Кислородно-дыхательная аппаратура и самоспасатели

В угольной и рудной промышленности в качестве средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) горноспасателей применяют только дыхательные аппараты с регенерацией воздуха (РДА), поскольку они обеспечивают универсальность и автономность защиты и имеют самое большое удельное время защитного действия.

По назначению в угольной промышленности РДА делятся на две группы: регенеративные респираторы и регенеративные изолирующие самоспасатели.

Слово «респиратор» происходит от латинского «respirare» (дышать) и является синонимом термина "дыхательный аппарат". Регенеративные респираторы находятся на оснащении ВГСЧ и ВГС шахт.

Самоспасатели служат для самоспасения горнорабочих.

В настоящее время на шахтах и в ВГСЧ применяются два вида самоспасателей: изолирующие самоспасатели ШСС-1 и ШСС-Т и фильтрующие самоспасатели СПП-2.

Устройство современного дыхательного аппарата (РДА)

Современный РДА состоит из воздуховодной и кислородоподающей систем.

Воздуховодная система РДА совместно с легкими человека составляет единую замкнутую систему, изолированную от окружающей среды. В этой замкнутой системе при дыхании определенный объем воздуха совершает переменное по направлению движение между двумя эластичными элементами: самими легкими и дыхательным мешком. В воздуховодной системе происходит регенерация (восстановление газового состава) выдыхаемого воздуха. Процесс регенерации состоит из двух фаз: очистки выдыхаемого воздуха от углекислого газа и добавления к нему недостающего кислорода.

По способу резервирования кислорода РДА делятся на три группы: респираторы со сжатым, жидким и химически связанным кислородом.

В респираторах со сжатым кислородом в качестве резервуара для его хранения используется стальной баллон. Рабочее давление в баллоне составляет обычно 200 атм.

В аппаратах со сжатым кислородом для контроля его запаса в баллоне служит обычный манометр (например, ММ-40, М-1/4с), называемый также финиметром (от латинского слова «finis», что значит «конец»). Регенеративные респираторы со сжатым кислородом благодаря своим принципиальным особенностям и преимуществам по сравнению с другими группами РДА получили в настоящее время наибольшее распространение. К этим положительным особенностям относятся:

- достаточно экономное расходование запаса кислорода;

- высокое удельное время защитного действия;

- благоприятные условия дыхания;

- постоянная готовность к применению;

- возможность работы в аппарате отдельными периодами, с выключением и последующим включением без потери общего времени защитного действия;

- манометр в этих РДА является идеальным индикатором, в любой момент работы фиксирующим остаток кислорода, что невозможно осуществить ни в одной модели РДА, относящейся к другим группам;

- наконец, накоплен богатый опыт разработки, промышленного выпуска и применения респираторов со сжатым кислородом, благодаря чему их конструкция достаточно совершенна и весьма надежна (респираторы Р-30, Р-34, Р-12 и др.).

В респираторах с жидким кислородом сжиженный газ хранится в металлическом резервуаре, стенки которого снаружи покрыты слоем теплоизолирующего материала, не теряющего своих свойств при низкой температуре, создаваемой жидким кислородом (-183ºС). Сжиженный кислород заливается в резервуар непосредственно перед началом работы в респираторе, после чего в течение всего времени защитного действия респиратора он постоянно испаряется (газифицируется) и поступает в воздуховодную систему. По этой причине время защитного действия респиратора с жидким кислородом при любых условиях его работы исчисляется с момента заливки в резервуар жидкого кислорода и контролируется респираторщиком по часам.

Из 1 литра жидкого кислорода образуется 850 литров газообразного. Это в четыре раза больше, чем можно получить из 1 л газообразного сжатого кислорода при давлении 200 атм. Масса резервуара для жидкого кислорода меньше, чем баллон для сжатого газа, поскольку сжиженный газ в РДА хранится при давлении близком к атмосферному.

Главные достоинства РДА с жидким кислородом заключаются в:

- обеспечении оптимальных микроклиматических условий дыхания, как при нормальной, так и повышенной температуре окружающей среды;

- простоте и надежности конструкции.

К недостаткам РДА с жидким кислородом относятся:

- большой расход кислорода по отношению к РДА со сжатым кислородом;

- необходимость снаряжать РДА запасом кислорода непосредственно перед применением;

- обязательное его использование после зарядки, причем всего времени защитного действия.

В респираторах с химически связанным кислородом кислород содержится в гранулированном продукте на базе надпероксидов (супероксидов) щелочных металлов КО, NaO и выделяется при реакции поглощения продуктом углекислого газа и водяных паров, присутствующих в выдыхаемом воздухе. Указанным кислородосодержащим продуктом (КСП) снаряжается регенеративный патрон респиратора, при прохождении через который выдыхаемый воздух полностью регенерируется. Процесс регенерации включает две фазы: поглощение углекислого газа (и влаги) и добавление выделившегося кислорода. В регенеративном патроне происходит экзотермическая реакция, в результате которой продукт разогревается до 400ºС. Так как выделение кислорода пропорционально поглощению кислородосодержащим продуктом углекислого газа, аппарат обеспечивает экономное расходование кислорода.

Температура вдыхаемого воздуха в самоспасателях с химически связанным кислородом выше, чем в аналогичных респираторах по причине того, что возможности охлаждения горячего воздуха в изолирующих самоспасателях ограничены в связи с их небольшими размерами. Кроме того, при циркуляции воздуха по маятниковой схеме он нагревается вновь при повторном прохождении через регенеративный патрон.

К достоинствам РДА с химически связанным кислородом относятся:

- простота конструкции;

- экономное расходование кислорода;

- благоприятные микроклиматические условия для дыхания.

При применении РДА с химически связанным кислородом исключается необходимость иметь в горноспасательном подразделении или ВГС шахты баллонно-компрессорное или криогенное хозяйство.

Существенными недостатками РДА с химически связанным кислородом являются:

- отсутствие надежной конструкции индикатора степени отработки кислородосодержащего продукта, усугубляемое принципиальными трудностями его создания;

- невозможность осуществления длительных перерывов в работе;

- большее сопротивление дыханию, чем в респираторах со сжатым кислородом;

- высокая стоимость эксплуатации.

Донецким заводом горноспасательной аппаратуры (ДЗГА, Украина) были выпущены опытные партии респираторов с химически связанным кислородом РХ-1, РТ-66, РХС, которые подтвердили техническую возможность создания респираторов данного класса.

В настоящее время из РДА с химически связанным кислородом находят применение изолирующие самоспасатели, предназначенные для выхода горнорабочих из выработок с загазированной атмосферой, со сроком защитного действия до 1 часа. Проходит испытания респиратор РХ-90Т.