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 +26°С. 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.