CC BY
8
III. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ГОРНЫХ РАБОТ III. TECHNOLOGICAL QUESTIONS OF MINING WORK SAFETY
| В.С. Бабков //V.S. Babkov babkov@zavkomepc.com
Старший эксперт ООО «Второе Дыхание», Россия, 392030, г. Тамбов, ул. Урожайная, д.2д Senior Expert, LLC "Second Breath", Russia, 392030, Tambov, st. Urozhainaya, 2d.
I В. Н. Костеренко // V.N. Kosterenko KosterenkoVN@suek.ru
канд. физ.-мат. наук, начальник управления противоаварийной
устойчивости предприятий АО «СУЭК», Россия, 115054, г. Москва science candidate in Physics and Mathematics, JSC "SUEK" Enterprises Emergency Stability Department Head, 115054, Moscow, Russia
I С.Б. Путин //S.B. Putin putins@mail.ru
канд. техн. наук, доктор экон. наук, доцент, почетный химик РФ, лауреат государственной премии и премии правительства РФ в области науки и техники, директор по развитию ООО «Второе Дыхание», Россия, 392030, г. Тамбов, ул. Урожайная, д.2д Candidate of Technical Sciences, Doctor of Economics , Associate Professor, Honorary Chemist of the Russian Federation, Laureate of the State Prize and the Prize of the Government of the Russian Federation in the field of science and technology, Development Director of LLC "Second Breath",Russia, 392030, Tambov, st. Urozhainaya, 2d.
УДК 622.8:331.453
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОДОЛЖЕНИЯ ДЫХАНИЯ В ИЗОЛИРУЮЩЕМ САМОСПАСАТЕЛЕ С ХИМИЧЕСКИ СВЯЗАННЫМ КИСЛОРОДОМ ПОСЛЕ ПЕРЕРЫВА В ЕГО РАБОТЕ
THE STUDY OF CONTINUING BREATHING IN SELF-CONTAINED SELF-RESCUER WITH CHEMICALLY BOND OXYGEN AFTER THE INTERRUPTION OF ITS WORK
В статье кратко изложена часть результатов НИР, выполненной ООО «Второе Дыхание» по заданию АО «СУЭК». Предметом исследований был шахтный самоспасатель на химически связанном кислороде и его способность продолжать работу после повторного включения. Проведен анализ параметров, влияющих на возможность продолжения работы в самоспасателе после перерыва. Исследованы границы параметров, внутри которых самоспасатель продолжал работать, после повторного включения. Проведен анализ полученных результатов и сделаны выводы, которые направлены на повышение защищенности горнорабочих и на совершенствование шахтных самоспасателей на химически связанном кислороде. Также даны рекомендации и предложения, которые могут быть использованы при подготовке и обучении пользователей самоспасателей. The article summarizes a part of the research results carried out by LLC "Second Breath" the order of JSC "SUEK". The subject of research was a mine self-rescuer with chemically bound oxygen and its ability to continue working after being switched on again. The analysis of parameters influencing the possibility of continuing work in the self-rescuer after a break is carried out. The boundaries of the parameters, within which the self-rescuer continued to work, after restarting, were investigated. The obtained results analysis is carried out and conclusions are drawn, that are aimed at increasing the miners' safety and at improving mine self-rescuers using chemically bound oxygen. Also, recommendations and suggestions are given that can be used in self-rescuer users' preparation and training.
Ключевые слова: ШАХТНЫЙ САМОСПАСАТЕЛЬ, ШАХТА, ЗАГУБНИК, ВРЕМЯ ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ, РЕСУРС САМОСПАСАТЕЛЯ, ИМИТАТОР ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ ЧЕЛОВЕКА,
ИСКУССТВЕННЫЕ ЛЕГКИЕ, ВКЛЮЧЕНИЕ В САМОСПАСАТЕЛЬ, ВЫКЛЮЧЕНИЕ ИЗ САМОСПАСАТЕЛЯ, ХИМИЧЕСКИ СВЯЗАННЫЙ КИСЛОРОД, ГАЗОВАЯ ДЫХАТЕЛЬНАЯ СМЕСЬ, ЛЕГОЧНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ, ЧАСТОТА ДЫХАНИЯ, ДЫХАТЕЛЬНЫЙ МЕШОК, СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЫХАНИЮ, РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПРОДУКТ.
Key words: MINE SELF-RESCUER, MINE, MOUTHPIECE, PROTECTIVE TIME, SELF-RESCUER RESOURCE, HUMAN EXTERNAL RESPIRATION SIMULATOR, ARTIFICIAL LUNGS, INCLUSION IN A SELF-RESCUER, SHUTDOWN FROM A SELF-RESCUER, CHEMICALLY BOUND OXYGEN, BREATHING GAS MIXTURE, LUNG VENTILATION, RESPIRATORY RATE, BREATHING BAG, BREATHING RESISTANCE, REGENERATIVE PRODUCT.
