Россия, Кемерово
 
+7 (3842) 44-15-01
+7 (3842) 44-15-02
Вернуться назад

Современное состояние и перспективы развития отечественных шахтных самоспасателей. Часть 1

24.07.2013

Статья из Журнала «Безопасность Труда в Промышленности» № 9-2013, www.safety.ru

УДК 622.867.324 
© С.В. Гудков (канд. хим. наук, гл. конструктор ОАО «Корпорация «Росхимзащита»), 
И.А. Смирнов (канд. тех. наук, зав. Лабораторией ГНЦ РФ ИМБП РАН), 2013

Современное состояние и перспективы развития отечественных шахтных самоспасателей. Часть 1. Сравнительный анализ изолирующих самоспасателей со сжатым и химически связанным кислородом

Проведен сравнительный анализ изолирующих само­спасателей со сжатым и химически связанным кисло­родом, используемых в горнодобывающей отрасли. 
The comparative analysis of insulating self-rescuers with the compressed and chemically bound oxygen used in mining branch was carried out.

В 2012—2013 гг. в журнале «Безопасность труда в промышленности» появились статьи [1—3], посвященные сравнению шахтных самоспа­сателей со сжатым (ССК) и с химически связанным кислородом (СХСК.). Применение самоспасателя для шахтеров в случае аварий — это подчас единст­венная возможность выжить в ядовитой атмосфере.

Выполняя свою основную функцию — спасение жизни шахтеров в экстремальных ситуациях, оба типа самоспасателей хотя и ухудшают условия ды­хания, но и поддерживают их в физиологически пе­реносимых пределах.

На отечественных шахтах эксплуатируют только самоспасатели с номинальным временем защитного действия (ВЗД) 60 мин и массой около 3 кг. Не се­крет, что носить, а тем более работать с таким само­спасателей на плече в течение рабочей смены крайне затруднительно, а точнее, практически невозмож­но. Поэтому шахтеры оставляют его на отдалении от себя (по инструкции — не более 3 м) и в случае внезапной аварии не имеют возможности быстрого включения в самоспасатель. А ведь, согласно моно­графии [4], при авариях на шахтах возможны ситу­ации, когда несколько вдохов отравленного воздуха приводят к летальному исходу. Кроме того, шахтер должен уметь правильно использовать самоспаса­тель, паника и неверные действия могут привести к трагедии. Известен случай, когда горняк поднимал­ся вертикально по лестнице, не подтянув плечевой ремень самоспасателя, как это предписано руко­водством по эксплуатации. В результате вес само­спасателя пришелся на загубник, горняк не удержал его во рту, самоспасатель упал вниз, горняк получил смертельное отравление. Поэтому давно назрела необходимость проведения комплекса работ по по­вышению эффективности и безопасности использо­вания, шахтных самоспасателей для спасения людей.

Напомним, что принцип действия СХСК осно­ван на регенерации дыхательной смеси (химической реакции продуктов дыхания с надпероксидами щелочных металлов — одновременного поглощения диоксида углерода и выделения кислорода). протекающей с выделением тепла. К достоинствам СХСК относятся: длительные сроки хранения; мак­симально возможное время защитного действия, отнесенное к массе самоспасателя; устойчивость к жестким механическим и климатическим воздей­ствиям в условиях шахт; отсутствие необходимости иметь баллонно-компрессорное хозяйство, зави­симость ВЗД от физической нагрузки; к недостат­кам — отсутствие индикатора остаточного ресурса, нагрев корпуса самоспасателя и вдыхаемой газовой дыхательной смеси (ГДС).

Условия дыхания в самоспасателях (температу­ра, объемная доля диоксида углерода и кислорода в ГДС, сопротивление дыханию) нормируются соот­ветствующими документами. Для СХСК в России действует ГОСТ Р 12.4.220—2001 [5], за рубежом наиболее часто цитируемым является европей­ский стандарт EN 13794:2002 [6]. Показатели стан­дартов обоснованы многочисленными научными исследованиями и соответствуют физиолого-гигиеническим требованиям к изолирующим средствам индивидуальной защиты [7].

На протяжении многих лет в Государственном научном центре Российской Федерации — Институте медико-биологических проблем РАН (ГНЦ РФ — ИМБП РАН) и в ОАО «Корпорация «Росхимзащита» разрабатывают и испытывают индивидуальные и групповые средства защиты с химически связанным кислородом. На предприятиях имеются испытательные центры, сертифицированные федеральными органами на право проводить испытания дыхатель­ной аппаратуры. Для этого используют специали­зированные комплексы, позволяющие испытывать аппараты как на технических стендах, имитирую­щих дыхание человека при различных нагрузках, так и с участием испытателей-добровольцев.

