При подземных авариях шахтный воздух становится непригодным для дыхания по двум основным причинам: из-за образования (поступления) ядовитых (токсичных) газов свыше предельно допустимых концентраций (отравляющее действие) или снижения содержания кислорода до опасного для жизни предела (удушающее действие)[1].
Основным и наиболее опасным ядовитым газом является оксид углерода[2], образующийся в опасных концентрациях при пожарах и взрывах газа и угольной пыли. Оксид углерода взаимодействует с гемоглобином крови и образует карбоксигемоглабин, не обладающий способностью переносить кислород к тканям организма, вызывая тем самым ферментное нарушение тканевого дыхания и др. При острых отравлениях наблюдается головная боль, головокружение, тошнота, рвота, слабость, отдышка, учащенный пульс, потеря сознания, судорги, кома и (или) смертельный исход.
Уменьшение содержания кислорода до опасных пределов происходит при газодинамических явлениях, в основном при внезапных выбросах угля и газа, а также при взрывах газа и пыли и пожарах. Снижение содержания кислорода ниже 16-15% приводит к кислородному голоданию клеток головного мозга — аноксии. При этом дыхание и пульс учащаются, а главное — снижается способность мышления. При содержании кислорода 10-8% теряется сознание, затем прекращается дыхание, а через 5-7 минут вследствие необратимых изменений в клетках головного мозга наступает смерть. Главная особенность аноксии заключается в субъективной бессиптомности — человек не чувствует ее проявления и не предпринимает мер к своему спасению.
Для защиты органов дыхания при авариях на угольных шахтах применяются или разработаны к применению следующие дыхательные аппараты и средства.
1. Шахтные самоспасатели СПП-2, ШСС–1, ШСМ-30, ШСТ-50, С-50, ОХУ-К906, предназначенные для защиты органов дыхания при аварии и выхода из выработок с непригодной для дыхания атмосферой.
2. Устройства индивидуального и группового аварийного воздухоснабжения «Воздух-1», «Воздух-2», «Воздух-3», предназначенные для обеспечения дыхания при выбросах угля и газа.
3. Групповые средства защиты органов дыхания (передвижные спасательные пункты ПСП, ПСПМ и дыхательные аппараты АД-180, АД-360), предназначенные для обеспечения дыхания при авариях и включения или переключения на протяженных маршрутах в резервные самоспасатели.
4. Регенеративные изолирующие респираторы Р-30, Р-34, Р-35, РС, предназначенные для ведения аварийно-спасательных работ в горных выработках с непригодной для дыхания атмосферой.
5. Аппараты «Горноспасатель 10» (ГС-10), «Горноспасатель 11» (модификации ГС-11С, ГС-11Р) и аппарат АГС-2М, предназначенные для восстановления дыхания (реанимации) пострадавших.
6. Воздушно-балонные специализированные аппараты МБА, «Украина-2», «Юнга», АСВ-2, АИР-324, АИР-317, предназначенные для ведения аварийно-спасательных работ в специфичных условиях (под водой, пожарными на поверхности, зонах локального химического заражения и т. п.)[3]
Шахтные самоспасатели. По принципу действия и области применения шахтные самоспасатели подразделяются на два принципиально различных класса: фильтрующие (типа СПП-2) и изолирующие (ШСС-1, ШСМ-30, ШСТ-50, С-50, ОХУ-К906).
Фильтрующий самоспасатель СПП-2 относится к рудничным противогазам (дыхательным аппаратам) одноразового действия с открытой системой дыхания и круговой циркуляцией воздуха. Самоспасатель СПП-2 защищает органы дыхания от оксида углерода, дыма и пыли и поэтому может применяться только на шахтах не опасных по внезапным выбросам угля и газа. При этом концентрация оксида углерода должно быть не более 1%, а содержание кислорода в воздухе не менее 17% при незначительном содержании смолистых веществ. Масса самоспасателя 1,05 кг, размеры 135х85х120 мм.
Принцип действия самоспасателя основан на доокислении токсичного оксида углерода СО до безвредного диоксида углерода СО2. Химическая реакция происходит в предварительно осушенном воздухе в гопкалитовом слое, представляющем смесь MnO2 (60%) и катализатора CuO (40%) по следующей схеме:
MnO2 +СО = MnO + СО2,
при непрерывном доокислении MnO обратно до MnO2
2 MnO + О2 = 2MnO2.
Поэтому срок защитного действия самоспасателя 45 мин определяется не гопкалитовым слоем, а временем насыщения влагой осушителя воздуха – слоя селикогеля, что определяет требования к герметичности корпуса самоспасателя.
