Пылевая обстановка и заболеваемость пневмокониозом на шахтах Украины и меры по предотвращению заболеваемости Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

© Э.Н. Медведев, А.М. Брюханов, С.А. Крутенко, 2004

УДК 622.313

Э.Н. Медведев, А.М. Брюханов, С.А. Крутенко

ПЫЛЕВАЯ ОБСТАНОВКА И ЗАБОЛЕВАЕМОСТЬ ПНЕВМОКОНИОЗОМ НА ШАХТАХ УКРАИНЫ И МЕРЫ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ

Семинар № 4

Для определения пылевой обстановки и заболеваемости пневмокониозом были обобщены данные о запыленности воздуха и числе больных за десятилетний период (19901999 гг.) по шахтам Украины.

Анализ полученных данных показывает, что уровень запыленности воздуха в холдинговой компании или объединения остается за указанный период на одном уровне. Наблюдается некоторое различие в уровнях запыленности воздуха при выемке углей разной стадии метаморфизма. При выемке углей низкой стадии метамор-физации запыленность воздуха изменяется от 170 до 400 мг/м3 (рис. 1), при средней стадии метаморфизм - от 300 до 600 мг/м3 (рис. 2), при выемке антрацитов от 250 до 450 мг/м3 (рис. 3).

Со стадией метаморфизма угля связаны прочностные свойства его, а также содержание влаги в пласте, что определяет, вероятно, различия в уровнях запыленности воздуха. С глубиной ведения горных работ изменяются прочностные свойства угля, что также должно влиять на запыленность воздуха. На запыленность воздуха должны оказывать также влияние и технологические факторы: количество проходящего воздуха, количество добываемого угля, способ выемки (пологие, крутые пласты) и др. Изменение запыленности воздуха в очистных выработках от действия различных факторов приведено на рис. 4 и 5.

Теснота связи между запыленностью воздуха и факторами, оказывающими на нее влияние, оценивалась по корреляционному отношению (так как зависимости - криволинейные). С этой целью вычислялись:

корреляционное отношение

V* /, =-

(1)

Пу / X = -

(2)

средние квадратичные отклонения коррелируемых вариационных рядов

_ = 1£рл (ХрХ^)2 (3)

Х ] Рх Рх

(4)

I

(5)

(6)

= X Pyal _ (Z Pyax )2 У Í Py Py

частные средние квадратичные отклонения

2 .i! 12

■ s —0

T.Px (y - y)

2 'y2

п 12

частоты классовых вариант

р,=£", (7)

Р. -Iп. (8)

частные средние арифметические 7 X р,х (9)

у р.

Аи 1у

— Е ру< у У р

IX

среднеарифметические значения рядов

- ЪЪРуХ

X =--------—

ру

у = !11рхУ.

(10)

(11) (12)

(13)

r„ \VxVy i -y ~x

средняя квадратичная ошибка коэффициента криволинейной корреляции

Px

коэффициент криволинейной корреляции

0

y

y y

т = 1 'п Л—

критерий достоверности г

г = -±

(14)

(15)

Если рассчитанный по формуле (15) критерий достоверности окажется больше табличных значений при принятых уровнях значимости и числе степеней свободы, то вычисленный по формуле (13) коэффициент криволинейной корреляции считается достоверным.

Результаты корреляционного анализа приведены в табл. 1.

Между запыленностью воздуха и рассматриваемыми факторами существует корреляционная связь. Запыленность воздуха в подготовительных выработках коррелирует с запылен-

ностью воздуха в очистных выработках в пределах выемочного участка (рис. 6). Коэффициент криволинейной корреляции составляет 0,38, ошибка коэффициента 0,027, критерий достоверности (15.6) превышает табличные значения, определяемые случайностью (2,58).

Запыленность воздуха, например в очистных выработках, может быть рассчитана по следующей зависимости [1]

С = 1000д—к. (16)

Ш 1

где д - удельное пылевыделение, г/т; Р - производительность выемочной машины, т/мин; Ш -количество воздуха, проходящее через выработки, м3/мин; К - коэффициент, учитывающий эффективность обеспыливающих мероприятий.