Критические замечания по качеству самоспаса­телей типа ШСС, высказанные в [1, 2], во многом основываются на результатах выполненных в 2003 г. проверок самоспасателей типа ШСС с химически связанным кислородом, которые эксплуатировали в ОАО «ОУК «Южкузбассуголь». Следует отметить, что тогда были проверены самоспасатели, изготов­ленные в 1998-2002 гг., т.е. почти 15 лет назад. С тех пор в конструкцию ШСС-Т внесены серьезные изменения, повысившие качество самоспасателя и полностью устранившие основные факторы, вызы­вавшие дискомфорт при дыхании: для изготовления гофрированных трубок стали использовать резину на основе натурального каучука, а в качестве ини­циирующей жидкости в пусковой ампуле — водный раствор хлористого натрия вместо раствора серной кислоты. Кроме того, была усилена конструкция стяжной ленты, что существенно повысило сохраняемость самоспасателя при эксплуатации, и введен индикатор герметичности, устранивший необходимость ежеквартальных аппаратурных прове­рок ШCC-T на шахтах.

В 2010—2011 гг. в ГНЦ РФ — ИМБП РАН на при­борах и с участием испытателей проведены испыта­ния 20 самоспасателей для подземных работ марки ШСС-Т, доработанных с учетом проверок в ОАО «ОУК «Южкузбассуголь», после их эксплуатации на шахтах в течение 5 лет. Испытатели получали дози­рованную физическую нагрузку на велоэргометре, соответствующую энергозатратам согласно сред­ней физической нагрузке по ГОСТ Р 12.4.220—2001. Физиологические показатели регистрировали под контролем специально подготовленных врачей. В процессе каждого эксперимента постоянно конт­ролировали следующие технические и физиоло­гические параметры: состав ГДС, сопротивление дыханию, частоту сердечных сокращений, частоту дыхания, температуру тела. Забор проб на анализ дыхательной смеси проводился из загубника на фа­зе вдоха и анализировался с помощью хроматомасс-спектрометра марки Agilent. Полученную в процессе экспериментов информацию собирали на специа­лизированном информационно-вычислительном комплексе и отображали в режиме реального време­ни на экранах мониторов с последующим выводом на электронные и бумажные носители.

Все самоспасатели после эксплуатации на шахтах оказались герметичны. В процессе прове­денных испытаний физиологические показатели испытателей находились в допустимых пределах, а их работоспособность сохранялась в течение всего времени эксперимента. Время защитного дейст­вия представленных на испытания самоспасателей составило не менее 60 мин, т.е. соответствовало требованиям технической документации. К концу экспериментов объемные доли кислорода и диок­сида углерода на вдохе составили не менее 91 % и не более 0,1 % соответственно. Испытания, прове­денные в ГНЦ РФ — ИМБП РАН, показали высо­кое качество самоспасателей ШСС-Т и их хорошую сохраняемость в условиях эксплуатации на шахтах в течение 5 лет.

Вернемся к сравнению шахтных самоспасателей со сжатым и с химически связанным кислородом и прокомментируем статьи [1—3]. Авторы этих статей, известные деловому сообществу скорее как коммер­санты, а не как специалисты в области разработки шахтных самоспасателей, продвигают на отечест­венный рынок продукцию своего и китайского про­изводства. Согласно этим статьям отечественные СХСК якобы имеют множество принципиально не устранимых недостатков.

Для обоснования такой точки зрения авторы [1-3] используют испытанные приемы:

Таблица 1

Утверждение Техническое заключение
Объемная доля С02 и температура ГДС на вдохе при испытаниях самоспа­сателей, типа ШСС были хуже нормативов, установленных ГОСТ Р 12.4.220—2001 [1] Сопротивление дыха­нию во время испытаний ШСС-Т при 70 дм3/мин превышает требования _ГОСТР 12.4.220—2001 [1]
Сопротивление дыха­нию во время испытаний ШСС-Т при 70 дм3/мин превышает требования _ГОСТР 12.4.220—2001 [1] Согласно п. 5.1.6 ГОСТР 12.4.220—2001 сопротивление дыханию при 70 дм3/мин не должно превышать 1960 Па, при испытаниях [1] получены значения сопротивления 1100-1250 Па


