ТРАНССПАС - СТАТЬИ - горноспасательная аппаратура для горно и газоспасательных служб, аппаратура защиты и техники безопасности, средства индивидуальной защиты, самоспасатели, р-ЗО, р-34, шсс, респираторы, компрессора, дыхательная аппаратура, ауэр, маски, воздушные балонны, конотоп, аспираторы, газоопределители, индикаторные трубки, укп

ГОЛИК Анатолий Степанович

Доктор техн. наук, профессор

РосНИИГД

СИН Александр Филиппович

Канд. техн. наук

Центральный штаб ВГСЧ

ДИНГЕС Владимир Рудольфович

Канд. техн. наук

ОБР ВГСЧ

КОНДАКОВ Василий Маркович

Канд. техн. наук

ОАО «КЭЗСБ»

ОГУРЕЦКИЙ Владимир Андреевич

Канд. техн. наук

НПО «Горноспасатель»

В настоящее время, на вооружении горноспасателей имеются изолирующие регенеративные респираторы на сжатом кислороде. У горнорабочих шахт, в качестве средства индивидуальной защиты, применяются изолирующие самоспасатели, принцип действия которых основан на использовании химически связанного кислорода.

Источником дыхания, в этих аппаратах, является кислород. В современных изолирующих респираторах (Р-30 и Р-34), работающих на сжатом кислороде, его концентрация в дыхательной смеси равна 30-40 %. В изолирующих самоспасателях, типа ШСС, работающих на химически-связанном кислороде, эта концентрация составляет 70-90 %, а иногда достигает 100 %.

Многочисленные аварии на шахтах Кузбасса в основном обязывали горнорабочих применять средства индивидуальной защиты органов дыхания, чтобы обеспечить себе безопасный выход из шахты. Однако выход в самоспасателях проходил не всегда благополучно. Многие были вынуждены досрочно выключаться из них, объясняя это различным дискомфортом: жжение в горле, першение, одышка и т. д.

Комиссия Госгортехнадзора России проверила действие самоспасателей ШСС-Т и ШСС-1У и установила «типовые» причины плохого самочувствия при дыхании в этих самоспасателях: высокое сопротивление на вдохе, чувство жжения в горле, сухость во рту. Среднее содержание кислорода в дыхательной смеси, за период гарантированного срока защитного действия в них, составило: 79,3 % у ШСС - Т, и 85,2 % - у ШСС - 1У.

Пытаясь понять причину проявления дискомфортных явлений, члены комиссии обратили внимание на высокое содержание кислорода в дыхательной смеси. ГОСТ Р 12.4.220 - 2001 «Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Аппараты изолирующие автономные с химически связанным кислородом (самоспасатели)» предусматривает ограничение процентного содержания кислорода в дыхательной смеси лишь в нижних пределах. Пункт 5.1.3 ГОСТа гласит, что объёмная доля кислорода, во вдыхаемой смеси из самоспасателя, должна быть не менее 21 %. Допускается кратковременное понижение объёмной доли кислорода до 19 % в начальный период испытаний, на время - до 3 мин., хотя некоторые учёные считают безвредными более низкие значения. В тоже время, максимальные значения кислорода, в дыхательной смеси, не ограничиваются.

Роль кислорода в дыхательном процессе огромна, где наряду с положительными качествами, он, как сильнейший окислитель, имеет и отрицательные. Многие учёные по-разному оценивают влияние чистого кислорода на организм человека. Например, В.В. Ходот отмечает, что «...при незначительном падении концентрации кислорода в окружающем воздухе, дыхательные органы легко компенсируют падение его парциального давления увеличением вентиляции лёгких. Обеднение воздуха кислородом не замечается вплоть до 14-15 %». Н.С. Диденко, в книге «Регенеративные респираторы для горноспасательных работ», также пишет о низкой концентрации кислорода, что «...Здоровый человек, при вдыхании воздуха с объёмной долей кислорода 14-15 %, субъективно не ощущает недостаток последнего, так как падение парциального давления кислорода в альвеолах компенсируется увеличением лёгочной вентиляции. Дальнейшее уменьшение объёмной доли кислорода вызывает гипоксию. Что приводит к кислородному голоданию. Считается, что фильтрующие респираторы пригодны для защиты органов дыхания при объёмной доле кислорода не менее 18 %, а фильтрующие самоспасатели для горнорабочих - не менее 17 % ».

