CC BY
30
ПЫЛЕВЫЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА (на примере Воркутского угольного месторождения)
Г.С. Забурдяев, к.т.н. -ННЦ ГП-ИГД им.А.А.Скочинского
Воркутское месторождение в Печорском угольном бассейне является наиболее освоенным как в добыче угля, так и в использовании шахтного метана . Открытое акционерное общество «Воркутауголь» поставило задачу добыть 1 млн. тонн угля на разрабатываемых пластах Мощный и Тройной и 500 тыс. тонн на пласте Четвертый [1]. Кроме того, разрабатываются пласты Пятый, ^ и Щ
Увеличение добычи угля приведет к повышенному выделению метана и пыли. За 10 лет содержание пыли в разрушенном (отбитом) угле и удельное пылевыделение при разработке пластов, например, Мощный, Тройной и Четвертый, увеличилось в 1,2-1,8 раза (табл. 1).
Таблица 1
Увеличение содержания пыли в разрушенном угле и удельного пылевыделения в горные выработки в процессе разработки пластов
Пласт Увеличение содержания пыли, раз Увеличение удельного пылевыделения, раз
Мощный - 1,2
Тройной 1,8 1,5
Четвертый 1,4 1,4
Пятый - 1,25
І4 2,5 1,3
Шахтопласты Воркутского месторождения по удельному пылевы-делению составляют 4,5% всего состава в РФ (при диапазоне удельного пылевыделения в г/т соответственно: 401-600 - 1,6%, 601-1000 - 1,3% и более 1000-1,6%).
Относительная газообильность шахт Воркутского угольного месторождения достигла 60-70 м3/т. Присутствие в шахтном воздухе метана снижает нижний предел взрываемости угольной пыли. В табл. 2 приведены величины нижнего предела взрываемости отложившейся пыли. Кроме того, присутствие в шахтном воздухе метана снижает содержание кислорода не только в воздухе, но и в крови человека, что снижает защитные функции эволюционно выработанного приспособления генерировать сво-
бодные радикалы кислорода в межклеточное пространство клетками легких [2]. Такая генерация способствует активному захвату и удалению микробов и других чужеродных и токсичных для организма частиц, например, свежеобразованной производственной пыли.
Таблица 2
Нижний предел взрываемости отложившейся угольной пыли 8отл
Пласт ^отл г/м
Мощный 38-39
Тройной 40-42
Четвертый 38-57
Пятый 40-45
І4 45-48
Н4. 47-49
Изменение нижнего предела взрываемости отложившейся угольной пыли шахтопластов Воркутского месторождения от выхода летучих ве-
1 * ~
ществ приведено на рис. 1 , при этом диапазон изменений нижнего предела взрываемости пыли отработанных и в настоящее время разрабатываемых шахтопластов составил 38-65 г/м3. Из всего диапазона 38-57 г/м3 (см. табл. 2) три взрыва метано- и метанопылевоздушных смесей произошли в пределах 39-42 г/м3.
В отличие от неорганических природных систем угольные пласты представляют собой весьма сложные объекты для исследований. Разная степень упорядоченности структуры отдельных микрокомпонентов и в целом всей массы угля определяет его механические и физико-химические свойства (рис.2).
Основные органические микрокомпоненты углей (петрографические разности) представлены группами витринита (V), фюзинита (Р) и лейптинита (Ь), относительное содержание которых изменяется в зависимости от генетического типа углей.
Содержание микрокомпонентов углей (^ + Ь) и содержание пыли
Р
*На рисунках символом • 1, ° 2 и + 3 обозначены взрывы метанопыле-воздушной и метановоздушной смеси шахт «Центральная» (пласт Мощный), «Комсомольская» (пласт Тройной) и «Воркутинская» (пласт Четвертый) соответственно.
в отбитом угле (апл) (рис. 2,а) пластов Мощный (*1), Тройной (° 2), Четвертый (+3), Пятый (х) и 14 выражено прямолинейными зависимостями с раз-
личными углами наклона к оси абсцисс. Разброс точек в зависимостях нижнего предела взрываемости отложившейся угольной пыли 5отл пласта Четвертого (рис. 2,б) от выхода летучих Vdaf (•) и содержания микрокомпонентов V + L (°) незначительный. Зависимость нижнего предела взры-F
ваемости отложившейся угольной пыли пластов Мощный, Тройной, Пятый, I4 и Н имеет несколько иную функцию, отличную от функции 5отл = f(Vdaf).
