Ученые ПНИПУ и «ГИ УрО РАН» разработали подход, который позволит повысить точность существующих методов расчета температуры и содержания влаги в воздухе в рабочих зонах рудников и шахт, а также спрогнозировать уровень теплового стресса, испытываемого горнорабочими. Полученные результаты полезны для принятия наиболее безопасных и эффективных решений по управлению проветриванием в горных выработках.
Ученые ПНИПУ и «ГИ УрО РАН» спрогнозировали уровень теплового стресса горнорабочих / © sezer66, Unplash
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, заведующий 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.
Статья опубликована в журнале «Безопасность труда в промышленности». Исследование выполнено при финансовой поддержке РНФ.