Если предельные минимальные концентрации кислорода были определены однозначно, то с повышенными концентрациями дело обстоит несколько сложнее. Впервые действие кислорода на организм животных и человека, при повышенном парциальном давлении, исследовал французский учёный Поль Бер (P. Bert, 1878 г.). Из многочисленных опытов и наблюдений он сделал вывод о том, что кислород является «быстроубивающим ядом как только его количество в артериальной крови поднимается до 35 см³ на 100 мл крови». Бер впервые указал, что при увеличении напряжения кислорода в организме, уменьшается газообмен - потребление кислорода и выделение углекислого газа - повышается концентрация сахара в крови, уменьшается количество азота - мочевины в моче, замедляется работа сердца, редким становится пульс и дыхание, снижается температура тела.

При большой концентрации кислорода, он не только полностью насыщает гемоглобин, но и проникает в органы и ткани, насыщая организм. В этом случае происходит интенсивное выделение азота из организма, особенно это заметно в первые 20 - 40 мин. За этот период организм человека выделяет от 2,5 до 6 л азота в среднем, в зависимости от его индивидуальности. Вот почему в момент включения в респиратор велика «азотная опасность», и необходимо энергичное промывание дыхательной системы от накапливающегося в ней азота. Следует отметить, что данный факт подтверждает: азотирование системы респиратора происходит только при повышенных концентрациях кислорода в дыхательной смеси, и тем сильнее, чем выше эта концентрация.

Повышенное содержание кислорода в дыхательной смеси вредно для организма человека. Оптимальным значением его величины, в изолирующих респираторах и самоспасателях можно считать 17-21 % по объёму при нормальном атмосферном давлении. При более высоких концентрациях кислорода в дыхательной смеси необходимо предусматривать комплекс медицинских рекомендаций и инструкций по безопасному использованию того или иного средства индивидуальной защиты.

К сожалению, этого нет ни в одной из инструкций по эксплуатации изолирующих самоспасателей. Пользователь обязательно должен знать о всех негативных моментах, возникающих в процессе дыхания, и тогда он будет к ним готов. В настоящее время он испытывает не только дискомфорт. Возникает чувство страха и сомнение в исправности прибора. Ощущение непредсказуемости, при дальнейшем дыхании в самоспасателе, наталкивает некоторых горняков на мысль выключиться из него. Кроме того, время защитного действия (ВЗД) самоспасателей, согласно п. 5.1.1 ГОСТ Р 12.4.220 - 2001, должно быть не менее номинального при условиях: температура окружающей среды от -20 до +40°С; лёгочная вентиляция 35 л/мин. При температуре окружающей среды от +15 до +25°С и лёгочной вентиляции лёгких 70 л/мин, ВЗД должно составлять не менее 30 % от номинального. Под лёгочной вентиляцией лёгких понимается объём воздуха, проходящего через лёгкие, в единицу времени (обычно в минуту). Выход людей из шахты в самоспасателях относится к работе средней тяжести и соответствует режиму № 6 (см. таблицу).