К = (1-0,01Э1)(1-0,01Э2)(1-0,01Эп) (17)

где Эп эффективность отдельных обеспыливающих мероприятий, %.

Значение удельного пылевыделения для пластов разных групп по пылевому фактору приведены в табл. 2. При производительности выемки 2-10 м/мин, количестве проходящего воздуха по лаве 400-600 м3/мин, эффективности орошения 80-90% и увлажнения угля в массиве 30-40% запыленность воздуха может быть снижена на пластах 1-4 категории пыль-ности (53,4% забоев) до 175-840 мг/м3 (табл. 2). Фактические уровни запыленности воздуха составляют 170-600 мг/м3 (см. рис. 1-3).

С уровнем запыленности воздуха должна быть связана заболеваемость горнорабочих пневмокониозом и пылевыми бронхитами. Для проверки этого были обобщены данные по заболеваемости на шахтах Украины с 1992 по 1999 гг.

В 1999 г. на шахтах Украины число больных пневмокониозом и пылевыми бронхитами составляло 29196 человек (58% от общего числа профессиональной заболеваемости), в том числе вновь выявленных 810 человек (58,5%). Динамика заболеваемости пневмокониозом и пылевыми бронхитами на шахтах Украины приведена на рис. 8.

Влияние отдельных факторов на заболеваемость пневмокониозом приведено на рис. 8 и 9. Анализ этих данных показал необходимость проводить анализ для отдельных групп

Рис. 4. Зависимость запыленности и воздуха от действия природных факторов: а - выход летучих веществ; б - глубина ведения горных работ; в - содержание влаги в угольном пласте

т

Рис. 5. Зависимость запыленности воздуха в очистных забоях от действия технологических факторов:

а - количество поступившего в шахту воздуха; б - суточная добыча; в - угол падения пласта

2500 7500 12500 17500 22500 27600 32500 37500 42500 50000

Количество посту па ющэго в шахту воздуха, мз/мин

Я 500

| 400

0

1т 300 -►- 2

| 5 200 ;

1 юо

5 15 25 35 45 55 60

Рис. 8. Влияние различных факторо&гымаымтжсёвяь-ных пневмокониозом

шахт:

• с пологим (наклонным) залеганием пластов при выемке углей с выходом летучих как до 22%, так и более 22%;

• с крутым (крутонаклонным) залеганием пластов при выемке углей с выходом летучих как до 22%, так и более 22%.

Методика расчета средних значений показателей заболеваемости горнорабочих пневмокониозом зависит от закона распределения этих показателей. В работе [2] показано, что число больных пневмокониозом подчиняется логарифмически-нормальному закону. Так как было признано необходимым при анализе за-

болеваемости разделение шахт на группы, то произведена проверка распределения заболеваемости горнорабочих для шахт с разными условиями. Проверка соответствия распределения заболеваемости логарифмически-

нормальному закону для шахт разных групп приведена в табл. 3.

Распределение вероятности общего числа больных на пологих пластах хотя и соответствует нормально - логарифмическому закону распределения, однако уровень значимости критерия соответствия закону распределения очень низкий, поэтому рассчитанные средние значения числа больных пневмокониозом с использованием указанных распределений будут иметь низкую достоверность, поэтому этот показатель заболеваемости из дальнейшего анализа был исключен.

Распределение вероятности числа вновь выявленных больных также подчиняется лога-рифмически-нормальному закону. Гистограммы и плотности распределения вероятности числа вновь выявленных больных приведены на рис. 10.

