Аннотация
Николаев Е.Б., Таицкий Я.А. Проблема запыленности шахт Донбасса В данной статье рассмотрены проблемы запыленности шахт Донбасса и показаны основные виды респираторов отечественных, и зарубежных, необходимых для спасения горнорабочих.
Общая постановка проблемы
Текущая ситуация с профессиональной заболеваемости в Донбассе не только угрожает, но и имеет решающее значение, ее курс вырос почти в пять раз за последние пять лет. Данные Государственного департамента промышленной безопасности, охраны труда и горной инспекция показывают, что более половины профессиональных заболеваний связаны с пылью. Высокая концентрация пыли в рабочих зонах шахт и карьеров, а также трудности в стандартизации условий труда в соответствии с коэффициентом марок пыли возникает проблема возникновения пневмокониоза. Согласно Донецкому научно-исследовательскому институту труда и профессиональных заболеваний, количество заболевших составляет более 57 тысяч, следовательно, каждый год угольная промышленность теряет более 200 млн. гривен на компенсацию для шахтеров. Кроме того, следует также помнить о значительных социальных потерях: рост инвалидности и смертность, продолжительность жизни шахтеров снижается [1].
По печальной статистики этиологии установлено, что пылевые заболевания у шахтеров занимают первое место среди других профессиональных заболеваний, и поэтому их сокращение является весьма важным. Одним из путей решения этой проблемы является повышение производительности устройств респираторной защиты (РПД) которые помогут сохранить здоровье и даже жизнь рабочего. Здесь необходимо выбрать РПД правильно с учетом определенная условия труда, вид и продолжительность вредных производственных факторов, а также физиологических особенностей каждого работника.
В последнее время появились ряд экспериментальных и теоретических исследований: взаимоотношения основных параметров респиратор с их структурой, а также с фильтрацией, качеством материалов, влияние окружающей среды, физиологические данные человека и т.д. В настоящее время различные домашние средства для предотвращения профессиональных заболеваний с использованием новых материалов внедряются и развиваются. Независимо от профилактических мер, количество пылевых заболеваний растет с каждый год, особенно среди шахтеров которые работают в рабочих зонах с высокой запыленностью. Запыленность воздуха в рабочих зонах шахтеров часто намного выше, требовании по ТБ [1].
Чтобы уменьшить уровень заболевания пылевым бронхитом и скорости развития пневмокониоза необходимо реализовать постоянный, и положительный контроль пыли нагрузка на шахтеров которые работают глубоко под землей. При выборе устройства, чтобы иметь максимальную защиту, необходимо обратить внимание не только на содержание вредных веществ и эргономические параметры, но также их структурные особенности устройства. Защитная эффективность респиратора зависит от множества факторов, таких как: качество, если фильтрующего материала, гофрокартона фильтрующих элементов, надежностная герметизация по обтурации линии, которая, в свою очередь, зависит от полумаски.
Применение респиратора сопровождается целым комплексом факторов, влияющих на работников - эти факторы могут повлиять на сердечно-сосудистой системы, внешнего дыхания и т.д. Рекомендуется выбрать РПД с учетом состава и количественного содержание вредных веществ в окружающую среду, к минимуму. Уровень защиты обеспечивается любым респиратор рассчитывается в соответствии концентрация вредного вещества и его биологической опасности. Прежде всего, климатические условия подземных горных предприятий отличаются от поверхностных, с повышением температуры воздуха, составляет 28С в среднем, но в некоторых случаях это может быть 30 – 35С, а также высокая относительная влажность воздуха (90-100%) И повышение атмосферного давления, что предусмотрено с учетом влияние метеорологических параметров на функции респиратора, поскольку они часто ухудшаться эксплуатационные характеристики РПД [2].
Регенеративные изолирующие респираторы
По принципу действия регенеративные изолирующие респираторы разделяются на три группы: очистке выдыхаемого воздуха от углекислого газа химическим известковым поглотителем ХП-И и обогащение воздуха из баллона со сжатым кислородом (Р-30, Р-34); использование для поглощения углекислого газа щелочного сорбента СЩ-1 на основе гидроксида натрия и обогащение воздуха кислородом из баллона (Р-35, Р40Е)18; регенерации выдыхаемого воздуха на основеиспользования кислородосодержащего продукта ОКЧ-2 (РХ-4, РХ-4Е, РС, РХС, РХ-2,). По назначению респираторы разделяются на основные (Р-30, Р-35, Р40Е, РХ-4, РХ-4Е) и вспомогательные (Р-34, РС, РХС, РХ-2).
В респираторе Р-35 обеспечиваются более комфортные условия дыхания,чем в респираторе Р-30. Основной недостаток Р-35 - необходимость заменырегенеративного патрона после применения респиратора. В респираторе Р-40Е предусмотрено применение высокоэффективного щелочного сорбента СЩ-2. В респираторах данной группы проблематичным является снижение содержание кислорода во вдыхаемом воздухе в зависимости от физической нагрузки до физиологически оптимального значения (21-40%) и заполнении дыхательного мешка в случае потери дыхательного объема. В наибольшей степени эти проблемы решены в респираторе химическом РХ-4Е и респираторе специальном РС. Исполнение респиратора РХ-4Е соответствует, а по ряду показателей превосходит европейские требования безопасности по надежности и условиям дыхания. Респиратор РС рекомендован как вспомогательный для оснащения ВГК.
