Nr 12 PRZEGL
D GÓRNICZY 41
UKD: 622.012.22(438-13):622.876(438-13):622.413.3-047.37:622.418(438-13)
Wyznaczenie stopni i stref zagrożenia
klimatycznego pracowników
w przodkach kopalń głębinowych
Dr hab. inż. Jan Drenda, prof. nzw. w Pol. Śl.*)
Treść: W artykule przedstawiono sposób oceny warunków klimatycznych górników w rejonach wentylacyjnych, w których prowadzone
sÄ… roboty eksploatacyjne, przez wyznaczenie wskaz
ników dyskomfortu cieplnego d. Zamieszczono nomogramy pozwalające
odczytać te wskaz
niki. Opierając się na wartościach wskaz
ników dyskomfortu cieplnego, odnoszących się do pracowników
nieubranych, zaaklimatyzowanych, wykonujących prace o trzech średnich wydatkach energetycznych M (praca ciężka M=230
W/m2; praca umiarkowana M=165 W/m2 i praca lekka M=100 W/m2), zdefiniowano trzy stopnie zagrożenia klimatycznego
górników w środowisku pracy. Przypisując danym miejscom pracy stopnie zagrożenia klimatycznego utworzono w rejonie
eksploatacyjnym strefy zagrożenia klimatycznego pracowników.
SÅ‚owa kluczowe:
stopnie zagrożenia klimatycznego górników, wskaz
niki dyskomfortu cieplnego, warunki klimatyczne w kopalniach głębinowych
1. Wprowadzenie przyjmowana przez fizjologów jako graniczna temperatura
bezpieczeństwa klimatycznego człowieka. Wskaz
nik dys-
Obowiązujące w polskim górnictwie przepisy klima- komfortu cieplnego d wyprowadzony na podstawie równania
tyczne, uwzględniające temperaturę termometru suchego bilansu cieplnego człowieka, równania komfortu cieplnego
i katastopnie wilgotne [7], definiują obowiązujący ośmiogo- Fangera [6] z uwzględnieniem wartości odniesienia wskaz
nika
dzinny lub sześciogodzinny czas pracy, lub zabraniają pro- WBGT w postaci liczby bezwymiarowej pozwala określać
wadzenia pracy za wyjątkiem akcji ratowniczych, w oparciu warunki oraz oceniać bezpieczeństwo klimatyczne człowieka
jedynie o parametry mikroklimatu. Nie mogą więc być one przebywającego i pracującego w danym środowisku.
brane pod uwagę w określeniu warunków klimatycznych,
w jakich pracują górnicy, ponieważ nie uwzględniają ważnych
parametrów człowieka, takich jak wydatek energetycznego, 2. Parametry wpływające na wskaz
nik dyskomfortu
ubiór i aklimatyzacja. Te trzy wyżej wymienione parametry cieplnego
wpływają w dużym stopniu na samopoczucie człowieka
i jego odczucia związane z panującym w danym miejscu pracy Na wartości wskaz
nika dyskomfortu cieplnego wpływają
klimatem. Parametrem, który uwzględnia wszystkie czyn- następujące parametry:
niki wpływające na ocenę klimatycznych warunków pracy  parametry klimatu:
w danym środowisku jest wskaz
nik dyskomfortu cieplnego d.  temperatura powietrza t ,
s
[1]. W definicji wskaz
nika dyskomfortu cieplnego, przyjęto  wilgotnośc względna j,
jako kryterium bezpieczeństwa klimatycznego dla człowieka,  prędkość przepływu powietrza w;
wartości odniesienia wskaz
nika WBGT (wet bulb glob temper-  wydatek energetyczny człowieka M;
tature  temperatura wilgotnego kulowego termometru) poda-  opór cieplny odzieży I;
ne w normie PN-85/N-08011, będącej tłumaczeniem normy  stan aklimatyzacji czyli przystosowania się człowieka do
międzynarodowej ISO 7243-1982. [ 8 ]. Wartości odniesienia warunków cieplnych środowiska.
wskaz
nika WBGT, który jest również tylko wskaz
nikiem Parametry fizyczne powietrza, takie jak temperatura, wil-
klimatu, związane są z ważnym parametrem fizjologicznym gotność i prędkość przepływu, określamy na podstawie pomia-
człowieka, a mianowicie z jego temperaturą wewnętrzną, rów w danym miejscu kopalni. Pozostałe parametry, związane
mającą bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo termiczne z człowiekiem są przyjmowane.
