировали частоту пульса, легочную вентиляцию и расход энергии, температуру кожи лба и груди,
1 Электрическое сопротивление кожи измеряли с помощью прибора, предложенного С. Е. Певным.
2 Гигиена и санитария, № 7
Госуд- Центр. Медицинская
м БИБЛИОТЕКА
Мяиисгсрсгм ЗлгтоолрЗНСЕКЯ
17
электрическое сопротивление кожи; выявляли характер потоотделения,, выясняли тепловое самочувствие. В начале и в конце смены измеряли температуру тела. Исследования проводили в самый жаркий период гол л.
Переход исследуемых в шахту сопровождался установкой некоторых физиологических функций организма на новый уровень. И. С. Фа-ерман (1940) обнаружил, что у рабочих в шахте снижается частота пульса, уровень артериального давления, энергетический расход и объяснил это повышенным барометрическим давлением в подземных выработках. Нашими исследованиями, выполненными ранее, также была обнаружена отмеченная особенность в динамике некоторых вегетативных функций при спуске горнорабочих в глубокую шахту, однако она не зависела от изменения барометрического давления. По-видимо-му, эти изменения обусловлены комплексом факторов подземной среды.
Таблица 1
Состояние физиологических функций у рабочих при влажности воздуха 70%
Исследование • Частота пульса (удар/мин) М±ш Максимальное артериальное давление (мм рт. ст.) М+ш Легочная вентиляция (л /мин). М±ш Потребление кислорода (мл/мин), М+ш Расход энергии (ккал/мин) М+гп
На поверхности . . В шахте (глубина 930 м^ • 72,0+1,4 66,9±1,2 116,2+1,5 106,8±2,1 • 9,1+0,32 8,9+0,33 294,4+15,0 324,2+13,2 1,36+0,05 1,40+0,06
Предыдущие наши исследования были проведены при высокой относительной влажности (95—98%), поэтому представлялось интересным проследить динамику таких же функций при переходе исследуемых с поверхности в шахту с менее высокой влажностью подземного воздуха (70%). Состояние некоторых изучавшихся физиологических функций у рабочих на поверхности и в шахте с относительной влажностью воздуха 70% (в условиях температурного комфорта) представлено в табл. 1.
Как видно из табл. 1. при более низкой относительной влажности, приближающейся к среднему уровню, достоверное снижение в шахте по сравнению с данными, полученными на поверхности, отмечалось лишь со стороны артериального давления. Отсюда ясно, что в комплексе факторов подземной среды, определяющем отмеченную особенность в динамике указанных вегетативных функций организма с переходом горнорабочих в шахту, основную роль, по-видимому, играет влажность воздуха. Как бы то ни было, обнаруженные изменения подсказывают необходимость определения исходного уровня изучаемых функций у горнорабочих
непосредственно в шахте.
В составе проходческой бригады было 5—6 человек, непосредственно выполнявших основные производственные операции. Наибольшая частота пульса наблюдалась при очистке забоя вручную и откатке вагонеток (табл. 2). Величина легочной вентиляции, потребления кислорода и расход энергии при этих операциях также были наиболее высо-
V А £
Таблица 2
Колебания частоты пульса в зависимости от
выполняемой работы
Производственные операции (Частота пуль без охлаждения М+ш ,са (удар/мин) при охлаждении М+ш
До работы (в шахте) Зачистка забоя . . . Откатка вагонеток . Управление породопогрузочной машиной 68,9+1,5 99,1+4,6 104,0+5,4 84,0+1,6 64,9+1,7 99,7+2.2 101,8+4,5 82,0+4,2
ними. Валовый расход энергии составлял при этом 3,4—4,5 ккал/мин. Таким образом, самые трудоемкие операции, выполняемые проходчиками, следует отнести по физическому напряжению к работам средней тяжести. Несмотря на то что зачистка забоя и откатка вагонов составляли в общем не более 23% времени, затрачиваемого на все основные операции, оценка гигиенической эффективности воздухоохладительной установки производилась нами с учетом преимущественно именно этих наиболее трудоемких операций?*
Из табл. 2 видно также, что достоверных изменений в частоте пульса при выполнении проходчиками одних и тех же производственных операций при охлаждении воздуха в забое и без охлаждения не наблюдалось. Не было также заметных изменений со стороны легочной вентиляции, потребления кислорода и расхода энергии. Наиболее четкие изменения, отражавшие состояние терморегуляции горнорабочих при различных метеорологических режимах, наступали со стороны температуры кожи и тела, потоотделительной функции, теплового самочувствия исследуемых.