Введение
Одним из ключевых условий сохранения жизни человеком, оказавшимся в шахте, в среде, непригодной для дыхания, является своевременное и правильное применение шахтного самоспасателя изолирующего типа (ШС). Согласно требованиям [1]:
- работники шахты и подрядных организаций, занятые на работах в горных выработках шахты, должны быть обеспечены постоянно закрепленными за ними самоспасателями, головными светильниками и техническими устройствами определения местоположения, аварийного оповещения, поиска и обнаружения;
- работникам шахты, подрядных организаций, чья деятельность связана с посещением шахты (как и вообще всем, кто спускается в шахту), в горных выработках запрещается нахождение без самоспасателей, головных светильников и технических устройств определения местоположения, аварийного оповещения, поиска и обнаружения.
Согласно требованиям [1] на шахтах разрабатываются планы ликвидации аварий (ПЛА), определяющие порядок действий по спасению людей и ликвидации аварий в начальный период возникновения и предупреждения ее развития. В качестве мероприятий ПЛА по спасению людей заранее определяются маршруты запасных выходов людей в безопасное место (в выработки со свежей струёй воздуха или на поверхность).
Анализ ПЛА показывает, что при авариях люди в ШС при движении по маршрутам до сопряжения с горной выработкой, проветриваемой свежей струей воздуха, могут находиться в задымленных выработках значительно меньшее время, чем время защитного действия (ВЗД) их изолирующих самоспасателей: от 5 до 20 мин против 60 и более минут. Дальнейшая эвакуация персонала на поверхность по горным выработкам, проветриваемым свежей струей воздуха, может занимать более 1 ч, и все это время человек фактически нарушает требования [1], находясь в шахте без самоспасателя, поскольку после выключения из него, самоспасатель счи-
тается использованным.
В настоящее время в эксплуатационных документах (например 2, 3 ) на ШС отечественного и зарубежного производства указывается, что при их использовании запрещается:
- извлекать загубник изо рта и снимать носовой зажим в загазованной зоне;
- подсасывать атмосферный или рудничный воздух до выхода на свежую струю;
- допускать обжатие дыхательного мешка руками или за счет контакта с окружающими предметами во избежание нехватки газовой дыхательной смеси на вдох;
- повторно включаться в использованный самоспасатель.
При этом использованным считается самоспасатель, из которого выключился (прекратил использовать по назначению) горнорабочий в шахте независимо от продолжительности первоначального включения.
Безоговорочный запрет на повторное включение связан с отсутствием исследований о сохранении защитных функций самоспасателя после паузы в работе и, следовательно, с отсутствием оснований для определения длительности перерыва в работе самоспасателя, не приводящего к полной невозможности выполнения им задачи защиты органов дыхания человека.
Однако опыт эксплуатации самоспасателей на объектах, связанных с проведением подземных горных работ, показывает, что имеют место случаи, когда пользователь роняет загубник в результате падения, зацепления за выступающие предметы в условиях плохой видимости либо извлекает загубник самостоятельно из-за необходимости подать сигнал или команду голосом или из-за скопления во рту слюны, першения в горле, кашля, рвоты и прочего. Формально после этого включаться в самоспасатель повторно пользователю запрещено.
В настоящей статье рассматривается возможность повышения эффективности применения ШС в нештатных ситуациях, связанных с произвольным или непроизвольным временным выключением человека из самоспасателя и по-
вторным включением в него. В статье кратко изложены результаты части НИР, выполненной ООО «Второе Дыхание», г. Тамбов по заданию АО «СУЭК», г. Москва в 2019 г. В рамках этой НИР решены задачи по проведению исследований образцов самоспасателей ШСС-ТМ и установлена потенциальная возможность продолжения дыхания в самоспасателе после перерыва в работе, а также определены границы этой возможности.
материально техническое и
методическое обеспечение исследований
Для проведения исследований были выбраны ШС типа ШСС-ТМ, которые широко представлены на российском рынке и имеют положительные отзывы пользователей. При проведении работы было использовано 75 новых ШСС-ТМ.
Выбранная методика исследования возможности повторного включения в самоспасатель после паузы в работе базируется на известном и общепринятом методе проверки качества изолирующих средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) - динамических испытаниях на установках типа «Искусственные легкие». Преимуществом таких испытаний являются: строго определенный стабильный режим работы, объективность и воспроизводимость результатов. Схема установки для проведения испытания представлена на рисунке 1.
Поскольку все основные показатели изолирующих самоспасателей (время защитного действия, эргономические характеристики) нормируются применительно к испытаниям на имитаторе дыхания, то результаты, полученные при проведении испытаний в рамках настоящей работы, могут легко интерпретироваться специалистами и использоваться при прогнозировании поведения других моделей ШС и изолирующих
СИЗОД на химически связанном кислороде в аналогичных условиях.
Для проведения испытаний выбран режим легочной вентиляции и подачи диоксида углерода, соответствующий номинальному режиму по ГОСТ 12.4.292-2015, который наиболее часто используется для технического контроля качества ШС как наиболее отвечающий условиям дыхания горнорабочего при выходе в самоспасателе из аварийного участка 4,5].
Для проведения динамических испытаний самоспасателей при выполнении данной работы использовался аттестованный стенд имитации внешнего дыхания (ИВД) «ОКСИ РОБОТ 4.0/85», производства ООО "Второе Дыхание", г. Тамбов. Так как он являлся основным инструментом при проведении исследований, то дадим его краткое описание.
