Der Rektor Gefahren aus der Luft in der Bergbauindustrie gehören verschiedene Arten von Partikeln, natürlich vorkommende Gase, Motorabgase und einige chemische Dämpfe; der Rektor körperliche Gefahren sind Lärm, Segmentvibrationen, Wärme, Luftdruckänderungen und ionisierende Strahlung. Diese treten je nach Mine oder Steinbruch, ihrer Tiefe, der Zusammensetzung des Erzes und des umgebenden Gesteins sowie der Abbaumethode(n) in unterschiedlichen Kombinationen auf. Unter einigen Gruppen von Bergleuten, die an isolierten Orten zusammenleben, besteht auch die Gefahr, dass einige Infektionskrankheiten wie Tuberkulose, Hepatitis (B und E) und das Humane Immunschwächevirus (HIV) übertragen werden. Die Exposition von Bergleuten variiert mit der Arbeit, ihrer Nähe zur Gefahrenquelle und der Wirksamkeit von Methoden zur Gefahrenkontrolle.

Gefahren durch Partikel in der Luft

Freies kristallines Siliziumdioxid ist die am häufigsten vorkommende Verbindung in der Erdkruste und folglich der häufigste luftgetragene Staub, mit dem Bergleute und Steinbrucharbeiter konfrontiert sind. Freie Kieselsäure ist Siliziumdioxid, das mit keiner anderen Verbindung als Silikat chemisch verbunden ist. Die häufigste Form von Kieselsäure ist Quarz, obwohl es auch als Trydimit oder Christobalit vorkommen kann. Lungengängige Partikel entstehen immer dann, wenn kieselsäurehaltiges Gestein gebohrt, gesprengt, zerkleinert oder auf andere Weise zu feinen Partikeln pulverisiert wird. Die Menge an Kieselsäure in verschiedenen Gesteinsarten variiert, ist aber kein zuverlässiger Indikator dafür, wie viel lungengängiger Kieselsäurestaub in einer Luftprobe gefunden werden kann. Es ist beispielsweise nicht ungewöhnlich, dass in einem Gestein 30 % freies Silikat, in einer Luftprobe jedoch 10 % und umgekehrt gefunden werden. Sandstein kann bis zu 100 % Kieselsäure enthalten, Granit bis zu 40 %, Schiefer bis zu 30 %, mit geringeren Anteilen an anderen Mineralien. Eine Exposition kann bei jedem Bergbaubetrieb, ob über Tage oder unter Tage, auftreten, wo Silica in der Deckschicht eines Tagebaus oder der Decke, dem Boden oder der Erzlagerstätte eines Untertagebergwerks gefunden wird. Kieselsäure kann durch den Wind, durch Fahrzeugverkehr oder durch Erdbewegungsmaschinen verteilt werden.

Kieselsäure kann bei ausreichender Exposition Silikose verursachen, eine typische Pneumokoniose, die sich nach jahrelanger Exposition schleichend entwickelt. Eine außergewöhnlich hohe Exposition kann innerhalb weniger Monate zu einer akuten oder beschleunigten Silikose führen, wobei innerhalb weniger Jahre eine erhebliche Beeinträchtigung oder der Tod eintritt. Die Exposition gegenüber Kieselsäure ist auch mit einem erhöhten Risiko für Tuberkulose, Lungenkrebs und einige Autoimmunerkrankungen verbunden, darunter Sklerodermie, systemischer Lupus erythematodes und rheumatoide Arthritis. Frisch gebrochener Quarzstaub scheint reaktiver und gefährlicher zu sein als alter oder abgestandener Staub. Dies kann eine Folge einer relativ höheren Oberflächenladung auf frisch gebildeten Partikeln sein.