После ряда аварий, показавших низкую эффективность самоспасателей СПП-2, фактически с 1996 г. применение фильтрующих самоспасателей на шахтах Украины было запрещено. Однако на шахтах других угледобывающих стран применение фильтрующих самоспасателей допускается[4].
Изолирующие самоспасатели относятся к дыхательным аппаратам (противогазам) одноразового действия на химически связанном кислороде с закрытой системой дыхания и маятниковой циркуляцией воздуха и могут применяться на шахтах всех категории при любых видах аварий.
Шахты оснащаются преимущественно самоспасателями ШСС-1 (ШСС-1П)[5] и малогабаритным самоспасателем ШСМ-30[6].
Самоспасатель ШСС-1 является основным и предназначен для ношение на плечевом ремне. При выполнении работ самоспасатель должен находится на расстоянии не более 5-ти метров от рабочего места.
Малогабаритный самоспасатель ШСМ-30 носится на поясном ремне и предназначен для оперативного включения при аварии[7] и передвижения от места работы на свежую струю или к месту расположения пункта переключения в резервные самоспасатели.
Самоспасатель ШСС-1 (рис. 25.1) имеет герметичный стальной корпус 1 цилиндрической формы, в который вмонтирован регенеративный патрон 2 с пусковым устройством 3. К регенеративному патрону 2 подсодинен дыхательный мешок 4[8] с избыточным клапаном 5 и гофрированный шланг 6 с загубником 7 и носовым зажимом 8.
Рисунок 25.2 — Шахтный изолирующий самоспасатель ШСС-1
Регенеративный патрон заполнен гранулированным кислородосодержащим продуктом 9 (продукт ОКЧ-2, основой которого является надперекись калия К2О), рассредоточенным с целью уменьшения спекания секционным теплораспределителем 10. Снизу продукт поджат пружинами с помощью поджимной перегородки 11, сверху ограничен пылезадерживающим фильтром 12, исключающим попадание мелких гранул и пыли продукта в дыхательные пути.
В нерабочем положении дыхательный мешок и гофрированный шланг находятся в свернутом состоянии под крышкой 13, которая посредством двух металлических лент 14 и быстро раскрываемого замка 15 с ремешком 16 прочно прикрепляется к корпусу и обеспечивает герметизацию с помощью резиновой прокладки 17. Для ношения самоспасателя к корпусу прикреплен плечевой ремень18.
Принцип действия самоспасателя заключается в следующем. При вскрытии и отбросе крышки самоспасателя срабатывает пусковое устройство, предназначенное для заполнения дыхательной системы самоспасателя запасом кислорода в начальный период времени. Пусковое устройство состоит из брикета кислородосодержащего продукта, резиновой мембраны, стеклянной ампулы с серной кислотой и ударного механизма, соединенного гибкой нитью с крышкой самоспасателя. При отрыве крышки самоспасателя ударный механизм освобождается от упора, разбивает ампулу с серной кислотой, которая вступает в химическую реакцию с надперексидом калия, в результате чего в течение 8-15 с выделяется около 5 л кислорода.
При включении в самоспасатель выдыхаемый из легких воздух проходит через загубник, по дыхательному шлангу попадает в регенеративный патрон, где содержащиеся в выдыхаемом воздухе продукты органической деятельности углекислый газ[9] и пары воды (влага) вступают в экзотермические химические реакции. При этом водяные пары играют роль катализатора при связывании углекислого газа по следующей схеме:
В результате реакций выдыхаемый воздух очищается от углекислого газа и паров влаги и обогащается кислородом. Очищенный и обогащенный кислородом воздух через кольцевой зазор регенеративного патрона заполняет дыхательный мешок. При этом избыток воздуха удаляется через избыточный клапан, срабатывание которого происходит под действием нити растяжения при расширении дыхательного мешка и повышения давления воздуха до определенного предела. При акте вдоха из дыхательного мешка воздух по кольцевому зазору вторично поступает в регенеративный патрон, проходит противопылевой фильтр и по шлангу, загубнику поступает в органы дыхания.
Процесс регенерации воздуха в регенеративном патроне экзотермический, что приводит к нагреванию корпуса самоспасателя и является признаком его нормальной работы.
| Техническая характеристика самоспасателя ШСС-1 | |
|---|---|
| Срок защитного действия, мин: При передвижении по горным выработкам при отсиживании | 50 до 300 |
| Температура вдыхаемого воздуха, ОС, не более | 60 |
| Масса, кг, не более | 3,1 |
| Размеры, мм | 134х254 |
| Срок службы, год | 3 |
Самоспасатель ШСМ-30 (рис. 25.3) имеет бесшланговую конструкцию и состоит из регенеративного патрона 1 с загубником 2 и подбородником 3, дыхательного мешка 4 с избыточным клапаном 5, носового зажима 6 и оголовья 7. Регенеративный патрон заполнен кислородосодержащим продуктом 8 (продукт ОКЧ-2), рассредоточенным между теплораспределителем 9. Со стороны загубника расположены пылезадерживающий фильтр 10, перегородка полости слюнособирательницы 11 и теплоприемник 12 для снижения температуры вдыхаемого воздуха за счет испарения части влаги, оставшейся на волокнах теплообменника при предшествующем выдохе. Корпус регенеративного патрона защищен теплоизолятором 13, а на крышке патрона закреплен теплоизоляционный экран 14 для защиты лицевой части от ожога.
