Загрязнение рудничной атмосферы при использовании самоходного оборудования с дизельным приводом и мероприятия по её нормализации
А.Г. Чеботарёв, д-р. мед. наук, ведущ. науч. сотр., ФГБНУ «НИИ медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова» г. Москва,
И.Ю. Гибадулина, канд. мед. наук, зав. клинико-экспертной работой клиники ФГБУ «НИИ медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова»,
Н.С. Горячев, канд. биол. наук, ст. науч. сотр., ФГБУ «НИИ медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова»
Использование при подземном способе добычи полезных ископаемых комплексов самоходного оборудования с дизельным силовым агрегатом (на горнопроходческих, очистных и вспомогательных работах) приводит к загрязнению рудничной атмосферы вредными веществами, выбрасываемыми с отработанными газами. При этом 95–99% вредных выбросов дизельных двигателей (ДД) приходится на газы, представляющие собой пылегазовый аэрозоль сложного состава, зависящего от режима работы двигателя, состава топлива, способа его сгора-ния, мощности привода.
Об особенностях эксплуатации в подземных условиях оборудования с ДД и загрязнении рудничной атмосферы выхлопными газами имеются работы, рассматривающие гигиеническую оценку воздуха рабочих зон машинистов самоходных машин на предприятиях Норильска, Кавказа, Европейского Севера и др. [1, 2, 3]. В исследованиях показано, что рудничная атмосфера загрязняется пылью и компонентами выхлопных газов. Например, в подземных рудниках Заполярья запыленность воздушной среды при погрузочно-разгрузочных работах была в 4,1 раза выше ПДК, содержание оксидов азота в 2,0–7,2 раза и оксида углерода в 1,9–2,5 раза. Высокие концентрации оксидов азота отмечались и в условиях высокомеханизированных шахт Крайнего Севера, разрабатывающих россыпные месторождения.
Вместе с тем в ряде работ было показано, что при должном обслуживании и оптимальной эксплуатации машины с дизельными двигателями в определенных условиях могут использоваться безопасно и с существующей экономической выгодой по сравнению с машинами на электроприводе.
Машины с ДД, как правило, более гибки в работе, чем с электроприводами. В то же время, по мнению Thomas L.K. с соавторами [4], применение оборудования с дизельными двигателями экономически оправдано до тех пор, пока выхлопные газы не оказывают вредного влияния на здоровье шахтеров. С гигиенической точки зрения, особую значимость имеют оксиды азота, оксид углерода, альдегиды, углеводороды, сажа, поскольку общий объем их выделения весьма велик. В выхлопе дизельных двигателей в общем объеме токсического выброса содержится до 60% оксидов азота, из которых 90% приходится на долю NO.
Формирование загрязнений воздуха рабочих зон основного и вспомогательного персонала шахт, использующих самоходное оборудование, было тщательно изучено при выполнении проходческих и очистных работ. Особенности загрязнений воздушной среды были оценены на ряде рудников при последовательном выполнении технологических операций с возможным использованием разных машин с ДД. С этой целью были выполнены хронометражные наблюдения (в динамике рабочей смены) по состоянию загрязнений рудничной атмосферы при введении отдельных операций в проходческих и очистных забоях.
Как показали эти исследования, загрязнение рудничной атмосферы выхлопными газами в проходческих забоях (в течение смены) происходит не постоянно. Наиболее интенсивный выброс выхлопных газов наблюдается при работе погрузочно-доставочных машин с ДД по очистке забоя от взорванных пород. Уровни загрязнений ДФРА (дисперсная фаза рудничного аэрозоля (пыль + сажа), оксиды азота, акролеин) в течение смены, как следует из данных рис. 1, колебались в широких пределах. Наиболее высокие концентрации газов, как правило, имели место при погрузке породы машинами в автосамосвалы с ДД. Неудовлетворительные условия проветривания проходческих забоев (скорость движения воздуха 0,1– 0,6 м/с) приводили к тому, что концентрации оксидов азота длительное время оставались повышенными – даже спустя 1,5–2 ч после окончания выемочно-погрузочных работ в забоях. В последующих операциях по подготовке к бурению и в ходе бурения шпуров очередного цикла БВР содержание газов постепенно снижается, но все же в 3–4 раза превышает ПДК.