Die häufigsten Prozesse, die lungengängigen Quarzstaub im Bergbau und Steinbruch erzeugen, sind Bohren, Sprengen und Schneiden von kieselsäurehaltigem Gestein. Die meisten Löcher, die zum Sprengen gebohrt werden, werden mit einem druckluftbetriebenen Schlagbohrer ausgeführt, der auf einer Traktorraupe montiert ist. Das Loch wird durch eine Kombination aus Drehung, Schlag und Schub des Bohrers hergestellt. Wenn sich das Loch vertieft, werden Stahlbohrstangen hinzugefügt, um den Bohrer mit der Stromquelle zu verbinden. Luft treibt nicht nur das Bohren an, sie bläst auch die Späne und den Staub aus dem Loch, was, wenn es unkontrolliert ist, große Mengen Staub in die Umgebung einbläst. Der handgeführte Presslufthammer oder Senkbohrer arbeitet nach dem gleichen Prinzip, jedoch in kleinerem Maßstab. Dieses Gerät überträgt eine erhebliche Menge an Vibrationen auf den Bediener und damit das Risiko eines weißen Fingers. Bei Bergleuten in Indien, Japan, Kanada und anderswo wurde Vibrations-Weißfinger gefunden. Der Raupenbohrer und der Presslufthammer werden auch bei Bauprojekten verwendet, bei denen Gestein gebohrt oder gebrochen werden muss, um eine Autobahn zu bauen, Gestein für ein Fundament zu brechen, für Straßenreparaturarbeiten und andere Zwecke.

Staubkontrollen für diese Bohrer wurden entwickelt und sind wirksam. Ein Wassernebel, manchmal mit einem Reinigungsmittel, wird in die Blasluft injiziert, wodurch die Staubpartikel koaleszieren und herausfallen. Zu viel Wasser führt dazu, dass sich eine Brücke oder ein Kragen zwischen dem Bohrstahl und der Seite des Lochs bildet. Diese müssen oft gebrochen werden, um das Gebiss zu entfernen; zu wenig Wasser ist wirkungslos. Zu den Problemen bei dieser Art der Steuerung gehören die Verringerung der Bohrgeschwindigkeit, das Fehlen einer zuverlässigen Wasserversorgung und die Verdrängung von Öl, was zu einem erhöhten Verschleiß an geschmierten Teilen führt.

Die andere Art der Staubkontrolle bei Bohrern ist eine Art lokale Absaugung. Der umgekehrte Luftstrom durch den Bohrstahl zieht einen Teil des Staubs ab, und ein Kragen um den Bohrer mit Kanälen und einem Lüfter entfernt den Staub. Diese schneiden besser ab als die oben beschriebenen Nasssysteme: Bohrer halten länger und die Bohrleistung ist höher. Diese Methoden sind jedoch teurer und erfordern mehr Wartung.

Andere schützende Bedienelemente sind Kabinen mit gefilterter und möglicherweise klimatisierter Luftversorgung für Bohrer, Bulldozer und Fahrzeugführer. Als vorübergehende Lösung oder wenn sich alle anderen als unwirksam erweisen, kann ein geeignetes, korrekt angepasstes Atemschutzgerät zum Schutz der Arbeiter verwendet werden.

Siliziumoxid tritt auch in Steinbrüchen auf, die den Stein auf bestimmte Abmessungen schneiden müssen. Die gebräuchlichste zeitgenössische Methode zum Schneiden von Steinen ist die Verwendung eines Kanalbrenners, der mit Dieselkraftstoff und Druckluft betrieben wird. Dies führt zu einigen Silikapartikeln. Das größte Problem bei Kanalbrennern ist der Lärm: Wenn der Brenner zum ersten Mal gezündet wird und wenn er aus einem Schnitt herauskommt, kann der Schallpegel 120 dBA überschreiten. Selbst wenn es in einen Schnitt getaucht wird, liegt das Geräusch bei etwa 115 dBA. Eine alternative Methode zum Schneiden von Steinen ist die Verwendung von Wasser mit sehr hohem Druck.

An oder in der Nähe eines Steinbruchs befindet sich oft eine Mühle, in der Stücke zu einem fertigeren Produkt geformt werden. Sofern keine sehr gute lokale Absaugung vorhanden ist, kann die Exposition gegenüber Kieselsäure hoch sein, da vibrierende und rotierende Handwerkzeuge verwendet werden, um den Stein in die gewünschte Form zu bringen.