Рисунок 25.3 — Шахтный изолирующий малогабаритный самоспасатель ШСМ-30: выдыхаемый воздух; обогощенный кислородом вдыхаемый воздух после экзотермической реакции восстановления (регенерации) выдыхаемого воздуха; — охлажденный вдыхаемый воздух после прохождения теплоприемника; — избыточный воздух
В нерабочем состоянии самоспасатель находится в герметичном футляре из двух половинок, снабженным быстровскрываемым замком и кольцами для крепления к поясному ремню.
Принцип регенерации и циркуляции воздуха в регенеративном патроне аналогичны как в самоспасателе ШСС-1.
| Техническая характеристика самоспасателя ШСМ-30 | |
|---|---|
| Время защитного действия, мин: при передвижении по горным выработкам при отсиживании | 30 130 |
| Температура вдыхаемого воздуха, ОС, не более | 58 |
| Масса, кг, не более | 1,5 |
| Размеры, мм | 178х152х172 |
| Срок службы, год | 4 |
Эксплуатация самоспасателей в течение предусмотренного срока службы требует постоянного контроля за герметичностью корпуса (футляра) самоспасателя. Перед спуском в шахту обязательно должен проводится внешний осмотр самоспасателя. При обнаружении пробоин или вмятин на корпусе и крышке (футляре), неисправности замка и отсутствии пломбы самоспасатель к эксплуатации не допускается.
Периодическая проверка самоспасателей проводится ежемесячно. При периодических проверках проводится внешний осмотр самоспасателей и контроль их герметичности на приборе герметичности самоспасателей ПГС. При проверке на герметичность самоспасатель помещают в герметичную камеру прибора ПГС и создают избыточное пневматическое давление 5 кПа (500 мм вод. ст.) Самоспасатель считается герметичным, если в течение 15 с падение давления в камере составляет не более 200 Па (20 мм вод. ст.). Результаты каждой периодической проверки оформляется актом.
Самоспасатели по истечении срока службы и забракованные самоспасатели списываются и уничтожаются комиссией с оформлением акта. Уничтожение самоспасателей производится гашением водой или сжиганием с соблюдением предусмотренных мер безопасности.
[1] Напомним, что требования к нормальному составу шахтного воздуха и возможные источники и пути поступления вредных и токсичных паров и газов, в том числе с поверхности из химически зараженных зон были рассмотрены ранее.
[2] Напомним, что оксид углерода СО – это угарный газ.
[3] В приведенную классификацию указанные средства не включены и не рассматриваются, так как имеют и ограниченное применение при авариях на угольных шахтах.
[4] Именно это обстоятельство является основанием достаточно полного рассмотрения принципа работы и основного требования к эксплуатации самоспасателей.
[5] Отличительная особенность ШСС-1П — пластмассовый корпус.
[6] Самоспасатели ШСТ-50, С-50, ОХУ-К906 имеют ограниченное применение или находятся на стадии разработки. Поэтому эти самоспасатели детально не рассматриваются, а только ниже приводится их краткая характеристика.
Самоспасатель одноразового действия ШСТ-50 предназначен для шахт Центрального района, потенциально опасных по химическому заряжению. Самоспасатель обеспечивает защиту органов дыхания и зрения в течение 50 мин, в том числе от проникающих с поверхности химических ядовитых газов и паров органического ряда (фенол, хлорбензол, ацетон и др.).
Самоспасатель одноразового действия С-60 предназначен для постоянного ношения в шахте и хранения в подземных спасательных пунктах и имеет срок защитного действия 60 мин.
Самоспасатель ОХУ-К906 многоразового действия и рассчитан на хранение в шахте. Срок защитного действия в зависимости от легочной вентиляции составляет 90-480 мин.
[7] Самоспасатель ШСМ-30, прежде всего, предназначен для применения на шахтах опасных по внезапным выбросам угля и газа.
[8] Дыхательный мешок является необходимым элементом любой закрытой системы дыхания и предназначен для обеспечения циркуляции и постоянства давления воздуха в системе при вдохе и выдохе.
[9] Выдыхаемый воздух содержит до 4% углекислого газа.