имитатор внешнего дыхания человека
Существует несколько основ для конструкций ИВД - это мембраны, поршни, меха и сильфон. Все они имеют свои достоинства и недостатки, которые хорошо известны [4,6-12]. Как правило, все известные ИВД вполне качественно обеспечивают режимы, заданные в существующих стандартах, но не предоставляют пользователям достаточные возможности для исследований и проверки параметров изолирующих дыхательных аппаратов (ИДА) в условиях переменной нагрузки (изменение частоты и глубины дыхания) или отличающихся от стандартных. Например, у существующих ИВД нет возможности повторения пневмотахограмм (спи-рограмм), записанных у конкретного человека, а соответственно нет возможности проверить ИДА в условиях эксплуатации, приближенных к реальным.
«ОКСИ-РОБОТ» является инновационной
Таблица 1 - Характеристики ШСС-ТМ. Table 1 - Characteristics of SHSS-TM.
ВЗД, мин, не менее, при нагрузке: - в покое (ЛВ 10 дм3/мин) - средней тяжести (ЛВ 35 дм3/мин) - тяжёлой (ЛВ 70 дм3/мин) 260
60
18
Температура вдыхаемой газовой дыхательной смеси (ГДС), °С, не более 55
Сопротивление дыханию, Па, не более при нагрузке: - средней тяжести - тяжёлой 980 1960
Габаритные размеры, мм 113x146x245
Масса, кг, не более 3,0
Рисунок 1. Схема установки для проведения исследований ШС.
Figure 1. Installation diagram for researching mine self-rescuers
разработкой и имеет значительные отличия от существующих ИВД типа «искусственные легкие» [4], основным из которых является возможность динамического изменения параметров «дыхания» в ходе проведения эксперимента, а также полного повторения дыхания конкретного человека при любой динамически меняющейся нагрузке. Для повторения дыхания конкретного человека необходимо записать требуемую спи-рограмму и ввести ее в программу управления ИВД.
Наиболее совершенным ИВД до разработки «ОКСИ-РОБОТ», который мог достаточно «близко» повторять заданные кривые дыхания, был французский «SIMULATEUR RESPIRATOIRE S 2000», разработанный фирмой Fenzy SAS (в настоящем подразделение "Honeywell"). Авторам удалось провести испытания на нем и убедиться в целом ряде недостатков, которые были учтены и устранены при разработке «ОК-СИ-РОБОТ». В частности, французский ИВД не обеспечивал заданных параметров температуры и влажности на выдохе при изменении объема и частоты легочной вентиляции, что не по-
зволяло получать достоверные результаты при испытании ИДА с замкнутым циклом (аппараты со сжатым кислородом и химически связанном кислородом). В ИДА «ОКСИ-РОБОТ» эта очень сложная и нетривиальная задача была решена.
Технически «ОКСИ-РОБОТ» отличается от аналогов следующим:
• высоким уровнем автоматизации (управление полностью осуществляется через персональный компьютер);
• наивысшей скоростью выхода на режим по всем параметрам - до 15 минут;
• высокой производительностью (перерыв между последующими испытаниями не более 5 минут);
• автоматической самодиагностикой неисправностей и проверкой собственной герметичности;
• простотой использования, которая позволяет быстро освоить все возможности ИВД, что позволяет оператору без специальной подготовки эксплуатировать стенд;
• низкой стоимостью владения, модульной заменой неисправных частей, что значительно снижает время простоя;
• автономностью работы (не требует постоянного присутствия человека, что экономит рабочее время оператора);
• уникальными массогабаритными параметрами (масса менее 50 кг), которые позволяют легко перемещать ИВД при необходимости.
Для проведения испытаний ИДА в различных климатических условиях, в том числе в условиях Арктики, для «ОКСИ-РОБОТ» был разработан уникальный надуваемый и подогреваемый макет головы человека, управляемый от ИВД и позволяющий исключать потерю тепла и влаги на линии передачи дыхательной смеси от ИВД до климатической камеры и имеющий собственную автоматическую систему подогрева, обеспечивающую на выдохе необходимую температуру. Это позволяет испытывать ИДА в условиях низкой температуры (- 400С и ниже).
ИВД «ОКСИ-РОБОТ» автоматически сохраняет всю информацию, получаемую от датчиков в электронной базе данных, что создает основу для применения любых программных аналитических инструментов, инструментов математического моделирования. Это также является существенным преимуществом по сравнению со многими ИВД, используемыми на сегодняшний день в науке и производстве.
Рассматриваемый ИВД предоставляет достаточные возможности для проведения испытаний ИДА и решения обозначенных задач, ко-
торые могут быть использованы и для решения других задач, связанных с разработкой и применением ИДА.
исследование работы шс после их первичного включения и перерыва в работе при номинальном режиме
Матрица экспериментов была построена исходя из предположений, которые подтверждаются многими работами [4,5], что успех повторного включения в ШС с возобновлением функций регенерации ГДС будет зависеть от комбинации нескольких факторов:
- степени фактического израсходования надпероксида калия (КО2) или от того, какое количество КО2 остается доступным для продолжения реакции регенерации к моменту наступления паузы;
- значения температуры шихты внутри регенеративного патрона (РП), достигнутой к моменту наступления паузы;
- степени снижения температуры внутри РП за время паузы;
- дыхательной нагрузки на ШС, создаваемой человеком или установкой типа ИЛ при повторном включении.