Einatembarer Grubenstaub ist eine Gefahr in unterirdischen und übertägigen Kohlebergwerken und in Kohleverarbeitungsanlagen. Es ist ein gemischter Staub, der hauptsächlich aus Kohle besteht, aber auch Kieselerde, Ton, Kalkstein und andere Mineralstäube enthalten kann. Die Zusammensetzung des Kohlengrubenstaubs variiert mit dem Kohleflöz, der Zusammensetzung der umgebenden Schichten und den Abbaumethoden. Kohlengrubenstaub entsteht beim Sprengen, Bohren, Schneiden und Transportieren von Kohle.

Beim mechanisierten Abbau wird mehr Staub erzeugt als bei manuellen Methoden, und einige Methoden des mechanisierten Abbaus produzieren mehr Staub als andere. Schneidemaschinen, die Kohle mit rotierenden, mit Meißeln besetzten Trommeln entfernen, sind die Hauptstaubquellen in mechanisierten Bergbaubetrieben. Dazu gehören sogenannte Continuous Miner und Strebbaumaschinen. Strebbaumaschinen produzieren in der Regel größere Staubmengen als andere Abbaumethoden. Staubverteilung kann auch beim Bewegen von Schilden im Strebbau und beim Umladen von Kohle von einem Fahrzeug oder Förderband auf ein anderes Transportmittel auftreten.

Kohlenminenstaub verursacht Kohlenarbeiter-Pneumokoniose (CWP) und trägt zum Auftreten chronischer Atemwegserkrankungen wie chronischer Bronchitis und Emphysemen bei. Kohle mit hohem Ruß (z. B. hoher Kohlenstoffgehalt wie Anthrazit) ist mit einem höheren CWP-Risiko verbunden. Es gibt auch einige rheumatoide Reaktionen auf Kohlenminenstaub.

Die Erzeugung von Kohlenminenstaub kann durch Änderungen in der Kohleschneidetechnik verringert werden, und seine Ausbreitung kann durch die Verwendung einer angemessenen Belüftung und Wasserbesprühung kontrolliert werden. Wenn die Drehgeschwindigkeit von Schneidtrommeln reduziert und die Fahrgeschwindigkeit (die Geschwindigkeit, mit der die Trommel in das Kohleflöz vordringt) erhöht wird, kann die Staubentwicklung ohne Produktivitätsverlust reduziert werden. Im Strebbau kann die Stauberzeugung reduziert werden, indem Kohle in einem Durchgang (anstatt in zwei) über die Strebwand geschnitten und ohne Schnitt oder durch einen Reinigungsschnitt zurückgefahren wird. Die Staubverteilung auf Strebabschnitten kann durch homotropen Abbau reduziert werden (dh der Kettenförderer am Streb, der Schneidkopf und die Luft bewegen sich alle in die gleiche Richtung). Ein neuartiges Verfahren zum Schneiden von Kohle mit einem exzentrischen Schneidkopf, der kontinuierlich senkrecht zur Körnung einer Lagerstätte schneidet, scheint weniger Staub zu erzeugen als der herkömmliche kreisförmige Schneidkopf.

Eine angemessene mechanische Belüftung, die zuerst über eine Bergbaumannschaft und dann zu und über die Abbauwand strömt, kann die Exposition verringern. Lokale Hilfsbelüftung an der Ortsbrust, unter Verwendung eines Ventilators mit Rohrleitungen und Wäscher, kann die Exposition ebenfalls reduzieren, indem eine lokale Absaugung bereitgestellt wird.

Wassersprays, die strategisch in der Nähe des Bohrkopfs platziert sind und den Staub vom Bergmann weg und in Richtung Streb treiben, tragen ebenfalls dazu bei, die Exposition zu reduzieren. Tenside bieten einen gewissen Vorteil bei der Reduzierung der Kohlenstaubkonzentration.

Exposition gegenüber Asbest tritt bei Asbestbergleuten und in anderen Bergwerken auf, in denen Asbest im Erz gefunden wird. Bei Bergleuten auf der ganzen Welt hat die Exposition gegenüber Asbest das Lungenkrebs- und Mesotheliomrisiko erhöht. Es hat auch das Risiko für Asbestose (eine andere Pneumokoniose) und Atemwegserkrankungen erhöht.