Когда сторонники ССК утверждают о простоте, надежности, дешевизне и прочих достоинствах этих аппаратов в сравнении с СХСК, они умалчивают о том, что некоторые характеристики, имеющиеся у СХСК, в конструкции ССК могут быть достигну­ты только путем существенного усложнения и удо­рожания конструкции и за счет ухудшения других показателей. Например, работоспособность ССК при отрицательных температурах, как того требует ГОСТ Р 12.4.220—2001, достигается при использо­вании дорогих литий-содержащих поглотителей. Известковые химические поглотители ХПИ в этих условиях неработоспособны. Для увеличения ВЗД в состоянии покоя, согласно ГОСТ Р 14.2.220—2012 (разработан взамен ГОСТ Р 12.4.220—2001 и всту­пит в действие 01.12.2013), необходимо оснащать ССК системой легочно-автоматической подачи кислорода по типу используемой в Р-30. Для осталь­ных типов ССК ВЗД в состоянии покоя равно но­минальному ВЗД. Кстати, в самоспасателе ЕВА-6.5 (номинальное ВЗД 60 мин для условий MSHA/ NIOSH), в котором, как утверждается в [3], реали­зовано увеличение ВЗД в состоянии покоя, имеется переключатель, обеспечивающий изменение посто­янной подачи кислорода от 1,26 до 2,62 дм3/мин в условиях STPD, т.е. для режимов от средней до тя­желой физической нагрузки [8, 9]. А вот наличие постоянной подачи кислорода, соответствующей режиму покоя, или системы легочно-автоматиче­ской подачи нами в [8, 9] не обнаружено. Упомянем также, что масса самоспасателя ЕВА-6.5 составляет 4,17 кг. В нем используются достаточно дорогие ком­позитный баллон и химический поглотитель на ос­нове гидроокиси лития. Масса же нашей последней разработки — самоспасателя ШСС-ТМ (с тем же номинальным ВЗД 60 мин) составляет 2,35 кг, т.е. почти в 2 раза меньше. Разница очевидна. Более подробное описание последних разработок ОАО «Корпорация «Росхимзащита» приведено во второй части статьи.

Теперь остановимся на спорных аргументах ав­торов [2, 3], которые говорят о том, что чем выше содержание-кислорода в регенеративном продукте, тем лучше такой самоспасатель и именно в этом заключается преимущество китайского продукта перед отечественным. «Пониженное» содержание кислорода в продуктах типа ОКЧ якобы ведет к уве­личению массы отечественных самоспасателей для обеспечения необходимого ВЗД.

Приведенные аргументы не выдерживают кри­тики: самоспасатели, разработанные с применени­ем, отечественного регенеративного продукта с так называемым «недостаточным», по терминологии [3], содержанием кислорода, обеспечивают заявлен­ное в документации ВЗД и превосходят китайские аналоги по ВЗД, отнесенному к массе самоспасате­ля (табл. 2). Специально проведенные в ОАО «Кор­порация «Росхимзащита» испытания показали, что номинальное ВЗД образцов самоспасателя ШСС-Т, снаряженного продуктом ОКЧ-ЗМ с массовой до­лей активного кислорода 24,53 % (при норме — не менее 25 %), составило не менее 67 мин, т.е. на 10 % больше требуемого.

Кроме того, хорошо известно, что в ходе реакции регенерации выделение кислорода сопровождается выделением тепла, что ведет к увеличению темпера­туры вдыхаемой ГДС. То есть, чем больше выделение кислорода, тем больше тепла попадает в органы ды­хания. Поэтому избыточное содержание кислорода в регенеративном продукте вредно отражается на усло­виях дыхания, растут содержание кислорода, темпера­тура ГДС на вдохе и температура поверхности футляра.

Также прокомментируем утверждение о якобы чрезвычайном вреде для человека асбеста, содержа­щегося в продуктах типа ОКЧ [2]. Авторы, видимо, не знают, что в процессе производства отечественных регенеративных продуктов формованные блоки, таб­летки или гранулы подвергаются термообработке при температуре 150—300°С в течение 3—8 ч.