Основные респираторы предназначены для оснащения отделений ГВГСС для ведения аварийно-спасательных работ в горныхвыработках. Вспомогательные респираторы имеют меньшие срок защитного действия, габариты и массу и используются, если основной респиратор не соответствуют условиям работы (например, в стесненных условиях), для включения и вывода пострадавших, в комплекте с теплозащитными костюмами (куртками) и для оснащения членов ВГК.
В настоящее время основным респиратором, находящимся наоснащении ГВГСС, является респиратор Р-30, а ВГК оснащены вспомогательными респираторами Р-34. Респираторы Р-30 и Р-34 имеют одинаковые главные конструктивные элементы и принцип работы. Респираторы в рабочем положении размещаются на спине. Основные узлы воздуховодной и кислородоподающей систем респиратора расположены в дюралюминиевом ранце 1 с и амортизирующей системой ремней 2 (рис.1). Воздуховодная система респираторов состоит из соединительной коробки 3, люноудаляющего насоса -резиновой груши 4, шланга выдоха 5, клапана выдоха 6, регенеративного патрона 7, снаряженного известковым поглотителем 8, избыточного клапана 9, дыхательного мешка 10, холодильника 11 с охлаждающим элементом - брикетом водяного льда 1220, клапана вдоха 13 и шланга вдоха 14. Соединительная коробка обеспечивает возможность быстрого присоединения лицевой части, в качестве которой может быть использовано мундштучное приспособление либо дыхательная маска «Меди» с панорамным стеклом и разговорной мембраной. Кислородоподающая система состоит из кислородного баллона 15 с запорным вентилем 16, к которому подсоединен 21 кислородораспределительный блок, состоящий из редуктора 17 с предохранительным клапаном 18, легочного автомата 19, аварийного клапана (байпаса) 20 и перекрывного вентиля 21 капиллярной трубки с манометром 22 [4].
Рисунок 1 – Конструкция респиратора Р-35
Принцип работы респираторов заключается в следующем. Выдыхаемый человеком воздух, через лицевую часть, соединительную коробку 3, шланг выдоха 5, клапан выдоха 6поступает в регенеративный патрон 7. В регенеративном патроне происходит экзотермическая химическая реакция поглощения диоксида углерода (углекислого газа) известковым поглотителем.
Са(ОН)2 + CO2 = CaCO3 + H2O,
сопровождающаяся увлажнением воздуха выделяющейся водой (что является положительным моментом) и выделением тепла приводящего к нагреванию воздуха (что является отрицательным 22 моментом) . Из регенеративного патрона выдыхаемый воздух поступает в дыхательный мешок 10 (где воздух обогащается кислородом поступащим из кислородоподающей системы). Избыток воздуха удаляется через избыточный клапан 9 регенеративного патрона 7. При вдохе воздух из дыхательного мешка проходит через холодильник 11 (где охлаждается) и через клапан вдоха 13, шланг вдоха 14, соединительную коробку 3 и через лицевую часть поступает в легкие.
Изолирующие респираторы иностранного производства. Типа ДА с закрытым контуром
Другим названием такого устройства является “rebreather”, что связано с режимом работы устройства. После того, как из выдохнутого газа удаляется углекислый газ и в нём возмещается израсходованный кислород (за счёт сжатого, жидкого или твёрдого химического источника кислорода), он вдыхается повторно. Такие устройства испытываются при сертификации согласно стандарту 30 CFR 11 Subpart H(заменён новым[G2 3]).
Большей частью эти устройства проектируются для использования в течение 1-4 часов в атмосфере, мгновенно-опасной для жизни или здоровья, или при недостатке кислорода. Такие устройства стали использовать с начала 1900-х годов, когда Гибс и МакКа разработали (первые) дыхательные аппараты. С тех пор было сделано несколько главных конструктивных изменений для улучшения их защитных свойств и удобства. [Замечание: стандарт 30 CFR 11 относится к сертификации только горноспасательных респираторов с продолжительностью работы от 1 часа и более. Респираторы со сроком службы 30 минут и более могут сертифицироваться для использования (только) как вспомогательные спасательные средства] [4].
Из-за того, что у аппаратов без избыточного давления при вдохе под маской возникает разрежение, возникает опасность просачивания нефильтрованного воздуха. Поэтому автономные ДА без избыточного давления под маской могут применяться в мгновенно-опасной для жизни или здоровья атмосфере только тогда, когда необходим их длительный срок службы, например – при проведении горноспасательных работ. Они также подходят для использования при недостатке кислорода и необходимости работать длительное время. ДА с закрытым контуром положительного давления появились сравнительно недавно.