Auspuff des Dieselmotors ist ein komplexes Gemisch aus Gasen, Dämpfen und Feinstaub. Die gefährlichsten Gase sind Kohlenmonoxid, Stickoxide, Stickstoffdioxid und Schwefeldioxid. Es gibt viele flüchtige organische Verbindungen (VOCs), wie Aldehyde und unverbrannte Kohlenwasserstoffe, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) und Nitro-PAH-Verbindungen (N-PAHs). PAK- und N-PAH-Verbindungen werden auch an Dieselpartikelmaterial adsorbiert. Stickoxide, Schwefeldioxid und Aldehyde sind alle akute Reizstoffe für die Atemwege. Viele der PAK- und N-PAH-Verbindungen sind krebserregend.

Dieselpartikel bestehen aus Kohlenstoffpartikeln mit kleinem Durchmesser (1 mm Durchmesser), die aus dem Abgas kondensiert werden und sich oft in der Luft in Klumpen oder Fäden ansammeln. Diese Partikel sind alle lungengängig. Dieselpartikel und andere Partikel ähnlicher Größe sind bei Labortieren karzinogen und scheinen das Lungenkrebsrisiko bei exponierten Arbeitern bei Konzentrationen über etwa 0.1 mg/m zu erhöhen³. Bergleute in Untertagebergwerken sind Dieselpartikeln in deutlich höheren Konzentrationen ausgesetzt. Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) hält Dieselpartikel für ein wahrscheinliches Karzinogen.

Die Erzeugung von Dieselabgasen kann durch die Motorkonstruktion und mit hochwertigem, sauberem und schwefelarmem Kraftstoff reduziert werden. Herabgesetzte Motoren und Kraftstoffe mit niedriger Cetanzahl und niedrigem Schwefelgehalt erzeugen weniger Feinstaub. Die Verwendung von Kraftstoff mit niedrigem Schwefelgehalt reduziert die Erzeugung von SO₂ und von Feinstaub. Filter sind effektiv und machbar und können mehr als 90 % der Dieselpartikel aus dem Abgasstrom entfernen. Filter sind für Motoren ohne Wäscher und für Motoren mit Wasser- oder Trockenwäscher erhältlich. Kohlenmonoxid kann mit einem Katalysator deutlich reduziert werden. Stickoxide entstehen immer dann, wenn Stickstoff und Sauerstoff unter hohen Druck- und Temperaturbedingungen stehen (dh im Inneren des Dieselzylinders), und sind daher schwieriger zu entfernen.

Die Konzentration dispergierter Dieselpartikel kann in einem Untertagebergwerk durch angemessene mechanische Belüftung und Einschränkungen beim Einsatz von Dieselgeräten reduziert werden. Jedes dieselbetriebene Fahrzeug oder jede andere Maschine benötigt ein Mindestmaß an Belüftung, um die Abgasprodukte zu verdünnen und zu entfernen. Die Menge der Belüftung hängt von der Größe des Motors und seiner Verwendung ab. Wenn mehr als ein dieselbetriebenes Gerät in einem Luftstrom betrieben wird, muss die Belüftung erhöht werden, um die Abgase zu verdünnen und zu entfernen.

Dieselbetriebene Geräte können die Brand- oder Explosionsgefahr erhöhen, da sie heiße Abgase mit Flammen und Funken abgeben und ihre hohen Oberflächentemperaturen angesammelten Kohlenstaub oder andere brennbare Materialien entzünden können. Die Oberflächentemperatur von Dieselmotoren muss in Kohlebergwerken unter 305 °F (150 °C) gehalten werden, um die Verbrennung von Kohle zu verhindern. Flamme und Funken aus dem Auspuff können durch einen Wäscher kontrolliert werden, um die Entzündung von Kohlenstaub und Methan zu verhindern.