Плотность логарифмически-нормального распределения имеет вид:

1

г(1п х - 1п а\

- ехр[— - 2—^

(18)

ха 42л 2а£

где а иа - параметры распределения; х - исследуемый показатель;

параметры распределения

а = хф» ехР(2^2) =

(19)

(20)

Рис 7 Динамика заболеваемости горнорабочих пневмоконеозом и пылевыми бранхитами на шахтах Украины

- всего больных —*— вновь выявленных больных

=1

Рис.11 Изменение числа вновь выявленных бэльных на 1000 трудящихся от уровня запыленности вюдуха

ш

и

V

50 150 250 350 450 550 650 750 850 1000

Запыпяемость вюдуха, мг/м3

400 600 800 1000 1200

Глубина работ

Угол падения пласта

Выход летучи? 1 одевая добыч;

Угол паления пласта, I рал.

0 200 400 600 800

__________Годовая добыча, тыс. тонн

пологие (наклонные) пласты a=l,42t3-26,36t2+141,0t-104,l, (23)

Рис. 9. Влияние различных факторов на число вновь выявленных больных пневмокониозом

(21)

среднее значение исследуемого показателя

---- a , (22)

х —

расч 1

ехР(^,^2)

Рассчитанные по формуле (22) средние значение числа вновь выявленных больных на 1000 трудящихся сопоставлены с уровнями запыленности воздуха (рис. 11). Связь между сопоставляемыми показателями весьма низкая (коэффициент криволиней-ной корреляции равен 0,11, значение коэффициента достоверно - расчетное значение критерия 3,65, табличное 2,58).

Для установления прогнозных значений заболеваемости горнорабочих параметры распределения заболеваемости (а, а2), входящие в формулу (18) были выражены в функции от времени (рис. 12). Представленные на рис. 12 зависимости апроксимируются, например, для шахт с разными углами залегания пластов уравнениями следующего вида:

Рис. 10. Распределение числа вновь выявленных больных пневмокон иозом

/=1

а2 =0,0213-0,3312+1,53г-0,37, (24)

крутые (крутонаклонные) пласты а=0,0913-2,53б12+17,72г-3,30, (25)

(Г2 =0,01213-0,1812+0,531-0,88, (26)

После подстановки значений параметров

распределения (а, (Г2 ), в формулу (22) были получены зависимости заболеваемости горнорабочих в функции от времени:

для пологих (наклонных) пластов

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006

Рис. 12. Расчетное значение заболеваемости горнорабочих пневмокониозом и пылевыми бронхитами

МП=(1,4213-26,3б12+141,01-104,1)ехр(-0,0113+ +0,1б12-0,76г+0,18), (27)

для крутых (крутонаклонных) пластов Nп=(0,0913-2,5312+17,721-3,30)ехр(-0,00613--0,0912 +0,271-0,44), (28)

Рассчитанные по формулам (22) и (28) значения заболеваемости горнорабочих пневмокониозом и пылевыми бронхитами приведены на рис. 13. Анализ полученных данных показывает, что, не смотря на имеющуюся тенденцию снижения заболеваемости горнорабочих в дальнейшем заболеваемость при существующей на шахтах запыленности воздуха будет оставаться на одном уровне.

Выполненный анализ показал, что запыленность воздуха не может быть снижена до уровня, при котором исключается заболеваемость горнорабочих пневмокониозом и пылевыми бронхитами (10 мг/м3 - для угольной пыли, 6 мг/м3 - для антрацитовой пыли, 2 мг/м3 - для породной пыли, содержащей 10-70% свободной двуокиси кремния). В связи с этим необходима разработка мероприятий по предотвращению заболеваемости горнорабочих. В отдельных странах (Германия, Чехия, Венгрия) для исключения заболеваемости горнорабочих пнемнокониозом ведется персональный учет пылевых нагрузок. При достиже-

ШМЕНЕННЕ ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛА ВНОВЬ ВЫЯВЛЕННЫХ ВОЛЬНЫХ

Обомичсю»:

в Угол падения до 35". выход летучих до 22%

В Угол плления бале« 35*. выход летучих до 22%

А-- Угол паления до 35*. выход летучих более 22%

щ Ушл падения более 35', выход летучих более 22%

Рис. 13. Изменение параметров распределения числа вновь выявленных больных на 1000 трудящихся по годам

нии в организме горнорабочего предельного значения пылевой нагрузки он выводится из шахты.