Таблица 2

Показатели Значение показателя при использовании самоспасателя
ZH-30E ZH-60 OSR КЗО
ШСМ-Т
Заявленное ВЗД, мин, при 35 дм2/мин 30 60 30 30
Фактическое ВЗД, мин, при 35 дм3/мин 27 45 44 39-41
Удельное ВЗД, мин/кг
 
13,6* 20,0*
11,2** 20,0* 25,3**
Фактическое ВЗД, мин, при70дм3/мин 14 17-19
Масса, кг 2,4 2,2 1,5
Температура на вдохе, °С 39,0* 49-50*
35,5** 43,5** 44,0**
Сопротивление дыханию, Па, при 35 дм3/мин 340/390* 490/490*
250/980** 250/980** 390/390**

* За номинальное ВЗД при 35 дм3/мин.
** За фактическое ВЗД при 35 дм3/мин.


В результате термообработки меняется морфология поверхности волокон хризотил-асбеста и изменяется структура хризотила на форстерит и энстатит, за счет этого сни­жается биологическая агрессивность асбеста, в том числе канцерогенность [10]. Кроме того, регенератив­ные патроны СХСК в обязательном порядке оснаща­ются фильтрами, препятствующими попаданию пыли в дыхательные пути, а необходимые для безопасности проверки регламентированы ГОСТ Р 12.4.220—2001. Это делает эксплуатацию продуктов типа ОКЧ в самоспасателях безопасной для здоровья пользователя.

Сравнительные характеристики самоспасателей, приведенные в табл. 3, подтверждают несомненные эксплуатационные преимущества СХСК.

Мы поддерживаем мнение авторов [2], что та­кие сравнения необходимо проводить в одинаковых условиях испытаний. Следует упомянуть, что режи­мы определения ВЗД ССК и СХСК, отраженные в ГОСТ Р 12.4.220—2012, унифицированы.

Отдельно остановимся на проблемах безопасно­сти использования шахтных самоспасателей. Когда заходит разговор о том, что для подтверждения по­жаробезопасности шахтных самоспасателей надо бы проверять ССК на раздавливание прессом по ГОСТ Р 12.4.220—2001, которое имитирует обру­шение породы, оппоненты в один голос заявляют: разве можно раздавливать аппараты на баллонах с кислородом, ведь они взорвутся или воспламенятся. Но СХСК в обязательном порядке проходят такую проверку (и ее выдерживают), а обрушение породы в шахтах возможно и уж никак не зависит от типа самоспасателя. Аналогичная ситуация складывает­ся по отношению к возможному воздействию масел: если новые регенеративные продукты вообще не ре­агируют с маслом, то в самоспасателях со сжатым кислородом категорически нельзя допускать попадания на редуктор даже следов масла или замаслен­ных тряпок.

Проанализируем результаты испытаний само­спасателей китайского производства (представлены одним из авторов статей [2, 3]) в аккредитованном центре «Спиротехнотест». Были испытаны пять са­моспасателей: два со сжатым кислородом (ZY-60 и ZY-120 с заявленным номинальным ВЗД 60 и 120 мин соответственно) и три с химически связанным кис­лородом (ZH-30E, ZH-60 и OSR К3О с заявленным номинальным ВЗД 30, 60 и 30 мин соответственно). Испытания проводились по ГОСТ Р 12.4.220—2001 при легочной вентиляции 35 дм3/мин для СХСК и 30 дм3/мин для ССК.

Таблица 3

Показатели СХСК ССК
Условия дыхания Соответствуют норматив­ным документам Соответствуют нормативным документам
Время защитного действия при снижении нагрузки Увеличивается согласно ГОСТ Р 12.4.220—2012 Увеличивается только для самоспасателей с легочно-автоматической подачей кислорода согласно ГОСТ Р 12.4.220—2012
Устойчивость к эксплуатационным воздействиям в условиях шахт Устойчивы в течение 5 лет Поглотитель ХПИ не выдерживает механиче­ские воздействия
Необходимость использования при эксплуатации стендов для проверок и компрессорного оборудования Отсутствует Имеется
Необходимость аппаратурных про­верок при эксплуатации
Необходимость перезарядки и за­мены химического вещества

 

Из пяти образцов фактическое ВЗД четырех са­моспасателе меньше заявленного. Так фактическое ВЗД самоспасателя ZY-60 составило 34 мин (57 % заявленного), ZY-120 — 84 мин (70 % заявленного), причем испытания были прекращены при достиже­нии объемной доли диоксида углерода во вдыхаемой ГДС предельного значения — 3 %, что свидетельст­вует о недостаточном количестве в самоспасателях поглотителя диоксида углерода — ХПИ. Удовлет­ворительные результаты получены только при ис­пытаниях самоспасателя OSR КЗО с заявленным номинальным ВЗД 30 мин, что достигнуто за счет использования регенеративного продукта с низкой плотностью и развитой поверхностью. Однако в OSR КЗО отсутствует поджим регенеративного про­дукта, что в условиях шахт непременно приведет к превращению его в пыль со всеми вытекающи­ми последствиями — снижению до непредсказуемой величины ВЗД. Например, самоспасатель Lafe Saver (масса без ремня 2,8 кг, номинальное ВЗД 60 мин) не выдержал проверок после эксплуатации на шахтах в течение года из-за разрушения продукта. Результаты сравнительных испытаний китайских самоспасателей и ШСМ-Т см. в табл 2.