organizmu ludzkiego. Wartości odniesienia wskaz
nika WBGT Wydatek energetyczny człowieka jest to ilość ciepła meta-
wyznaczone dla różnych wydatków energetycznych człowieka bolizmu produkowana i wydzielana do otoczenia przez czło-
oraz stanu jego aklimatyzacji (człowiek zaaklimatyzowany wieka w jednostce czasu w celu zachowania stałej temperatury
lub niezaaklimatyzowany) gwarantują to, że temperatura we- wewnętrznej organizmu. Ze względu na występujące różnice
wnÄ™trzna organizmu czÅ‚owieka nie przekroczy wartoÅ›ci 38 °C. w powierzchni pól ludzkich ciaÅ‚, najczęściej wydatek energe-
Ta wartość temperatury wewnętrznej organizmu ludzkiego jest tyczny podaje się w watach na metr kwadratowy powierzchni
ciała ludzkiego. Wydatek energetyczny określa ciężkość pracy,
*) Instytut Eksploatacji Złóż, Wydział Górnictwa i Geologii, Politechnika która jest związana z jej rodzajem i intensywnością. Człowiek
Śląska, Gliwice. Artykuł opiniował prof. dr hab. inż. Nikodem Szlązak.
podczas pracy posiada wpływ na wydatek energetyczny zmie-
42 PRZEGL
D GÓRNICZY 2010
niając intensywność wysiłku i stosując przerwy w pracy na Następnie należy przyjąć rodzaj ciężkości pracy wykonywa-
skutek odczuwanego zmęczenia. W normie PN-85/N-08011 nej przez pracownika, a więc pracę lekką, umiarkowaną lub
 Środowiska gorące. Wyznaczanie obciążeń termicznych ciężką, opór cieplny odzieży i aklimatyzację.
działających na człowieka w środowisku pracy, oparte na Mając zmierzone i przyjęte parametry mikroklimatu,
wskaz
niku WBGT podane są średnie wartości wydatku wydatku energetycznego, odzieży i stanu aklimatyzacji,
energetycznego dla następujących rodzajów pracy: z nomogramów odczytuje się wskaz
nik dyskomfortu ciepl-
 praca lekka M=100 W/m2, nego. W niniejszym artykule zamieszczono komplet 5 nomo-
 praca umiarkowana M=165 W/m2, gramów do wyznaczenia (rys. 1÷5) wskaz
nika dyskomfortu
 praca ciężka M=230 W/m2. cieplnego, dla różnych wartości wilgotności względnej powie-
trza j (20 %, 40 %, 60 %, 80 % i 100 %). Przez interpolacjÄ™ z
Dla robót górniczych pracę ciężką należy przyjmować tych nomogramów możemy odczytać wskaz
nik dyskomfortu
w przodkach niezmechanizowanych oraz w każdych innych cieplnego dla każdej wilgotności względnej powietrza w
miejscach prac, w których wiÄ™kszość robót wykonuje siÄ™ przedziale (20 % ÷ 100 %).
ręcznie. Dla każdego miejsca kopalni, w którym pomierzymy
Dla robót w przodkach zmechanizowanych należy przyj- parametry klimatu, czyli temperatury termometru suchego
mować pracę umiarkowaną. i wilgotnego psychrometrem oraz prędkość przepływu powie-
Praca lekka to praca na stanowiskach kontrolnych, trza, możemy określić warunki klimatyczne przebywających
na których występuje krótkotrwały wysiłek fizyczny. tam pracowników. Bardzo ważne jest przyjęcie pewnych
Ubiór to bardzo ważny czynnik wpływający na warunki założeń związanych z parametrami odnoszącymi się do
klimatyczne pracowników. Odzież pełni rolę oporu cieplnego człowieka, ponieważ wtedy możemy ocenić bezpieczeństwo
Dla każdego miejsca kopalni, w którym pomierzymy parametry klimatu, czyli
dla organizmu człowieka, więc w środowiskach gorących klimatyczne panujące w danym środowisku. Przyjęto więc
temperatury termometru suchego i wilgotnego psychrometrem oraz prędkość przepływu
utrudnia wydzielanie ciepła z organizmu przyczyniając się następujące założenia pozwalające ocenić stan bezpieczeństwa
powietrza możemy określić warunki klimatyczne przebywających tam pracowników. Bardzo
ważne jest przyjęcie pewnych założeń związanych z parametrami odnoszącymi się do
do jego przegrzania. Opór cieplny odzieży oznaczony jest klimatycznego środowisk:
człowieka, ponieważ wtedy możemy ocenić bezpieczeństwo klimatyczne panujące w danym
symbolem I i wyznaczony w jednostkach  clo . W litera-  ludzie zaaklimatyzowani,
cl
środowisku. Przyjęto więc następujące założenia pozwalające ocenić stan bezpieczeństwa
turze i normach podane są opory cieplne licznych zestawów  ludzie nieubrani,
klimatycznego środowisk:
odzieży. W obliczeniach wskaz
nika dyskomfortu cieplnego  ludzie wykonujÄ…cy pracÄ™:
- ludzie zaaklimatyzowani
w środowiskach górniczych przyjęto, za wyżej wspomnianą a) ciężką,
- ludzie nieubrani
normą PN-85/N-08011, trzy zestawy odzieży wraz z ich b) umiarkowaną,
- ludzie wykonujÄ…cy pracÄ™:
ciężką
oporami cieplnymi I . a) c) lekkÄ….