Gase und Dämpfe

Tabelle 1 listet Gase auf, die häufig in Bergwerken vorkommen. Die wichtigsten natürlich vorkommenden Gase sind Methan und Schwefelwasserstoff in Kohlebergwerken und Radon in Uran- und anderen Bergwerken. Sauerstoffmangel ist bei beiden möglich. Methan ist brennbar. Die meisten Kohlenminenexplosionen resultieren aus Methanzündungen und werden oft von heftigeren Explosionen gefolgt, die durch Kohlenstaub verursacht werden, der durch den Schock der ursprünglichen Explosion aufgewirbelt wurde. In der Geschichte des Kohlebergbaus waren Brände und Explosionen die Hauptursache für den Tod von Tausenden von Bergleuten. Das Explosionsrisiko kann verringert werden, indem Methan unter seine untere Explosionsgrenze verdünnt wird und potenzielle Zündquellen in den Gesichtsbereichen verboten werden, wo die Konzentration normalerweise am höchsten ist. Das Bestäuben der Grubenrippen (Wand), des Bodens und der Decke mit nicht brennbarem Kalkstein (oder anderem kieselsäurefreiem nicht brennbarem Gesteinsstaub) hilft, Staubexplosionen zu verhindern; Wenn Staub, der durch den Schock einer Methanexplosion aufgewirbelt wird, nicht brennbar ist, tritt keine Sekundärexplosion auf.

Tabelle 1. Gebräuchliche Namen und gesundheitliche Auswirkungen von gefährlichen Gasen, die in Kohlebergwerken vorkommen

Radon ist ein natürlich vorkommendes radioaktives Gas, das in Uranminen, Zinnminen und einigen anderen Minen gefunden wurde. Es wurde nicht in Kohleminen gefunden. Die mit Radon verbundene Hauptgefahr besteht darin, dass es eine Quelle ionisierender Strahlung ist, was unten diskutiert wird.

Andere gasförmige Gefahren schließen Reizstoffe für die Atemwege ein, die in Dieselmotorabgasen und Nebenprodukten von Sprengungen zu finden sind. Kohlenmonoxid findet sich nicht nur in Motorabgasen, sondern auch als Folge von Grubenbränden. Bei Grubenbränden kann CO nicht nur tödliche Konzentrationen erreichen, sondern auch zu einer Explosionsgefahr werden.

Stickoxide (Ich habe nicht_x), hauptsächlich NO und NO₂, werden von Dieselmotoren und als Nebenprodukt von Sprengungen gebildet. In Motoren, NEIN_x werden als inhärentes Nebenprodukt gebildet, wenn Luft, die zu 79 % aus Stickstoff und zu 20 % aus Sauerstoff besteht, hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt wird, genau den Bedingungen, die für das Funktionieren eines Dieselmotors erforderlich sind. Die Produktion von NO_x kann bis zu einem gewissen Grad reduziert werden, indem der Motor so kühl wie möglich gehalten und die Belüftung erhöht wird, um die Abgase zu verdünnen und zu entfernen.

NEIN_x ist auch ein Sprengnebenprodukt. Während des Sprengens werden Bergleute aus einem Gebiet entfernt, in dem gesprengt wird. Die herkömmliche Praxis zur Vermeidung einer übermäßigen Exposition gegenüber Stickoxiden, Staub und anderen Ergebnissen der Sprengung besteht darin, zu warten, bis die Minenbelüftung eine ausreichende Menge an Sprengnebenprodukten aus der Mine entfernt hat, bevor der Bereich über einen Einlassluftweg wieder betreten wird.

Sauerstoffmangel kann auf viele Arten auftreten. Sauerstoff kann durch ein anderes Gas wie Methan verdrängt oder entweder durch Verbrennung oder durch Mikroben in einem Luftraum ohne Belüftung verbraucht werden.

Es gibt eine Vielzahl anderer luftgetragener Gefahren, denen bestimmte Gruppen von Bergleuten ausgesetzt sind. Die Exposition gegenüber Quecksilberdampf und damit das Risiko einer Quecksilbervergiftung ist eine Gefahr für Goldminenarbeiter und Müller sowie für Quecksilberbergleute. Die Exposition gegenüber Arsen und das Risiko von Lungenkrebs treten bei Goldminenarbeitern und Bleiminenarbeitern auf. Unter Nickelminenarbeitern kommt es zu einer Exposition gegenüber Nickel und damit zu einem Risiko für Lungenkrebs und Hautallergien.