На основании данных предположений построена матрица экспериментов, приведенная в таблице 2.
результаты исследований
Проведенное исследование и обработка полученных данных убедительно показывает, что при определенных условиях самоспасатель после повторного включения способен обеспечить регенерацию газовой дыхательной смеси
Таблица 2 - Матрица экспериментов Table 2 - Experiment Matrix
(ГДС) и защитить человека в непригодной для дыхания атмосфере.
Для наглядности выбран способ представления результатов с цветовой кодировкой, приведенный в таблице 3.
Из данных таблицы 3 следует:
1. Успешные повторные запуски самоспасателей после паузы наблюдались при всех проверенных интервалах времени работы до наступления паузы, если за время паузы температура снижалась не более чем на 10 0С (длительность паузы составляла до 1 мин).
2. При времени отработки самоспасателя до наступления паузы до 15 мин. степень снижения температуры внутри РП не привела к отказам при повторном включении, при этом длительность паузы достигала 290 минут при остывании до 28,5 0С.
3. Для самоспасателей, проработавших до паузы более 15 мин, повторное включение не было успешным, если снижение температуры внутри РП соответствовало достижению практически равновесных условий теплообмена с окружающей средой (при остывании до «комнатной» температуры 28,5 0С).
4. Самоспасатели, отработавшие до паузы 25 и 35 мин, успешно возобновляли работу после паузы, если длительность паузы составляла не более 70 мин и изменение температуры в РП за время паузы не превышало 150 0С.
5. Самоспасатели, отработавшие до паузы 45 мин, а также отработавшие до паузы 25 и 35 мин. и охлажденные за время паузы на 200 0С и более, демонстрируют неустойчивую динамику возможности успешного повторного включения. Наблюдались как успешные повторные запуски,
Нижняя граница «остывания»* Время отработки до паузы, мин
55 45 35 25 15 5
Количество испытаний, шт
Т (пауза 1 мин) макс V ■» ' 2 1 1 1 1 1
Т1=Т -50 макс 2 2 1 1 1 1
Т2=Т -100 макс 1 3 2 2 1 -
Т3=Т -150 макс - 4 2 2 1 -
Т4=Т -200 макс - 4 2 2 2 -
Т = 28,5 0С мин ' - - 3 1 1 2
Примечания: * Тмакс - температура внутри РП в момент перехода в режим «пауза»; Т1, Т2, Т3, Т4 - температура внутри РП, которая должна быть достигнута при естественном охлаждении за время паузы и которая определяет длительность паузы при проведении испытаний; Тмин - условно комнатная температура внутри РП, при достижении которой дальнейшее охлаждение в условиях лаборатории неэффективно.
Таблица 3 - Способ представления результатов с цветовой кодировкой Table 3 - Color-coded presentation of results
Код границы остывания Снижение температуры внутри РП за время паузы, 0С Время отработки до паузы, мин
55 45 35 25 15 5
Оценка успешности повторного включения, % (Количество проведенных испытаний, шт.)
Тмакс <11 100 (2) 100 (1) 100 (1) 100 (1) 100 (1) 100 (1)
Т1 50 0 (2) 50 (2) 100 (1) 100 (1) 100 (1) 100 (1)
Т2 100 0 (1) 100 (3) 100 (2) 100 (2) 100 (1)
Т3 150 50 (4) 100 (2) 100 (2) 100 (1)
Т4 200 50 (4) 50 (2) 50 (2) 100 (2)
Тмин >200 0 (3) 0 (1) 100 (1) 100 (2)
Цвет ячейки, обозначающий успешность возобновления самоспасателями функции регенерации ГДС
Успешно
Неуспешно
Половина успешно, половина неуспешно
так и отказы. Выделяется так называемая «пограничная зона», где вероятность успешно «раз-дышать» самоспасатель предварительно была оценена в 50%.
6. Для самоспасателей, которые проработали до наступления паузы 55 мин (то есть практически выработали свой защитный ресурс) успешное повторное включение наблюдалось только при кратковременной паузе, длительностью не более 1 мин.
На рисунке 2 показана зависимость ВЗД для самоспасателей, которые успешно возобновили работу после паузы от времени работы до паузы с привязкой к длительности паузы.
Из графика видно, что при времени работы до паузы 5^35 мин общее ВЗД самоспасателя составляет 65^70 мин. С увеличением времени работы до паузы более 40 мин снижается не только ВЗД после паузы, но и несколько снижается общее ВЗД самоспасателя, оставаясь в целом близким к номинальному ВЗД (60 мин), что естественным образом объясняется уменьшением количества надпероскида калия в РП.
Отмеченную тенденцию к снижению общего ВЗД можно объяснить тем, что при увеличении времени работы до паузы более 40 мин происходит сильный разогрев регенеративного продукта в РП, что с учетом накопления легкоплавких гидратов гидроксида калия (КОНпН2О) приводит к оплавлению части шихты [2]. Во время паузы расплав кристаллизуется из-за снижения температуры и блокирует часть неотработанного КО2 от взаимодействия с ГДС.