Режим	Энергозатраты	Характеристика состояния человека, вида и тяжести физической нагрузки
1	80 Вт	Покой, в положении лёжа, основной обмен веществ и энергии
2	160 Вт	Отдых горноспасателя, вкл. в респиратор, в шахтных условиях.
5	400 Вт	Горноспасательная работа средней тяжести. Основная расчётная и испытательная нагрузка для регенеративных респираторов.
6	475 Вт	Выход горнорабочего в самоспасателе из аварийного участка. Основная расчётная и испытательная нагрузка для изолирующих самоспасателей.
10	775 Вт	Тяжёлая горноспасательная работа, требующая периодического уменьшения напряжения или отдыха.
12	910 Вт	Предельная нагрузка для выхода горнорабочего в изолирующем самоспасателе из аварийного участка.
15	1100 Вт	Очень тяжёлая горноспасательная работа, которая может выполняться лишь кратковременно и повторяться после отдыха.

Работа средней тяжести сопровождается учащением дыхания до 25-30 в мин., увеличением дыхательного объёма до 1-1,2 л, а объёма лёгочной вентиляции до 25-30 л/мин. Число сердечных сокращений возрастает до 100-120 в мин., а расход энергии увеличивается до 300-360 ккал/ч.

Из таблицы видно, что выход горнорабочих из аварийного участка не всегда соответствует средней нагрузке. Передвижение по крутонаклонным выработкам большой протяжённости, в условиях высокого нервного напряжения уже будет относиться к тяжёлым видам горноспасательных работ. Вот как характеризует физиологические параметры человека, при таких нагрузках, С.А. Брандис: - «Тяжёлая работа вызывает значительные изменения всех показателей дыхания и кровообращения. Частота дыхания достигает 30-40 вдохов в минуту. Дыхательный объём может увеличиваться до 2-3 литров, объём лёгочной вентиляции возрастает до 40-60 л/мин. Частота пульса достигает 140-160 ударов в минуту, а потребление кислорода возрастает до 2-2,5 л/мин. Такая работа обычно не совершается непрерывно, а требует кратковременного отдыха». Учитывая этот факт, можно предположить, что при выходе в самоспасателях, горнорабочие часто попадают в ситуацию, связанную с тяжёлыми физическими нагрузками.

Этого времени явно недостаточно для безопасного выхода людей из аварийного участка. Существующий ГОСТ допускает производство самоспасателей с ВЗД до 90 минут, но тогда его вес будет 4,5 кг, а гарантированный срок защитного действия возрастёт всего лишь до 30 минут. Возникают определённые сомнения, что такой самоспасатель всегда будет находиться на горнорабочем, или рядом с ним, как того требует инструкция по эксплуатации. В большинстве случаев это условие не выполняется из-за неудобства при работе.

На наш взгляд, самоспасатели на химически связанном кислороде исчерпали себя, как средство индивидуальной защиты органов дыхания. В современных условиях развития народного хозяйства, горная промышленность нуждается в самоспасателях с достаточным временем защитного действия (не менее 2-х часов), малогабаритном и лёгком. Кроме того, дыхание в нём должно быть достаточно надёжным и комфортным, Кратковременное вдыхание чистого кислорода, в спокойной обстановке, в большинстве случаев полезно для организма, но в экстремальных ситуациях и при больших физических нагрузках противоречит самой физиологии человеческого организма.

Кемеровским экспериментальным заводом средств безопасности, совместно с ВГСЧ и НПО «Горноспасатель», ведётся работа по созданию самоспасателя, работающего на сжатом кислороде. На рисунке представлен его внешний вид. На данный аппарат получен патент Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам № 38618 с приоритетом использования начиная с марта 2004 г.

Принцип работы самоспасателя основан на регенерации выдыхаемого воздуха и его повторном использовании в дыхательном процессе. Кроме того, данный аппарат можно использовать для преодоления подводных преград. Тогда он работает по принципу акваланга.

Дыхательный аппарат (см. рисунок) содержит дыхательный мешок 1,малолитражный баллон 2, кислородно-распределительный блок 3, регенеративный патрон 4, манометр 5, дыхательный шланг 6 с патрубком, на котором с помощью герметичной мундштучной коробки 7 закреплен загубник 8. Аппарат снабжён вторым клапаном выдоха 9 с герметичным съёмным колпачком 10, установленным в коробке 9 между загубником 8 и дыхательным шлангом 6. Для контроля давления кислорода в баллоне дыхательный аппарат снабжён манометром 5. Для преобразования высокого давления в низкое (4 атм) служит редуктор 12. В случае переполнения дыхательного мешка избыток воздуха удаляется через избыточный клапан 13.