34°
%
г
I I
»§ 31°
\
/ р
-----О--
\
\
1-й темпе- 2-й темпе- 3-й темпе ратурный ратурный ратурный режим режим режим
Рис. I. Уровень температуры кожи лба у проходчиков при различных температурных режимах.
/ — в покое; 2 — во время работы.
г 50% 1ио\ % I
ж, 1 А 2
50% ||
57 / Ф
¡.♦¿♦Л? Щ
1-й 2-й темпера- температурный турный режим режим
I
3-й температурный режим
Рис. 2. Потоотделение у проходчиков при различных температурных режимах.
/ — процент случаев обильного потоотделения; 2 — умеренного потоотделения.
Известно, что температура кожи во время мышечной работы снижается (М. Е. Маршак, 1930). На этом основании некоторые авторы считают, что по температуре кожи нельзя судить о состоянии терморегуляции у людей, выполняющих физическую работу (Г. Д. Арнаутов и Е. Г. Веллер, 1931). Исследованиями М. Г. Мархасева и А. Д. Жучко-вой, 1949), а также нашей лаборатории было показано, что снижение температуры кожи во время работы происходит лишь в условиях относительного температурного комфорта. При затрудненной отдаче тепла температура кожи не только не снижается, но начинает превышать уровень, занимаемый ею в покое, что достаточно четко коррелирует с тепловым самочувствием исследуемых. Тепловое самочувствие исследуемых в этом случае становится неудовлетворительным. Эта особенность температуры кожи была принята нами как один из основных методов, позволяющих определять у исследуемых во время выполнения ими физической работы напряжение терморегуляции.
Как видно на рис. 1, температура кожи лба у проходчиков, работавших в условиях первого метеорологического режима, явно превышала уровень покоя. При втором режиме температура была несколько ниже, чем в покое, вследствие повышенной подвижности воздуха. При третьем режиме в результате подачи охлажденного воздуха температура кожи во время работы заметно снижалась по сравнению с таковой при состоянии покоя, характеризуя данные метеорологические условия
как вполне комфортные. Подобные изменения наблюдались также в температуре кожи груди.
Потоотделение в условиях первого режима при самых трудоемких операциях было обильным в 100% случаев, увеличение скорости движения воздуха снизило число случаев обильного потоотделения на 50%. При подаче охлажденного воздуха с той же скоростью потоотделение в 100% случаев было умеренным (рис. 2). Данные электрического сопротивления кожи показали аналогичную зависимость потоотделения от температурных режимов. Влагопотери в весовом выражении в целом за рабочую смену значительно превышали уровень, соответствующий
тепловому комфорту.
По литературным данным (Н. К. Витте, 1956), влагопотери у людей, выполняющих физическую работу средней тяжести, составляют 3,5 г/мин. У наших исследуемых в дни, когда холодильная установка не работала, они составляли в среднем 4,5 г/мин. И все же, несмотря на обильное потоотделение, температура кожи, как было показано выше, во время работы не снижалась, что указывает на значительное затруднение теплоотдачи без охлаждения воздуха в забое. При работающей установке влагопотери находились в пределах комфортных величин
(3,6 г!мин).
Расчетные данные теплообмена рабочих показывают, что выполнение работы по ручной погрузке породы без охлаждения воздуха сопровождается теплоотдачей, равной 3,3 ккал/мин при теплопродукции 4,5 ккал/мин. Следовательно, выполнение трудоемких операций при отсутствии охлаждения воздуха в забое сопряжено с задержкой тепла в организме проходчиков, что не могло не отразиться на температуре их тела. У исследуемых, работавших без охлаждения воздуха, к концу смены температура тела повысилась на 0,5°, в то время как при охлаждении воздуха она к концу смены не изменялась. Последнее объясняется тем, что при охлаждении воздуха в забое теплоотдача исследуемых, выполняющих самые трудоемкие операции, покрывают величину теплопродукции.