Как видно из рис. 1, в воздухе рабочей зоны концентрации рудничного аэрозоля наиболее выражены при бурении шпуров, а при отгрузке отбитой руды его содержание существенно ниже. Максимальное содержание компонентов выхлопных газов в атмосфере забоя приходится на период отгрузки и транспортировки взорванной горной массы. В проходческом забое при выполнении очистных работ, занимающих 35–50 мин., в рудничную атмосферу интенсивно поступают компоненты выхлопных газов, сохраняясь в ней в течение длительного времени. Даже спустя 90–120 мин. после завершения погрузочно-транспортных работ в забое концентрации оксидов азота на рабочих местах проходчика превышали ПДК.
Таким образом, в связи с плохим проветриванием тупиковых (проходческих) забоев работники, выполняющие другие операции проходческого цикла (бурение, крепление выработок, наращивание осветительной и вентиляционной систем), подвергаются воздействию сформировавшегося комплекса неблагоприятных производственных факторов. И в первую очередь компонентов выхлопа ДД, несмотря на то, что выполняемые ими производственные операции в это время не связаны с использованием машин с ДД.
Характер и динамика графиков изменения концентраций вредных веществ, характеризующих обобщенные данные по ряду обследованных проходческих забоев, в общих чертах совпадают, что свидетельствует о наличии некоторой закономерности, особенно для нисходящих отрезков кривых, отражающих снижение концентраций рудничного аэрозоля, оксидов азота в проходческих забоях. В целом они полностью зависят от качества системы вентиляции, интенсивности поступления загрязнений и количества работающих машин. Выявленная динамика загрязнения рудничной атмосферы в проходческих забоях позволяет прогнозировать ее состояние в зависимости от параметров вентиляции призабойной зоны проводимой выработки.
Постоянными источниками выделения выхлопных газов в рудничную атмосферу при очистных работах служат погрузочно-транспортные машины и автосамосвалы. Остальные машины с ДД могут быть источниками выделения выхлопных газов только периодически.
На рис. 2 представлена динамика загрязнений воздуха в очистном забое при одновременной работе в камерах буровой установки СБУ-2К, погрузчика «Катерпиллер» и автосамосвалов МОАЗ. Как следует из рис. 2, концентрации рудничного аэрозоля и оксидов азота колебались в широких пределах. Содержание оксидов азота после 2–3 ч работы самоходных машин увеличивалось в 3–4 раза, особенно, когда в забое одновременно работали три автосамосвала.
На других исследованных высокомеханизированных шахтах очистные работы выполняются с использованием оборудования как с дизельным, так и с электрическим или пневматическим приводами. Образующиеся выхлопные газы дизельных двигателей распространяются по всем шахтным выработкам и загрязняют рабочие места, в том числе и не связанные с обслуживанием машин с ДД. Наиболее высокие концентрации оксидов азота, как и следовало ожидать, наблюдались в забоях при погрузке горной массы, при движении ПДМ и автосамосвалов по уклонам и подъемам. Газы распространяются по ходу движения вентиляционной струи, загрязняя воздух рабочих зон, где трудятся и специалисты, не связанные с управлением и техническим обслуживанием самоходной техники (рабочие места скрепериста, слесаря и др.).
При выполнении погрузочно-транспортных работ содержание пыли и оксидов азота увеличивается прямо пропорционально продолжительности работы соответствующих машин в забое. Этому способствует неэффективное проветривание, отмеченное в большинстве выработок.