На шахтах Украины для исключения заболеваемости горнорабочих пневмокониозом введен учет пылевых нагрузок.

Для учета пылевых нагрузок разработана «Инструкция по замеру концентрации пыли и учету пылевых нагрузок», которая является приложением к «Правилам безопасности в угольных шахтах».

Инструкцией рекомендуется рассчитывать пылевую нагрузку по следующей формуле:

П = 0,01кС&Щ (29)

где к2 - коэффициент, учитывающий наличие респиратора (при наличии респиратора принимается равным 0,1, при отсутствии равным 1): С -среднесменная запыленность воздуха, мг/м3; Q -объем легочной вентиляции, м3/мин (принимается по табл. 4); 1 - продолжительность рабочей смены, мин; N число отработанных рабочих смен в запыленной атмосфере.

При достижении пылевых нагрузок критический значений (табл. 6) работник должен быть прекратить работы в запыленной атмосфере. Замеры запыленности воздуха возложены на работников ГВГСС. Для упорядочения отбора проб воздуха на запыленность разработан «Отраслевой

стандарт Украины «Пылевой контроль. Методы и средства пылевого контроля, осуществляемого на предприятиях угольной промышленности»

Для совершенствования учета пылевых нагрузок в настоящее время разрабатывается «По-

1. Руководство по борьбе с пылью в угольных шахтах. - 2-е изд. Перераб. И доп. - М.: Недра, 1979, 319 с.

2. Медведев Э.Н., Кашуба О.И., Мартовицкий В.Д. Прогноз заболеваемости горнорабочих пневмокониозом. Доклад на симпозиуме «Неделя горняка - 2001» Москва, МГГУ 29 января - 2 февраля 2001 г. Горный информаци-

ложение по учету пылевых нагрузок», которое предусматривает централизованный учет пылевых нагрузок каждого работника на какой - бы шахте он не работал в течение времени до накопления в организме предельного значения пыли.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

онно-аналитический бюллетень. - М.: Изд. МГГУ, 2001, №6. - С. 149-151.

3. Суханов В.В., Костин Ю.В. Пылевая опасность в угольных шахтах. Прогнозирование и профилактика пневмокониоза. - М.: ВНТГО, - 1990 г. - 83 с.

— Коротко об авторах -----------------------------------------

Медведев Э.Н - доктор технических наук, МакНИИ, г. Макеевка, Украина. Брюханов А.М. - кандидат технических наук, МакНИИ, г. Макеевка, Украина. Крутенко С.А. - инженер, Госуглепром Украины, г. Киев.

'Ж'

------------------------------------------ © Е.С. Каменецкий, А.В. Чупин,

2004

УДК 622.413 : 621.56

Е.С. Каменецкий, A.B. Чупин

ЧИСЛЕННЫЙ РАСЧЕТ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХА В РУДНИЧНОЙ КАМЕРЕ

Семинар №4

~П настоящее время, в связи с широким -Я-9 распространением мощных ЭВМ появилась возможность существенно улучшить методы расчета аэродинамики рудников и распространения в них загрязняющих веществ. Первые работы, в которых для анализа переноса загрязняющих веществ при вентиляции применяются решения трехмерных уравнений гидродинамики с моделированием турбулентности, появились сравнительно недавно [1]. С помощью моделей такого типа можно получить гораздо большую информацию о движении воздуха, загрязняющих газов и пыли в шахтных выработках, что позволит улучшить работу рудничных вентиляционных систем.

Во многих случаях картину течения при протекании воздуха через рудничные камеры в первом приближении можно считать плоской. Если рассматривать ламинарное или квазила-минарное течение, то есть принимать коэффициент вязкости постоянным, то для определения поля скорости воздуха в камере целесообразно использовать уравнения в переменных вихрь ш -функция тока у.

Поле давления в камере при этом не определяется, но оно в задачах вентиляции менее интересно.

д(ыф) д(уа>) _ 1 (д2® д дх & Яе 2 &2 )