На рисунке 3 приведены сравнительные графики зависимости среднего ВЗД после паузы от разности температуры внутри РП в начале и в конце паузы, построенные для групп самоспасателей с одинаковым временем работы до паузы. Из рисунка 3 видно снижение ВЗД после паузы у самоспасателей, которые проработали до паузы более 35 мин, и при этом температура шихты снизилась за время паузы более чем на 200 0С. В расчете среднего ВЗД учтены все результаты испытаний, независимо от успешности повторного включения.
исследование работы шс после их первичного включения и перерыва в работе при различной легочной вентиляции
Для оценки возможности повторного включения в самоспасатель при легочной вентиляции 25, 30, 45 дм3/мин было проведено два этапа исследований.
На первом этапе было проведено 11 экспериментов с фиксированным временем паузы. Результаты по критерию успешности повторного запуска приведены в таблице 4. В ячейках таблицы указано количество испытанных самоспасателей.
Как следует из приведенных данных, при нагрузке, соответствующей легочной вентиляции 45 дм3/мин и продолжительности паузы более 30 мин, самоспасатель утрачивает способность к успешной регенерации ГДС после повторного включения. В остальных случаях самоспасатели
Рисунок 2. Зависимость ВЗД для самоспасателей, которые успешно возобновили работу после паузы от времени работы до паузы с привязкой к длительности паузы Figure 2. Dependence of PAT for self-rescuers that successfully resumed work after a pause from the operating time to the
pause with reference to the duration of the pause
Рисунок 3. Cравнительные графики зависимости среднего ВЗД после паузы от разности температуры внутри
РП в начале и в конце паузы
Figure 3. Comparative graphs of the dependence of the average PAT after a pause on the temperature difference inside
the RP at the beginning and at the end of the pause
успешно возобновили работу после паузы.
Поскольку было выполнено только по одному испытанию для каждого режима, приведённых в таблице 4, планируется продолжить испытания, в том числе с участием добровольцев с целью получения объективной оценки вероятности успешности повторного включения.
Во втором этапе проводились испытания самоспасателей с циклом включения и выключения 15 мин.
Три эксперимента были проведены с целью проверки потенциальной возможности многократного повторного включения в самоспасатель после паузы фиксированной длительности. Испытания проводились до превышения объемной концентрации диоксида углерода во вдыхаемой ГДС более 5%.
Результаты испытаний представлены в таблице 5.
Из данных таблицы 5 следует, что при всех проверенных нагрузках самоспасатели обеспечили не менее 3 циклов работы длительностью 15 мин при повторном включении после пауз.
Наглядное представление о характере работы самоспасателей при периодическом прерывании работы и повторном включении можно получить, рассмотрев графики зависимости объемной концентрации диоксида углерода в ГДС на вдохе и температуры внутри РП и на его поверхности от времени работы. Графики представлены на рисунках 4-6. Объемная концентра-
ция диоксида углерода для ряда «СО2 Вдох» для удобства сравнения вынесена на вспомогательную шкалу.
График температуры внутри РП показывает характерную динамику затухания и возобновления процесса регенерации при переходе самоспасателя в состояние паузы и повторном включении в работу. С некоторой задержкой и в значительно меньшей степени изменяется температура на поверхности корпуса самоспасателя, что связано с наличием теплоизолирующего слоя из полиуретановой пены между стенкой РП и элементом корпуса.
Графики изменения объемной концентрации диоксида углерода во вдыхаемой ГДС наглядно отображают процесс снижения сорб-ционной емкости регенеративного продукта по диоксиду углерода, причем как во время цикла работы самоспасателя, так и за время паузы.