На ряде рудников ПДМ часто используются только для загрузки автосамосвалов взорванной горной массой, с последующей ее транспортировкой к рудоспуску или на дневную поверхность. Выявление динамики распределения газов по транспортным путям стало важным звеном в проведенных исследованиях, так как транспортные пути служат рабочими местами для машинистов погрузочно-доставочных машин и автосамосвалов, а также для лиц (учетчицы, слесари, электрики и др.), не связанных с обслуживанием самоходных машин.
Нестабильность содержания выхлопных газов на транспортных путях – основная отличительная черта транспортного рабочего процесса, предопределяемая эффективностью шахтной вентиляции и наличием на пути движения машин участков с различной интенсивностью проветривания.
Особая выраженность динамики загрязнений воздушной среды зарегистрирована в зоне устьев рудоспусков и на погрузочных пунктах. В периоды ожидания разгрузки автосамосвалов и ПДМ в зоне рудоспусков в шахтной атмосфере наблюдается резкий, пиковый скачок концентраций вредных веществ. Так, уровень содержания оксидов азота может превосходить допустимую величину в 5–10 раз. В то же время при более четкой организации работы машин и строгом соблюдении интервалов их подачи к рудоспуску содержание оксидов азота снижается и относительно стабилизируется, находясь в пределах 0,6–4,2 мг/м3. Поэтому при эксплуатации парка самоходных машин с ДД для изучения динамики содержания газов на рабочих местах и в стационарных пунктах транспортных выработок, необходима организация отбора проб воздуха с интервалом 10–15 мин. в течение смены, или за период 70–75% времени от продолжительности технологического процесса.
Таким образом, изменение характера технологических процессов подземной добычи руд, обусловленное использованием высокопроизводительных комплексов горного оборудования, постоянная или периодическая работа самоходных машин, их мобильность – кардинально предопределяют быструю сменяемость гигиенической ситуации на отдельных рабочих местах и, следовательно, интенсивность уровней загрязнений воздушной среды.
Наши исследования и наблюдения показали: внедрение высокопроизводительного самоходного и мобильного оборудования и, в первую очередь, машин с дизельными двигателями, на рудниках с мощной залежью полезного ископаемого не только интенсифицирует горные работы и позволяет механизировать многие трудоемкие операции, но и приводит к загрязнению атмосферы (в очистных и проходческих выработках) многокомпонентной пылегазовой смесью из минеральной пыли, твердых и газообразных продуктов выхлопа, концентрации которых часто бывают повышенными.
Установлено, что среди компонентов выхлопа ДД в воздухе рабочих зон наиболее высокие концентрации имели оксиды азота (их максимальные значения превышали ПДК в 4,5–10 раз). Усредненные концентрации акролеина и формальдегида были в пределах ПДК и лишь максимальные значения в 1,2–3,5 раза превышали их уровни. Содержание окиси углерода колебалось от 6,7 до 125 мг/м3, при средних значениях, близких к ПДК [2].
Наибольшее гигиеническое значение для высокомеханизированных шахт имеет 3,4-бензпирен, которым интенсивно загрязняется рудничная атмосфера во время работы самоходного дизельного оборудования, а также за счет вторичного поступления его с поверхности стен и кровли выработок, а также – оборудования. На рабочих местах водителей ПДМ и автосамосвалов его содержание превышало ПДК до 8–10 раз [5]. Поступающий в воздушные потоки 3,4-бензпирен загрязняет воздух рабочих зон всего персонала шахт. Полученные результаты позволили обосновать необходимость разработки специальных средств периодического покрытия поверхностей выработок, обеспечивающих снижение десорбции ПАУ, а также обязательность регулярной уборки вспомогательных помещений и оборудования наряду с введением перио-дического контроля содержания 3,4-бензпирена в воздухе рабочих зон.