cl
b) umiarkowanÄ…
c) lekkÄ…
 I = 0 człowiek nieubrany (szorty, buty, hełm) W zależności od przyjętych założeń przyjęto i zdefi-
cl
 I = 0,6clo człowiek lekko ubrany (koszula z krótkimi niowano trzy podstawowe rodzaje wskaz
nika dyskomfortu
cl
W zależności od wyżej przyjętych założeń przyjęto i zdefiniowano trzy podstawowe rodzaje
rękawami, długie spodnie, buty, hełm), cieplnego: dC; dU; dL, które należy każdorazowo wyznaczyć
wskaz
nika dyskomfortu cieplnego: dðC; dðU; dðL, które należy każdorazowo wyznaczyć i poddać
 I = 1 clo człowiek ubrany w normalną odzież roboczą i poddać analizie Definicje trzech podstawowych wskaz
ników
analizie Definicja trzech podstawowych wskaz
ników dyskomfortu cieplnego są następujące
cl . .
(koszula, długie spodnie, bluza robocza, dyskomfortu cieplnego są następujące
buty, hełm).
Ludzie zaaklimatyzowani
dðC
Człowiek również ma decydujący wpływ na opór cieplny
Ludzie nie ubrani
Ludzie wykonujący pracę ciężką
odzieży. Może on bowiem zmieniać zestaw odzieży roboczej
lub pracować bez odzieży według własnego samopoczucia.
Bezpieczeństwo klimatyczne w różnych środowiskach
Ludzie zaaklimatyzowani
pracy szacowano dla człowieka nieubranego, chcąc określić
dðU
Ludzie nie ubrani
wartość granicznych, bezpiecznych warunków klimatycznych
Ludzie wykonujÄ…cy pracÄ™ umiarkowanÄ…
pracowników.
Aklimatyzacja to proces przystosowania siÄ™ organizmu
człowieka do warunków cieplnych otoczenia. Przyjmuje się,
Ludzie zaaklimatyzowani
że czÅ‚owiek jest zaaklimatyzowany do pracy w Å›rodowiskach dðL
Ludzie nie ubrani
gorących po kilkunastodniowym przebywaniu w tych śro-
Ludzie wykonujÄ…cy pracÄ™ lekkÄ…
dowiskach. W obliczeniach związanych z bezpieczeństwem
klimatycznym w danych miejscach pracy przyjmowano ludzi
W zależnoÅ›ci od wartoÅ›ci dðC; dðU; dðL górnicze Å›rodowiska pracy można podzielić na trzy
W zależności od wartości dC; dU; dL górnicze środowiska
zaaklimatyzowanych.
stopnie zagrożenia klimatycznego pracowników. ZK-I; ZK-II; ZK-III przedstawione w Tabeli
pracy można podzielić na trzy stopnie zagrożenia klima-
1.
tycznego pracowników. ZK-I; ZK-II; ZK-III przedstawione
w tablicy 1.