Снижение сорбционной емкости проявляется в том, что при повторном включении самоспасателя после паузы значение объемной концентрации диоксида углерода на вдохе устанавливается несколько выше значения, достигнутого к моменту наступления паузы. Это говорит о том, что процессы, протекающие в регенеративном продукте, не останавливаются одномоментно при прекращении дыхания и переходе в режим паузы, но некоторое время протекают за счет воды и диоксида углерода, сорбированными шихтой, а также содержащимися
Таблица 4. Результаты экспериментов для каждого режима Table 4. Experimental results for each mode
Пауза, мин Легочная вентиляция, дм3/мин
25 30 45
Время работы до наступления паузы 35 мин
15 1 1 1
30 1 1 1
60 1 1 1
Пауза, мин Время работы до наступления паузы 15 мин
30 - - 1
60 - - 1
Таблица 5. Результаты тестов самоспасателей при всех проверенных нагрузках Table 5. Self-rescuers test results at all tested loads
Легочная вентиляция, дм3/мин Количество циклов работы Количество пауз Длительность последнего цикла работы перед завершением, мин Общее фактическое ВЗД, мин
25 6 5 14,0 89,0
30 5 4 12,0 72,0
45 4 3 1,5 46,5
Цикл "работа-пауза" по 15 мни Легочная вентиляция 25 дм-/мин
1
/
s ■— _jA Г
/ Л ri
1 1 г 1 1 j
' £ Ё
6 К g
1
J I
в
1
160 ISO
ftpevfl. НИН
-Внутри рп Корпус —со; 1С:.-
Рисунок 4. Результаты испытаний самоспасателя ШСС-ТМ с участием испытателя-добровольца с имитацией цикла «работа - пауза»
Figure 4 - Results of tests of the self-rescuer SHSS-TM with the participation of a volunteer tester with imitation of the cycle
"work - pause"
Цикл "работа-пауза'1 no 15 мин Легочная нешиляция 30дмэДиш
$ I
F. 3
120 140
Нремя, мин
-Ннутрн |3П Корптс -( 4 )2 Вдо«
Рисунок 5. Результаты испытаний самоспасателя ШСС-ТМ с участием испытателя-добровольца с имитацией цикла «работа - пауза»
Figure 5. Results of tests of the self-rescuer SHSS-TM with the participation of a volunteer tester with Imitation of the cycle
"work - pause"
Цикл "работа-пауза" по 15 мин Легочная вентиляция 45 дм3/мин
90 100
Бремя, млн
-Внутри РП Корпус -С02 Вдох
Рисунок 6. Результаты испытаний самоспасателя ШСС-ТМ с участием испытателя-добровольца с имитацией цикла «работа - пауза»
Figure 6. Results of tests of the self-rescuer SHSS-TM with the participation of a volunteer tester with imitation of the cycle
"work - pause"
78
Таблица 6. Программа испытаний самоспасателя с имитацией неоднократного перерыва и включения в ШС Table 6. Self-rescuer test program with simulation of repeated interruption and inclusion in MS
№ этапа Физическая ак- Включение в само- Длительность, Скорость дви- Угол наклона
тивность спасатель мин жения, км/ч беговой дорожки, град
1 Ходьба Включен 15 3,2 4
2 Ходьба Выключен 15 3,2 4
3 Ходьба Включен 15 3,2 4
4 Ходьба Выключен 15 3,2 4
5 Ходьба Включен 15 3,2 4
6 Ходьба Выключен 15 3,2 4
7 Ходьба Включен 15 3,2 4
8 Ходьба Выключен 15 3,2 4
9 Ходьба Включен 15 3,2 4
ИТОГО 135 - -
в ГДС, занимающей свободный объем РП и воз-духоводной системы ШС.
исследование работы шс после их первичного включения и перерыва в работе с участием испытателя
В процессе испытаний из дыхательного мешка (ДМ) самоспасателя непрерывно отбиралась проба ГДС для измерения объёмных концентраций кислорода и диоксида углерода, а также измерялось сопротивление дыханию на вдохе и выдохе.
Измерение и автоматическая запись указанных параметров проводились с помощью стенда «ОКСИ-РОБОТ» и персонального компьютера.
Программа испытаний самоспасателя с имитацией неоднократного перерыва и включения в ШС приведена в таблице 6.
При имитации перерыва в работе (паузы) испытатель выключался из самоспасателя путём извлечения загубника изо рта, при этом загубник не надевался на штатную заглушку, таким образом, во время паузы самоспасатель оставался негерметичным по линии вдоха/выдоха.
Общее время испытания составило 135 минут. Время защитного действия самоспасателя (без учёта времени пауз) составило 64 мин до достижения объёмной концентрации диоксида углерода в дыхательном мешке 3,0 % (согласно ГОСТ 12.4.292-2015). Фактическое время защитного действия самоспасателя (без учёта времени пауз) составило 70 мин до прекращения испытания по субъективным ощущениям испытателя-добровольца. Субъективные ощущения описаны, как нехватка воздуха при полном вдохе, необходимость сделать вдох свежего возду-
ха, т. е. наблюдалось слабое наполнение дыхательного мешка ГДС, близкое к «схлопыванию».
На рисунках 4-7 приведены результаты испытаний самоспасателя ШСС-ТМ с участием испытателя-добровольца с имитацией цикла «работа - пауза» по 15 мин и результаты испытаний аналогичного самоспасателя на имитаторе внешнего дыхания человека «ОКСИ РОБОТ» проведённых при следующих условиях:
- лёгочная вентиляция - 30 дм3/мин;
- имитация выделения диоксида углерода - 1,2 дм3/мин.
Анализ сравнительного графика сопротивления дыханию, приведённого на рисунке 7, показывает, что наблюдается «схожесть» графиков, что говорит о близости значений физической нагрузки, испытываемой добровольцем, и нагрузки, имитируемой стендом «ОКСИ РОБОТ».
выводы
1. Результаты работы могут быть использованы при разработке мероприятий по спасению людей на опасных производственных объектах, в том числе при планировании маршрутов эвакуации людей в безопасное место, с учётом расширения возможности применения самоспасателей в чрезвычайных и аварийных ситуациях, которые имеют место быть в реальной жизни, но не предусмотрены нормативной и эксплуатационной документацией.