Кроме того, следствие низкой плотности реге­неративного продукта — его низкая прочность. В табл. 4 приведены характеристики регенеративно­го продукта китайского производства в сравнении с ОКЧ-3 отечественного производства, из которой видно, что регенеративный продукт китайского про­изводства имеет меньшую прочность и плотность.

Таблица 4

Массовая доля 
активного кис­лорода, %
Фракционный состав Прочность основной 
фракции, %
Плотность, 
г/см3
мм %
Зерненный продукт торговой фирмы «Тяньювулю», Китай
30 > 6,5 0 47 1,11
  5,5-6,5 4,2    
  3,5-5,5 91,4    
  1,0-2,0 0,4    
  < 1,0 0    
Продукт ОКЧ-3 (требования технических условий)
25 >6,5 2 Не менее 90 1,42-1,48
  5,5-6,5 Не более 25    
  3,5-5,5 Не регламенти­рован    
  1,0-3,5 Не более 20    
  < 1,0 Не более 3    

 

Что касается обвинения в [2] в адрес украинских коллег о недопустимости использования после соответствующих процедур регенеративного продукта из самоспасателей с истекшим гарантийным сро­ком хранения, то на основании многочисленных данных мы можем подтвердить, что регенеративные сохраняют свои характеристики до 25 лет

Хотя некоторые специалисты в области создания шахтных самоспасателей сочли недостойным полемизировать с авторами статей [1-3] ГНЦ РФ — ИМБП РАН и ОАО «Корпорация «Росхимзащита» придерживаются мнения, что организации, непо­средственно эксплуатирующие такие самоспасатели, должны знать истинное положение вещей и мнение технических специалистов, а не коммерсантов, продвигающих свой товар.

 

Список литературы

1. Огурецкий В.А., Егоров В.Н. Размышления об исполь­зовании самоспасателей изолирующих с химически свя­занным кислородом на угольных шахтах// Безопасность труда в промышленности. — 2012. — № 4. — С. 54-60.

2. Немцев А. В., Уэстморлэнд Э.М. Актуальные вопросы применения изолирующих промышленных самоспаса­телей. Часть 1. Самоспасатели на химически связанном кислороде// Безопасность труда в промышленности. — 2013. -№ 2. -С. 62-66.

3. Немцев А.В., Вэстморлэнд Э.М. Актуальные вопросы применения изолирующих промышленных самоспаса­телей. Часть 2. Самоспасатели со сжатым кислородом// Безопасность труда в промышленности. — 2013. — № 3. — С. 60-65.

4. Диденко Н.С. Регенеративные респираторы для горно-спасательных работ. — М.: Недра, 1990. — 160 с.

5. ГОСТ Р 12.4.220—2001. Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Аппараты изолирующие авто­номные с химически связанным кислородом (самоспаса­тели). Общие технические требования. Методы испыта­ний — М.: Изд-во стандартов, 2001. — 19 с.

6. European Standard EN 13794:2002. Respiratory protective devices — Self-contained closed circuit breathing apparatus for escape — Requirements, testing, marking. — European Committee for Standardization, 2002.

7. Физиолого-гигиенические требова­ния к изолирующим средствам индиви­дуальной защиты. — М.: Минздрав СССР, 1981.

8. Instruction manual for Ocenco Incorporated ЕВА . 6.5 60 minute self- contained self rescuer. Manual Number NH13747. Revision A ECN 2384, September 7, 2000.

9. Kyriazi N., John P. Shubilla Self- Contained Self-Rescuer Field Evaluation: Sixth-Phase Results, U.S. Departement of Health and Human Services, Yuly 2000, Information Circular 9451.

10. Электрические свойства поверх­ности волокон и токсичность асбеста/ Л.Н. Пылев, Л.А. Васильева, ГА. Кринари и др.// Гигиена и санитария. — 2002. -№3. -С. 61-64.

isz@roshimzaschita.ru

Наши партнеры