Увеличение содержания в угольной пыли микрокомпонентов групп витринита и лейптинита и уменьшение содержания микрокомпонентов группы фюзинита способствуют соответственно усилению взрывчатых свойств угольной пыли и снижению нижнего предела взрываемости отложившейся угольной пыли [3].
Природные свойства угольных пластов и удельное пылевыделение (рис.3) влияют не только на взрываемость угольной пыли, но и на пылевые профессиональные заболевания шахтеров. В распространении пылевых профессиональных легочных заболеваний шахтеров помимо пылевого фактора имеет значение и воздействие на рабочего климатических и микроклиматических условий, а также естественный отбор шахтеров для работы в регионах Севера.
Согласно «Правилам безопасности в угольных шахтах» (1995г.) содержание кислорода в шахтном воздухе должно быть не менее 20%.
В шахтном воздухе содержание кислорода обычно меньше, чем в атмосферном. Основными причинами уменьшение содержания кислорода в шахтном воздухе являются выделение различных газов из окружающего массива горных пород, а также внезапные выбросы газа и угля, взрывы метано- и метанопылевоздушных смесей и подземные пожары.
В условиях пониженного содержания в шахтном воздухе кислорода, особенно в условиях Севера, у шахтеров преобладает относительно частое поверхностное дыхание. В этом случае при вдохе и выдохе частицы пыли в основной своей массе оседают в бронхах и в меньшей степени проникают в альвеолярные ходы с альвеолами. В результате такого дыхания в запыленной атмосфере в течение ряда лет возникает пылевое профессиональное заболевание легких - хронический пылевой бронхит.
В условиях Севера частота заболеваний шахтеров хроническим пылевым бронхитом в среднем в 1,7-1,8 раза превышает частоту заболеваний антракосиликозом [4]. Вне северных районов этот показатель имеет обратную зависимость: в 1,8-2 раза превышает частота заболеваний антракосиликозом. Относительный коэффициент частоты легочных заболеваний шахтеров антракосиликозом (с использованием средних показателей на 1000 обследуемых) колеблется в пределах от 1 до 2,3, при этом в других бассейнах и регионах России (в Кузнецком угольном бассейне, на Северном Кавказе, в Приморье и Сахалине) этот коэффициент варьирует в пре-
делах от 4 до 27,3, на Украине (в Донецком и Львовско-Волынском угольных бассейнах, а также в Павлоградском угольном месторождениии) - от 2,7 до 43,7, в Карагандинском угольном бассейне Казахстана - 6,0.
В условиях Севера (Печорский угольный бассейн, северная часть Красноярского края, Северо-Восточный регион, остров Шпицберген) содержание кислорода в атмосфере, в том числе и в шахтном воздухе, как было отмечено ранее, понижено. Это связано с величинами, составляющими энергетический баланс поверхности Земли, в частности с притоками солнечной радиации. Снижение притока солнечной радиации на 1% понижает температуру нижнего слоя атмосферы в среднем на 1,50С [5]. Уменьшение радиационного потока тепла, связанное с повышением северной широты на суше довольно значительное (табл. 3).
Таблица 3
Изменение радиационного потока тепла на суше
Широта, град.с.ш. Энергетический
баланс,
ккал/см2 .год
40-50 45
50-60 30
60-70 20
Состояние атмосферы и содержащегося в ней кислорода оказывает огромное влияние на биологические процессы земной поверхности, в частности на растительный покров. В свою очередь растительный покров влияет на микроклимат, изменяя температуру и влажность воздуха.
В арктической тундре растительный покров представлен карликовыми стелющимися ивами и березами кустарникового типа. Общая ежегодная продукция арктической (кустарниковой) тундры с биомассой 280 центнеров с гектара составляет 25ц. В северной тайге этот показатель выше
- соответственно 1000 и 40 ц/га.
Приведенные цифры указывают на то, что ежегодная продукция растительного покрова арктической тундры весьма малая и способность такого покрова улучшить среду обитания довольно слабая, в том числе и в части обогащения атмосферы кислородом.
Организм человека весьма активно реагирует на изменение относительного состава атмосферы, особенно на содержание в ней кислорода. Пониженная концентрация вдыхаемого кислорода приводит к понижению кислорода в крови. Принято считать, что каждые 5% метана снижают содержание кислорода в шахтном воздухе на 1%. Максимальное насыщение крови человека кислородом обеспечивается при 20,93%-ном содержании его в воздухе в условиях нормального атмосферного давления 1013,25 гПа.