2. Проведённые исследования позволяют делать выводы о том, что самоспасатель можно «раздышать» повторно при условии использования его во время первого включения до 30 мин и паузы до повторного включения не более 30 мин. Успех повторного включения зависит
Рисунок 7 Изменение сопротивления дыханию в ШСС-ТМ в режиме «работа-пауза» при испытаниях на человеке
и на стенде «ОКСИ РОБОТ». Figure 7 Change in respiratory resistance in the SHSS-TM in the "work-pause" mode during tests on humans and on the
"OXY ROBOT" stand.
и от конструкции конкретных самоспасателей (ШСС-ТМ), которые были использованы в работе (наличие штатной «пробки» для затыкания загубника во время перерывов работы), и от их технического состояния.
3. На основание анализа результатов исследований можно рекомендовать при обучении персонала порядку применения самоспасателей обращать внимание обучаемых на следующие аспекты:
- при экстремальных и аварийных ситуациях возможно выпадение из рта загубника самоспасателя, но надо сделать все для его скорейшего возвращения на место (стараясь минимизировать подсос рудничного воздуха);
- при выключении из самоспасателя, не по причине окончания его ресурса, а по причине выхода из опасного участка на свежую струю, рекомендуется пережать дыхательную трубку или заткнуть загубник и оставлять самоспасатель при себе до выхода на поверхность;
- в случае возникновения дополнительной угрозы можно воспользоваться самоспасателем повторно до момента включение в новый самоспасатель (в пункте переключения, расположенного на маршруте);
- при повторном запуске вначале следует максимально заполнить дыхательный мешок самоспасателя выдыхаемым воздухом;
- необходимо ознакомить сотрудников с фактическими данными, указывающими границу вероятной возможности повторного включения после паузы для используемых самоспасателей.
Кроме того, для реализации возможности повторного включения и нормального продолжения дыхания в «использованном» самоспасателе, человек должен получить и отработать навыки «раздышивания» самоспасателя.
4. Результаты работы могут быть использованы при разработке изолирующих СИЗОД. При этом для разработчиков и производителей СИЗОД на химически связанном кислороде можно рекомендовать следующее:
• предусматривать в конструкции самоспасателя возможность герметизации воздуховод-ной системы (механизм, пробку, заглушку и т.д.) после прекращения его использования;
• рассмотреть варианты применения в конструкции ШС дыхательного мешка большего объема для снижения потерь кислорода через клапан избыточного давления и для увеличения инерционной составляющей кислорода в них, полезной как для «раздышивания» самоспасателя, так и увеличения запаса ВЗД;
• рассмотреть варианты сбалансированных схем регенерации, путем введения активных поглотителей воды и углекислого газа, работающих в пиковые моменты потерь выделяющегося кислорода;
• предусмотреть в конструкции самоспасателя индикатор (наклейку), способную демонстрировать цветом степень остывания патрона самоспасателя;
• указывать в технической документации границу возможности повторного включения, определяемую в ходе разработки самоспасате-
г
J
ля с помощью стенда моделирования внешнего дыхания человека «ОКСИ РОБОТ»;
ственных объектов при использовании СИЗОД.
• указывать в эксплуатационной документации перечень действий для повторного запуска самоспасателя.
5. Расширение возможности применения самоспасателей в чрезвычайных и аварийных ситуациях могут учитываться при:
6. На имитаторе внешнего дыхания человека типа «ОКСИ РОБОТ» можно проводить выборочную ежегодную проверку самоспасателей, находящихся в эксплуатации в целях верификации параметров самоспасателей, а также набора данных, в том числе и для уточнения границы возможного повторного включения в ШС.
• постановки новых научно-исследовательских работ, направленных на повышение
• анализе и расследовании нештатных ситуаций;
• статистической оценке качества СИЗОД, представляемых различными производителями;
• оптимизации программ инструктажей и методик обучения персонала шахт порядку применения ШС;
Все рекомендации, предложенные на основании результатов выполненной работы, как для потребителей и разработчиков самоспасателей, так и для конечных пользователей, направлены на безусловное повышение защищенности людей, работающих в потенциально опасных средах. Даже частичный учет предлагаемых рекомендаций способен привести к снижению негативных последствий аварий на шахтах.
защищенности персонала опасных производ-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. «Правила безопасности в угольных шахтах» (введены приказом Ростехнадзора от 19.11.2013 № 550, зарегистрированы Минюстом 31.12.2013, регистр. № 30961) с изменениями.
2. Самоспасатель для подземных работ ШСС-ТМ. Руководство по эксплуатации ЦТКЕ.8.092.000 РЭ. Открытое Акционерное Общество «Корпорация «Росхимзащита».
3. Самоспасатель для подземных работ ШСС-Т. Руководство по эксплуатации ВТ8.154.000 РЭ. Открытое Акционерное Общество «Корпорация «Росхимзащита».
4. Диденко Н.С. Регенеративные респираторы для горноспасательных работ /-М.: Недра. 1990. - 160с.
5. Изолирующие дыхательные аппараты и основы их проектирования / С.В. Гудков, С.И. Дворецкий, С.Б. Путин, В.П. Таров - М.: Машиностроение. 2008. - 187 с.