Сегодня уже становится практически очевидным, что применение в подземных условиях самоходного оборудования с силовыми агрегатами на основе ДД приводит к формиро-ванию в рудничной атмосфере неблагоприятного пылегазового комплекса, который определяет, а в некоторых случаях повышает риск развития у шахтеров профессиональных заболеваний органов дыхания. При медицинских осмотрах горнорабочих высокомеханизированных рудников, обслуживающих длительное время самоходное оборудование и подвергающихся воздействию пылегазовых смесей, регистрировался профессиональный бронхит с частотой от 5,5 до 15,4 случая на 100 осмотренных. У машинистов ПДМ этот вид патологии составлял 22,1 случая на 100 осмотренных. Явления бронхита часто сопровождались изменениями показателей функции внешнего дыхания (ФВД). У осмотренных рабочих наблюдалась высокая частота заболеваний ЛОР-органов, которые подвергались воздействию не только минеральной пыли, но и компонентов выхлопных газов.
Результаты клинических и морфологических исследований шахтеров, имевших практически «чистый» стаж работы в условиях воздействия многокомпонентной пылегазовой смеси, показали, что заболевание у них сопровождалось существенными нарушениями дыхательной функции [6], снижением отдельных показателей ФВД и наблюдалось проявление астматического компонента [7].
Особенность развития профессиональных заболеваний легких у подземных горнорабочих, подвергающихся воздействию пылегазовой смеси, – в токсико-пылевом поражении их бронхов. Бронхолегочная патология развивается при сравнительно малом стаже работы (5–8 лет) и характеризуется преимущественно астматическим вариантом течения и хроническим обструктивным типом нарушения дыхательной функции [8].
Для уменьшения уровня загрязненности рудничной атмосферы, профилактики развивающихся заболеваний легких у горнорабочих, обслуживающих самоходное оборудование с ДД, и снижения профессиональных рисков нарушения их здоровья необходимо применять следующий комплекс мер:
– Эксплуатацию в подземных условиях машин, оснащенных силовыми агрегатами на базе двигателей внутреннего сгорания (ДВС), необходимо выполнять в строгом соответствии с требованиями действующих нормативно-методических документов. При выполнении подземных горных работ допускается использование лишь машин и механизмов, оснащаемых приводом на базе дизельного двигателя (ДД);
– Используемые в подземных условиях машины с ДВС должны быть оборудованы двух-ступенчатой системой очистки выхлопных газов (каталитической и жидкостной). В подземных выработках необходимо организовать пункты по заправке жидкостных нейтрализаторов и восстановлению активности каталитических нейтрализаторов.
Применять на предприятиях машины с ДВС, не оснащенными средствами снижения токсичности выхлопных газов, – не допускается. Системы очистки выхлопных газов должны обеспечивать ПДК содержания вредных веществ в воздухе рабочих мест;
– Машины с ДД должны работать на высококачественном топливе со стабильными физическими, химическими и токсикологическими характеристиками, своевременно проходить техническое обслуживание;
– На рабочих местах предприятий по подземной и открытой добыче полезных ископаемых контроль воздушной среды в кабине машин следует осуществлять с учетом качества используемого топлива и выполнять в транспортном и технологическом режимах;
– С учетом сложного многокомпонентного состава токсических веществ выхлопа ДВС для отбора и обработки проб воздуха в специфических условиях горных выработок следует использовать высокоинформативные методы контроля и анализа вредных веществ;
– Схемы вентиляции шахтных выработок, где работает самоходное оборудование с ДВС, должны исключать встречное движение груженых машин и воздушных потоков, поступающих для проветривания забоев. Расчет потребного объема воздуха для проветривания выработок следует производить с учетом динамики и числа работающих машин на конкретном участке. Минимальный объем свежего воздуха, подаваемого к месту работы таких машин, следует определять исходя из максимальной мощности двигателя и фактической концентрации вредных веществ в его выхлопе;
– Рабочих с выявленными изменениями бронхолегочного аппарата следует выделять в группу риска, им показано проведение ежегодных профилактических мероприятий в санатории легочного профиля, санатории-профилактории в соответствии с действующими методическими рекомендациями.