Местоположение угледобывающих предприятий, их географическая широта и абсолютная отметка над уровнем моря, например, Печорского
угольного бассейна, Аркагалинского (Якутия) и Анадырского месторождений, рудника «Заполярный» (Норильский район), шахты «Баренцбург» и самой северной в мире
шахты «Пирамида», приведены в табл. 4, из которой видно, что перечисленные угледобывающие предприятия расположены либо в районе Северного полярного круга, либо далеко за ним.
Таблица 4
Местоположение угледобывающих предприятий
Местоположение Широта, град. с.ш. Бассейн, месторождение, шахта Абсолютная отметка, м
Красноярский край 62-63 Аркагалинское месторождение +800
Северо-Восточный регион 64 Анадырское месторождение +20...+50
Республика Коми 67-68 Печорский бассейн +100...+200
Красноярский край 70 Рудник «Заполярный» +400
Остров Шпицберген 77-80 Шахта «Баренцбург» Шахта «Пирамида» +100 +400
В заключение необходимо отметить данные отраслевого совещания, посвященного обеспечению пылегазового режима угольных шахт (г. Кемерово, 26-30 ноября 2001г.), которые показывают, что в отрасли число профзаболеваний в 2000 году составило 1143 человека, из них в северных широтах - 126, в центральных и южных широтах - 701(табл. 5). Из табл. 5 видно, что на одного заболевшего в условиях Севера добыто угля подземным способом 117 тыс.т, а в условиях Центра и Юга России только 89 тыс.т, то есть почти на 30 тыс.т больше.
Эти показатели подчеркивают положительное влияние климатических условий регионов Севера по сравнению с регионами Центра и Юга России относительно пылевых профессиональных заболеваний шахтеров хроническим бронхитом и антракосиликозом.
Таблица 5
Профзаболеваемость и добыча угля подземным способом в 2000 го-
ду
Бассейн, регион Число заболевших, чел (данные совещания) Добыча угля, тыс. т Добыча угля в тыс. т на 1 заболевшего
Север (62-800 с.ш.)
Воркутауголь 65 8979 138
Интауголь 51 4718 93
Якутуголь 10 571 57
Красноярскуголь 0 37 -
Арктикуголь 0 415 -
Ито- 126 14720 117
го
Центр и Юг России (47-600 с.ш.)
Кузбасс 284 53393 188
Ростовуголь 239 3696 16
Г уковуголь 112 5052 45
Уралуголь 38 190 5
Челябинскуголь 28 179 7
Итого 701 62510 89
Подписи под рисунками:
Рис.1 Изменение нижнего предела взрываемости отложившейся угольной пыли шахтопластов Воркутского месторождения от выхода летучих веществ :
• - пласт Мощный; ° - пласт Тройной; + - пласт Четвертый; х - пласт Пя-
тый; - пласт 14; пласт Н4; - пласты п и п5; - пласты к5 и к9.
Рис. 2. Изменение содержания пыли в отбитом угле от содержания микрокомпонентов углей (а) и изменение нижнего предела взрываемости отложившейся угольной пыли пласта Четвертого от выхода летучих веществ (•)
и содержания микрокомпонентов (° ) (б):
(а) • - пласт Мощный; ° - пласт Тройной; + - пласт Четвертый; х - пласт Пятый,
- пласт 14.
Рис. 3. Изменение удельного пылевыделения шахтопластов от содержания пыли в отбитом угле:
• - пласт Мощный; ° - пласт Тройной; + - пласт Четвертый; х - пласт Пятый, - пласт 14.
Литература
1. Экгардт В.И. «ОАО «Воркутауголь» на пороге XXI века: современное состояние и перспективы» - Человек на Севере в XXI веке: горное дело, ТЭК, экология, народонаселение. Сыктывкар 2001, с. 18-25.
2. Величковский Б.Т и др. «Механизм инициирования и роль свободных радикалов в цитотоксическом воздействии фиброгенных пылей на макрофаги». В сб. «Борьба с силикозом», т. XII. - М, «Наука», 1986, с. 174-187.
3. Забурдяев Г.С. «Природные свойства угольных пластов и их влияние на метановыделение и взрываемость газопылевоздушных смесей.» Горный информационно-аналитический бюллетень. -М., изд-во Московского государственного горного университета, 2001г., №5, с. 69-71.
4. Карпухина Е.П., Рушкевич О.П. «Об особенностях течения пылевых профессиональных заболеваний в различных угольных бассейнах». В сб. «Борьба с силикозом», т. IX. - М, «Наука», 1974, с. 182-184.
5. Перельман А.И., Касимов Н.С. «Геохимия ландшафта». - М., «Ас-трея-2000», 1999, 764с.