Сейчас в продаже имеются 2 основных типа автономных дыхательных аппаратов. В одном используется баллон со сжатым кислородом, а в другом – твёрдый химический источник кислорода. ДА с маленьким баллоном со сжатым кислородом. Пригодный для дыхания воздух поступает из надувного мешка. Выдыхаемый воздух проходит через твёрдый гранулированный адсорбент, который поглощает углекислый газ, таким образом уменьшая объём воздуха, поступающего в дыхательный мешок. Последний (при вдохе) сжимается так, что придавливающая пластина нажимает на впускной клапан, который открывается и впускает чистый кислород, который надувает мешок.
Рисунок 2 – Дыхательный аппарат с закрытым контуром
Таким образом, происходит пополнение израсходованного кислорода. Преимуществом такого режима работы является то, что необходимо пополнять лишь расходуемый кислород, а все остальные газы используются неоднократно (кроме углекислого газа). Достоинством такого устройства является большая продолжительность работы (1-4 часа). Недостатки – большие размеры ДА и разрежение под маской при вдохе, которое возникает у некоторых типов ДА с закрытым контуром. Как уже упоминалось, теперь стало возможно сертифицировать такие ДА с постоянно избыточным давлением, что обеспечивает более высокий уровень защиты. Другим типом ДА с закрытым контуром является респиратор с твёрдым химически связанным генератором кислорода, обычно – пероксидом калия (КО2). содержащиеся в выдыхаемом воздухе углекислый газ и вода вступают в реакцию с КО2, освобождая кислород:
Кислород не высвобождается до тех пор, пока выдохнутый рабочим воздух не пройдёт через генератор кислорода. Таким образом, между подачей кислорода и выдохом возникает временная задержка. Чтобы преодолеть её, в некоторых устройствах используют хлоратную свечу для “быстрого старта”. Это часть емкости (содержащей химикаты), заполненная смесью хлората натрия и железом. Для получения кислорода нужно стукнуть устройство, что напоминает зажигание спички. Такая конструкция позволяет получить достаточно кислорода до того, как начнётся достаточно сильная реакция пероксида калия. Кислород постоянно с большой скоростью выделяется и поступает в дыхательный мешок, который является ёмкостью, компенсирующей изменение режима дыхания. Ловушка для слюны и перепускной клапан выпускают наружу газ, уменьшая избыточное давление, возникающее в аппарате при чрезмерной подаче кислорода и повышении содержания азота [3].
ДА на химически связанном кислороде легче и проще, чем ДА на сжатом кислороде. Но его можно использовать лишь около одного часа и после запуска нельзя остановить. Предупреждения, сделанные для ДА на сжатом кислороде, относятся и к этим устройствам. Недавно, в результате обнародования нормативных документов MSHA (закон о безопасности и здоровье на угольных шахтах) для использования в подземных шахтах для эвакуации стали сертифицировать новую разновидность ДА с закрытым контуром, называемую автономный самоспасатель. По конструкции и режиму работы эти устройства похожи на описанные выше. Они используют баллон со сжатым кислородом или генератор (химически связанного) кислорода, продолжительность работы – около часа.
Такие аппараты гораздо меньше и легче, чем автономные ДА для входа в загрязнённую атмосферу. Они весят от 3.2 до 7.3 кг. К таким аппаратам предъявляется меньше требований, чем к ДА для входа в загрязнённую атмосферу (30 CFR 11). Уменьшение размеров и веса достигнуто за счёт использования загубника вместо маски, отсутствие защитного кожуха на дыхательном мешке, использование облегчённого баллона с волоконной обмоткой (для упрочнения), меньший размер свечи, более лёгкий. материал для дыхательного мешка, единственная дыхательная труба, отсутствие перепускного клапана и предупреждающего свистка, более эффективное использование сорбента для углекислого газа, более лёгкий упаковочный материал и др. Этот ДА-самоспасатель не носят с собой, как его предшественник – фильтрующий самоспасатель (защищавший только от угарного газа и фильтровавшего воздух) поскольку он крупнее и тяжелее. MSHA предписывает определить места хранения, и разместить там самоспасатели. Поскольку они упакованы и не могут быть открыты (за исключением аварийной эвакуации) определён порядок проведения ежедневных и 90-дневных проверок. В самоспасателях со сжатым газом используется манометр – индикатор. В самоспасателях на химически связанном кислороде используется цветовой индикатор (сохранности), и установлены критерии для проверки [3].
Выводы
Зарубежные изолирующие самоспасатели не намного опережают отечественных, но по ценовому критерию они очень дорогостоящие и не целесообразны в использовании.
Список источников
- Александров С. Н., Булгаков Ю. Ф., Яйло В. В., Охрана труда в угольной промышленности: Учебное пособие для студентов горных специальностей высших учебных заведений. – Донецк. : ДонНТУ, 2005. – 520 с.
- Руководство по борьбе с пылью в угольных шахтах, 1979.
- Ищук И. Г., Поздняков Г. А. Средства комплексного обеспыливания горных предприятий: Справочник. – М. : Недра, 1991. – 253 с.
- Бабокин А. О. Сборник инструкций и других нормативных документов по технике безопасности в угольной промышленности. – М., 1986.