Einige Kunststoffe finden auch in Minen Verwendung. Diese beinhalten Harnstoff-Formaldehyd und Polyurethanschäume, die beide vor Ort hergestellte Kunststoffe sind. Sie werden verwendet, um Löcher zu verschließen, die Belüftung zu verbessern und Dachträger besser zu verankern. Formaldehyd und Isocyanate, zwei Ausgangsmaterialien für diese beiden Schäume, reizen die Atemwege und beide können eine allergische Sensibilisierung verursachen, was es für sensibilisierte Bergleute nahezu unmöglich macht, einen der beiden Inhaltsstoffe zu umgehen. Formaldehyd ist ein menschliches Karzinogen (IARC-Gruppe 1).

Physikalische Gefahren

Lärm ist im Bergbau allgegenwärtig. Es wird durch leistungsstarke Maschinen, Ventilatoren, Sprengungen und den Transport des Erzes erzeugt. Das unterirdische Bergwerk hat normalerweise einen begrenzten Platz und erzeugt daher ein hallendes Feld. Die Lärmbelastung ist größer, als wenn sich dieselben Quellen in einer offeneren Umgebung befinden würden.

Die Lärmbelastung kann durch den Einsatz herkömmlicher Lärmschutzmaßnahmen an Bergbaumaschinen reduziert werden. Getriebe können leiser gemacht werden, Motoren können besser gedämpft werden und auch hydraulische Maschinen können leiser werden. Rutschen können isoliert oder mit schallabsorbierenden Materialien ausgekleidet werden. Gehörschutz in Kombination mit regelmäßigen audiometrischen Tests ist oft notwendig, um das Gehör der Bergleute zu erhalten.

Ionisierende Strahlung ist eine Gefahr im Bergbau. Radon kann aus Gestein freigesetzt werden, während es durch Sprengen gelöst wird, aber es kann auch durch unterirdische Ströme in ein Bergwerk gelangen. Es ist ein Gas und daher in der Luft. Radon und seine Zerfallsprodukte geben ionisierende Strahlung ab, von denen einige genug Energie haben, um Krebszellen in der Lunge zu produzieren. Infolgedessen sind die Sterblichkeitsraten durch Lungenkrebs unter Uranbergarbeitern erhöht. Bei Bergleuten, die rauchen, ist die Sterblichkeitsrate sehr viel höher.

Wärme- ist eine Gefahr für Untertage- und Tagebauarbeiter. In Untertagebergwerken stammt die Hauptwärmequelle aus dem Gestein selbst. Pro 1 m Tiefe steigt die Temperatur des Gesteins um etwa 100 °C. Andere Quellen für Hitzestress sind die körperliche Aktivität der Arbeiter, die Menge der umgewälzten Luft, die Temperatur und Feuchtigkeit der Umgebungsluft und die Wärme, die von Bergbaumaschinen, hauptsächlich dieselbetriebenen Maschinen, erzeugt wird. Sehr tiefe Minen (tiefer als 1,000 m) können mit einer Temperatur der Minenrippen von etwa 40 °C zu erheblichen Hitzeproblemen führen. Für Arbeiter an der Oberfläche sind körperliche Aktivität, die Nähe zu heißen Motoren, Lufttemperatur, Feuchtigkeit und Sonnenlicht die Hauptwärmequellen.

Die Reduzierung von Hitzestress kann erreicht werden, indem Hochtemperaturmaschinen gekühlt, die körperliche Aktivität eingeschränkt und ausreichende Mengen an Trinkwasser, Schutz vor der Sonne und ausreichende Belüftung bereitgestellt werden. Bei Oberflächenmaschinen können klimatisierte Kabinen den Maschinenbediener schützen. In tiefen Bergwerken in Südafrika werden beispielsweise unterirdische Klimaanlagen eingesetzt, um etwas Linderung zu verschaffen, und Erste-Hilfe-Material ist verfügbar, um Hitzestress zu bewältigen.

Viele Bergwerke arbeiten in großen Höhen (z. B. mehr als 4,600 m), und aus diesem Grund können Bergleute unter Höhenkrankheit leiden. Dies kann verschlimmert werden, wenn sie zwischen einer Mine in großer Höhe und einem normaleren atmosphärischen Druck hin und her reisen.

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