При открытом вентиле баллона 11 кислород поступает в кислородно-распределительный блок 3. При вдохе, очищенный в регенеративном патроне воздух из дыхательного мешка 1, также поступает в кислородно-распределительное устройство, где обогащается кислородом и проходит в дыхательный шланг 6 и далее через загубник 8 - в лёгкие человека. Кислород в этом режиме нормального дыхания поступает с постоянной подачей 0,5-0,6 л/мин. При выдохе воздух из лёгких человека через загубник 8 и дыхательный шланг 6 поступает в кислородно-распределительный блок 3 и далее проходит в регенеративный патрон 4, где очищается от углекислоты и влаги, а затем поступает в дыхательный мешок 1 и цикл дыхания повторяется. При увеличении потребления воздуха, например, при глубоком вдохе, расход кислорода увеличивается до 60-150 л/мин. кислородно-распределительным устройством, в котором предусмотрено наличие лёгочного автомата.

Для работы под водой снимают герметичный колпачок 10 со второго клапана выдоха 9. Под действием давления воды происходит сжатие дыхательного мешка 1, что не позволяет выдохнуть в него. Поэтому дыхание под водой будет осуществляться, в основном за счёт поступления кислорода из баллона 1. Выдох из лёгких человека происходит через второй клапан выдоха 9, непосредственно в окружающую среду, минуя регенеративный патрон 4. После завершения периода пребывания под водой клапан выдоха 9 закрывают герметичным колпачком 10. Процесс нормального дыхания с использованием регенеративного патрона и дыхательного мешка восстанавливается. Таким образом, дыхательный аппарат позволяет находиться под водой в течение небольшого периода и исключить при этом баротравмы лёгких.

Данный самоспасатель может найти применение не только в горной промышленности, но и в других отраслях народного хозяйства. Достаточно сказать, что его вес будет 3-3,5 кг, а время защитного действия 2 часа. Кроме того, самоспасатель можно использовать многократно. Достаточно наполнить баллон кислородом и перезарядить патрон с ХПИ. Эту работу можно выполнять уже сегодня на ВГС шахт. К достоинствам самоспасателя на сжатом кислороде можно отнести его пожаробезопасность, при использовании в шахтах опасных по газу и пыли. Этого нельзя сказать о самоспасателях на химически-связанном кислороде. Для пользователя появилась также возможность следить за остатком кислорода в системе по манометру.

Предварительными испытаниями самоспасателя в ООО «Горноспасатель», на стационарном «Аппарате искусственной вентиляции лёгких РО-6Н-05 модель 185» в режиме средней тяжести № 5, было установлено время защитного действия 140 мин. Предстоят дальнейшие испытания на человеке для установления физиологических показателей и приведения их к нормативным согласно ОСТ 12.43.247-83 «Респираторы изолирующие регенеративные для горноспасательных работ».

Дальнейшее совершенствование СИЗ должно быть направлено по пути создания благоприятной дыхательной смеси с содержанием кислорода на вдохе 17-21 %. И эту задачу необходимо ставить, в первую очередь, перед институтами, занимающимися вопросами безопасности в промышленности.

А пока решается вопрос с разработкой новых средств индивидуальной защиты, в шахте, где времени выхода в самоспасателях недостаточно, необходимо устанавливать передвижные пункты спасения. Стратегически этот вопрос нужно решать на стадии строительства, или реконструкции, горного предприятия, где необходимо предусматривать место и создавать условия для этих целей. А ещё лучше, если предусматривать на стадии строительства шахт такую раскройку шахтного поля, при которой время выхода на свежую струю воздуха, будет минимальным, не более 20-30 мин.