3. Wyznaczenie wskaz
nika dyskomfortu cieplnego
Pierwszy stopień zagrożenia klimatycznego górników
Wskaz
nik dyskomfortu cieplnego odnoszący się do pra- w miejscu ich pracy wskazuje, że w takim środowisku praca
ciężka, ludzi zaaklimatyzowanych i nieubranych, jest pracą
cownika, wyznacza się w bardzo prosty sposób korzystając
z nomogramów lub bezpośrednio z programów komputero- niebezpieczną. Prace lekka i umiarkowana są jeszcze bez-
pieczne. W środowisku o I stopniu zagrożenia klimatycz-
wych [2, 3, 4, 5].
nego (ZKG-I) praca jest dopuszczalna z zastosowaniem
W celu wyznaczenia wskaz
nika dyskomfortu cieplnego
indywidualnych i stacjonarnych kontroli wskaz
ników
wystarczy pomierzyć jedynie trzy parametry powietrza
dyskomfortu cieplnego ´C; ´U; ´L.
w danym środowisku, a mianowicie:
Drugi stopień zagrożenia klimatycznego górników wska-
 temperaturÄ™ termometru suchego t ,
s
zuje, że w takim środowisku praca umiarkowana, zaaklimaty-
 temperaturÄ™ termometru wilgotnego tw
9
zawanych i nieubranych pracowników, jest pracą niebezpiecz-
 prędkość przepływu powietrza.
ną. W środowisku o II stopniu zagrożenia klimatycznego
MierzÄ…c psychrometrem aspiracyjnym temperatury suchÄ…
(ZKG-II) praca jest dopuszczalna z planowymi przerwami
i wilgotną należy określić wilgotność względną powietrza j.
Rys. 1. Nomogram dla wyznaczania wskaz
ników dyskomfortu cieplnego dla wilgotności względnej powietrza Ć= 20 %
Nr 12
PRZEGL
D GÓRNICZY
43
Rys. 2. Nomogram dla wyznaczania wskaz
ników dyskomfortu cieplnego dla wilgotności względnej powietrza Ć= 40 %
44
PRZEGL
D GÓRNICZY
2010
Rys. 3. Nomogram dla wyznaczania wskaz
ników dyskomfortu cieplnego dla wilgotności względnej powietrza Ć= 60 %
Nr 12
PRZEGL
D GÓRNICZY
45
Rys. 4. Nomogram dla wyznaczania wskaz
ników dyskomfortu cieplnego dla wilgotności względnej powietrza Ć= 80 %
46
PRZEGL
D GÓRNICZY
2010
Rys. 5. Nomogram dla wyznaczania wskaz
ników dyskomfortu cieplnego dla wilgotności względnej powietrza Ć= 100 %
Nr 12
PRZEGL
D GÓRNICZY
47
48 PRZEGL
D GÓRNICZY 2010
Tablica 1. Stopnie zagrożenia klimatycznego górników.
dC > 1
I stopień
ZKG-I dU < 1
zagrożenia klimatycznego górników
dL < 1
II stopień dU > 1
ZKG-II
zagrożenia klimatycznego górników dL < 1
III stopień
ZKG-III dL > 1
zagrożenia klimatycznego górników
dla odpoczynku w każdej godzinie dniówki roboczej oraz temperaturę suchą i wilgotną psychrometrem oraz średnią
z zastosowaniem indywidualnych i stacjonarnych kontroli prÄ™dkość przepÅ‚ywu powietrza. Z nomogramów (rys 1÷5)
wskaz
ników dyskomfortu cieplnego ´C; ´U; ´L. wyznaczono wskaz
niki dyskomfortu cieplnego dC; dU; dL.
Trzeci stopień zagrożenia klimatycznego w miejscach Wyniki pomiarów i obliczeń naniesiono na model przodka.
pracy wskazuje, że w takim środowisku praca lekka, zaakli- Przyjmując równomierny przyrost wskaz
ników dyskomfortu
matyzawanych i nieubranych pracowników, jest już pracą cieplnego wzdłuż drogi przepływu powietrza przez ścianę
niebezpieczną.. W środowisku o III stopniu zagrożenia naniesiono strefy o różnych stopniach zagrożenia klimatycz-
klimatycznego (ZKG-III) zarówno praca, jak i przeby- nego dla ludzi nieubranych i zaaklimatyzowanych. Jak wynika
wanie człowieka powinno być zabronione z wyjątkiem z rysunku 6 w chodniku podścianowym nie występuje zagro-
akcji ratowniczych. żenie klimatyczne. Na ścianie i w chodniku nadścianowym
mamy I i II stopień zagrożenia klimatycznego (rys. 7).
Jak wynika z danych podanych na rysunku 6 w przodku
4. Przykład analizy warunków klimatycznych w ścianie tym nie wystąpił III stopień zagrożenia klimatycznego po-
i przodku Å›lepym mimo tego, że temperatura powietrza przekroczyÅ‚a 33 °C.