Тепловое самочувствие исследуемых полностью согласуется с полученными объективными данными. В условиях первого метеорологического режима оно было неудовлетворительным у 100% исследуемых. При втором режиме тепловое самочувствие несколько улучшилось, но при выполнении трудоемких производственных операций оставалось неудовлетворительным: рабочим было «жарко», «душно». И лишь при искусственном охлаждении воздуха в забое при всех выполняемых проходчиками операциях тепловое самочувствие их было комфортным.
Таким образом, как показал анализ приведенного материала, метеорологические условия в производственных забоях глубоких шахт вызывают значительное напряжение терморегулирующего аппарата подземных рабочих при выполнении производственных процессов. Увеличение скорости движения воздуха улучшает терморегуляцию, но не в состоянии обеспечить удовлетворительные метеорологические условия труда. Гигиенически приемлемые условия подземного микроклимата, не вызывающие напряжения терморегуляции и нарушения комфортного теплового самочувствия проходчиков, выполняющих горные работы, \ устанавливаются при искусственном охлаждении воздуха в забое и
достаточной скорости его подачи.
Метод искусственного охлаждения воздуха в проходческих забоях
может быть одобрен и рекомендован для широкого применения при строительстве и эксплуатации шахт и рудников переходной и большой
глубины. ^
Однако существующие типы малогабаритных воздухоохладитель-
ных установок снижают температуру воздуха в забое с 30—31° до 24—25°, обеспечивая, таким образом, при скорости вентиляционной
струи 1,5 м/сек лишь верхнюю границу комфорта без какого бы то ни было «гигиенического запаса». При меньшей скорости вентиляционной струи в забое выполнение производственной работы горнорабочими будет сопровождаться определенным напряжением терморегуляции и неудовлетворительным самочувствием. Необходимо предусмотреть большую холодопроизводительность малогабаритных воздухоохлади-тельных установок.
На основании результатов проведенной работы, а также используя опыт нашей лаборатории по нормированию подземного микроклимата, мы считаем, что для обеспечения гигиенически приемлемых метеорологических условий труда в проходческом забое необходимо предусмотреть поддержание температуры воздуха в диапазоне 20—25° при высокой относительной влажности (80—98%) и скорости его движения 0,5—1,5 м/сек.
Проведенные исследования позволили подготовить гигиенические требования к малогабаритным воздухоохладительным установкам, которые были переданы проектной организации, разрабатывающей типовую конструкцию такой установки для глубоких шахт.
ЛИТЕРАТУРА
Арнаутов Г. Д., Веллер Е. Г. Гиг., безопасность и пат. труда, 1931, № 8—9, стр. 23. — Витте Н. К. Тепловой обмен человека и его гигиеническое значение. Киев, 1956. —Map хасев М. Г., Жучков а А. Д. Гиг. и сан., 1949, № 6, стр. 16.— Маршак М. Е. Гиг., безопасность и пат. труда, 1930, № 6, стр. П.— Фаерман И. С. Тезисы докл. 2-го Украинск. съезда промышленных врачей. Одесса, 1940, стр. 72. — Ш а п т а л а А. А. Гиг. труда, 1959, № 2, стр. 3.
Поступила 12/IX 1961 г.
»
FIELD EXPERIENCE WITH IMPROVEMENT OF METEOROLOGICAL CONDITIONS
IN DEEP MINES
A. A. Shaptala, Candidate of Medical Sciences, S. A. Pevny, Candidate of Biological
Sciences
The article presents the results of hygienic assessment of a proposed method for improving- meteorological conditions in deep mines by means of small air cooling installations. The investigations were performed on 17 persons working in deep mines under ordinarv conditions and in those created bv artificial air cooling. The investigation results obtained indicate that the meteorological conditions prevailing in deep mines produce a considerable strain on the thermoregulating system of underground workers in the course of their work. An increase in the velocity of air currents improves the workers' thermoregulation but does not provide for satisfactory meteorological work conditions. Hygienicallv acceptable microclimate may be established bv supplying artificially cooled air to the working places at a sufficiently high rate of velocity.
The authors consider that the method of artificial air cooling in development leadings may be recommended for wide use in 'the construction and exploitation of deep mines.
& -fr Ъ