6. Zbigniew Talaska, The construction of a breathing simulator for research of the diving breathing apparatus in compliance with the pn-en 250:2014 standard // Scientific journal of polish naval academy, Vol.3, 2016, P.121-130, DOI: 10.5604/0860889X.1224754
7. Hisashi Yuasa, Mikio Kumita, Takeshi Honda, Kazushi Kimura, Kosuke Nozaki, Hitoshi Emi, Breathing simulator of workers for respirator performance test // Industrial Health 2015, Vol. 53, P. 124-131.
8. R. Pastéka, M. Forjan, Actively Breathing Mechanical Lung Simulator Development and Preliminary Measurements // IFMBE Proceedings, 2018, Vol. 65, P. 750-752, DOI: 10.1007/978-981-10-5122-7_188
9. S. Heili-Frades, G. Peces-Barba, M.J. Rodriguez-Nieto, Design of a lung simulator for teaching lung mechanics in mechanical ventilation //Arch Bronconeumol., 2007, Vol. 43(12), P. 674- 679, D0I:10.1157/13112966
10. M. Won, H. Yoon, D. F. Treagust, Students' learning strategies with multiple representations: Explanations of the human breathing mechanism," Science Education, Vol. 98, P. 840-86, 2014.
11. S. Krueger-Ziolek, C. Knoebel, C. Schranz, K. Moeller, Combination of engineering and medical education using an active mechanical lung simulator // IEEE Symposium on Computer-Based Medical Systems (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 2013), P. 542-543.
12. H. T. Bates, Mechanical properties of the lung // Comparative Biology of the Normal Lung, 2nd ed. (Elsevier, Inc., 2015), P. 289-304.
REFERENCES
1. Pravila bezopasnosti v ugolnykh shakhtakh ["Safety rules in coal mines"]. (introduced by order of Rostekhnadzor dated 19.11.2013 No. 550, registered by the Ministry of Justice on 31.12.2013, register No. 30961) as amended.[in Russian].
2. Samospasatel dlia podzemnykh rabot ShSS-TM [Self-rescuer for underground work SHSS-TM]. Operating manual CTKE.8.092.000. "Corporation" Roskhimzashita" JSC [in Russian].
3. Samospasatel dlia podzemnykh rabot ShSS-T [Self-rescuer for underground work SHSS-T]. Operating manual VT8.154.000. "Corporation" Roskhimzashita" JSC [in Russian].
4. Didenko, N.S. (1990). Regenerativnyie respiratory dlia gornospasatelnykh rabot [Regenerative respirators for mine rescue operations]. Moscow: Nedra [in Russian].
5. Gudkov, S.V., Dvoretsky, S.I., Putin, S.B., & Tarov, V.P. (2008). Izoliruiushchie dykhatelnyie apparaty i osnovy ikh proektirovania [Self-contained breathing apparatus and the basics of their design]. Moscow: Mashinostroenie [in Russian].
6. Zbigniew Talaska, The construction of a breathing simulator for research of the diving breathing apparatus in compliance with the pn-en 250:2014 standard // Scientific journal of polish naval academy, Vol.3, 2016, P.121-130, DOI: 10.5604/0860889X.1224754 [in English].
7. Hisashi Yuasa, Mikio Kumita, Takeshi Honda, Kazushi Kimura, Kosuke Nozaki, Hitoshi Emi, Breathing simulator of
workers for respirator performance test // Industrial Health 2015, Vol. 53, P. 124-131.[in English].
8. R. Pasteka, M. Forjan, Actively Breathing Mechanical Lung Simulator Development and Preliminary Measurements // IFMBE Proceedings, 2018, Vol. 65, P. 750-752, DOI: 10.1007/978-981-10-5122-7_188 [in English].
9. S. Heili-Frades, G. Peces-Barba, M.J. Rodriguez-Nieto, Design of a lung simulator for teaching lung mechanics in mechanical ventilation //Arch Bronconeumol., 2007, Vol. 43(12), P. 674- 679, D0l:10.1157/13112966 [in English].
10. M. Won, H. Yoon, D. F. Treagust, Students' learning strategies with multiple representations: Explanations of the human breathing mechanism," Science Education, Vol. 98, P. 840-86, 2014.[in English].
11. S. Krueger-Ziolek, C. Knoebel, C. Schranz, K. Moeller, Combination of engineering and medical education using an active mechanical lung simulator // IEEE Symposium on Computer-Based Medical Systems (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 2013), P. 542-543. [in English].
12. H. T. Bates, Mechanical properties of the lung // Comparative Biology of the Normal Lung, 2nd ed. (Elsevier, Inc., 2015), P. 289-304. [in English].
v / / \
\
IT / X A
СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ АТМОСФЕРЫ ДЛЯ ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ НА БАЗЕ ВСТРОЕННОЙ ЦИФРОВОЙ ПЛАТФОРМЫ ОиЗТйАЗ
Г"
Стационарный датчик ИЗСТ-01 для контроля рабочей зоны
Стационарный датчик ИЗСТ-мини для
контроля пылящих грузов в полувагонах
X Г
Переносной прибор контроля запыленности ПКА-01
\ \ W
Í
Система контроля пылеотложения, запыленности и дисперсного состава СКИП
ООО "Горный-ЦОТ" indsafe.ru
научлотехниче ский журнал №1-2021