W środowisku ZK-II powinno się stosować planowe pro-
Przyjmijmy model przodka ścianowego (rys. 6), w którym wadzone w każdej godzinie dniówki przerwy w pracy dla
w kilku miejscach pomierzono parametry mikroklimatu, czyli odpoczynku.
Rys. 6. Szkic ściany eksploatacyjnej z wyznaczonymi strefami zagrożenia klimatycznego górników
Nr 12 PRZEGL
D GÓRNICZY 49
Rys 7. Schemat przewietrzania wyrobiska korytarzowego wraz ze strefami zagrożenia klimatycznego górników
5. Wnioski Na podstawie wyznaczonych stopni zagrożenia klimatycz-
nego górników w przodkach eksploatacyjnych i wyrobiskach
1. Wprowadzenie stopni zagrożenia klimatycznego (ZKG)
towarzyszących możliwe jest określenie stref zagrożenia
w rejonie eksploatacyjnym (ściana i wyrobiska przyścia- klimatycznego w rejonie wentylacyjnym.
nowe, oraz w drążonych wyrobiskach korytarzowych
pozwoli lepiej poznać i ocenić warunki klimatyczne
w tych miejscach pracy.
Lteratura
2. Ocena warunków klimatycznych w przodkach i innych
miejscach pracy w kopalni nie może opierać się jedynie
1. Drenda J.: Dyskomfort cieplny w środowiskach pracy kopalń głębo-
na wartościach temperatur powietrza i katastopniach wil-
kich. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, seria Górnictwo Z. 213,
gotnych, lecz powinna uwzględniać wartości wskaz
nika
Gliwice, 1993.
dyskomfortu cieplnego d zależnego nie tylko od parame-
2. Drenda J.: Evaluation of the efficiency of means adopted to improve
trów klimatu, ale również od parametrów związanych
the climatic conditions in deep mines. 7th International Mine Ventilation
z pracownikiem (wydatek energetyczny, ubiór i aklima-
Congress, Cracow, Poland, 2004.
tyzacja).
3. Drenda J.: Ocena klimatycznych warunków pracy górników.
3. Proponuje się wprowadzenie dla oceny warunków klima-
Międzynarodowa Konferencja Naukowa pt.  Szkoła Eksploatacji
tycznych i bezpieczeństwa klimatycznego pracy, trzech
Podziemnej . Wydawnictwo PAN CPPGSMiE. Kraków, 1997.
stopni zagrożenia klimatycznego w środowiskach pracy
4. Drenda J.: Indywidualna i stacjonarna kontrola i ocena warunków
wg tablicy 1.
klimatycznych przez pracowników w różnych miejscach pracy w
4. W środowiskach zaliczonych do pierwszego stopnia
kopalni. Materiały Szkoły Eksploatacji Podziemnej. IGSMiE PAN,
zagrożenia klimatycznego (ZKG-I) praca może być pro-
AGH, Kraków, 2010.
wadzona w skróconym, sześciogodzinnym czasie pracy
5. Drenda J.: Ocena bezpieczeństwa klimatycznego górników w gorących
przy częstej lub ciągłej kontroli wskaz
nika dyskomfortu
środowiskach kopalń głębokich, Polsce. Polski Kongres Górnczy. Sesja
cieplnego.
6. Prace Naukowe GIG, Kwartalnik Górnictwo i Środowisko, nr II/2007,
5. W środowiskach zaliczonych do drugiego stopnia zagroże-
Katowice, 2007.
nia klimatycznego (ZKG-II) praca może być prowadzona
6. Fanger P.O.: Komfort cieplny. Arkady, Warszawa, 1974 r., s.153.
w skróconym, sześciogodzinnym czasie pracy, z wprowa-
7. Przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy. Rozporządzenie Ministra
dzonymi planowymi przerwami na odpoczynek w każdej
Gospodarki z dnia 28. 06. 2002 r., znowelizowane w 2006.
godzinie dniówki roboczej.
8. PN-85/N-08011 (tłum. z ISO 7243-1982), Środowiska gorące.
6. W środowiskach zaliczonych do trzeciego stopnia za-
Wyznaczenie obciążeń termicznych działających na człowieka w śro-
grożenia klimatycznego (ZKG-III) praca powinna być
dowisku pracy, oparte na wskaz
niku WBGT.
zabroniona za wyjÄ…tkiem akcji ratowniczych.