Использовании самоспасателей изолирующих с химически связанным кислородом в угольных шахтах

Дата публикации: 
26.12.2014

угольная шахта

Угольные шахты являются наиболее аварийно-опасными производственными объектами, на которых от различного вида аварий ежегодно травмируется и гибнет большое число шахтеров. Только за последние 6 лет (2005-2011 гг.) от взрывов (14 случаев), пожаров (1 случай), внезапных выбросов угля и газа (2 случая) погибли 247 горняков и 39 горноспасателей.

Одна из причин гибели шахтеров связана с их поведением в загазованой и непригодной для дыхания атмосфере.

Последняя трагедия в ОАО «Шахта «Распадская», происшедшая 8-9 мая 2010 г., унесла жизни 71 шахтера и 20 горноспасателей. На шахте «Распадская» во время второго взрыва под землей находились 64 шахтера и 19 горноспасателей, на устье вентиляционного ствола блока № 4 - один горноспасатель; из них никто не выжил.

Судебно-медицинской экспертизой (протокол от 9 сентября 2011 г.) установлено, что от отравления оксидом углерода погибли 34 человека (шахтеры); от сочетанной комбинированной травмы - 32 (из них 12 шахтеров и 20 горноспасателей); от аспи-рации грязевыми массами - 1 . Судьба 23 человек на то время была неизвестна, продолжались горноспасательные работы по их обнаружению.

Анализ   смертельного   травматизма  на  шале «Распадская» показывает, что из общего количества погибших шахтеров 53 % отравились оксидом углерода (угарным газом), остальные 47 % получили механические травмы, не совместимые с жизнью.

Возникают естественные вопросы: «Почему при пожарах и взрывах гибнут шахтеры, ведь у них имеются изолирующие самоспасатели? Почему не могут спастись уже будучи включенными в самоспасатели?» Здесь можно предположить много факторов: не было рядом самоспасателя, не смог вовремя включиться по тем или иным причинам, что-то мешало нормальному дыханию в самоспасателях и т.д.

Авторы данной статьи принимали участие во многих расследованиях, связанных с эксплуатацией самоспасателей шахтерами, и хотели бы высказать свою точку зрения по вопросу спасения людей в самоспасателях.

При взрывах и пожарах в рудничной атмосфере образуется оксид углерода, снижается содержаниекислорода, ухудшается видимость отзадымленности горных выработок, витающей в воздухе угольной и породной пыли. Эти показатели являются опасны­ми для жизни человека. Чтобы исключить их, ис­пользуют средства индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД). В качестве СИЗОД на угольных шахтах применяются изолирующие самоспасатели с химически связанным кислородом ШСС- 1У, ШСС-Ш, ШСС-Т, а также регенеративные респираторы 2- и 4-часового срока действия Р-34 и Р-30.

Технические характеристики современных изо­лирующих самоспасателей с химически связанным кислородом представлены в табл. Г.

пусковое устройство, не раскрывается дыхательный мешок, возникают большое сопротивление дыханию и высокая температура вдыхаемого воздуха в само­спасателе, появляется сильное першение в горле, что приводит к дискомфорту (одышка, срыв дыхания, ожог легких), человек неосознанно (инстинктивно) выключается из самоспасателя и погибает.

Самоспасатели изолирующие с химически свя­занным кислородом были сконструированы еще в середине XX в. (ШС-7М) и предназначены для выхода шахтера из атмосферы, не пригодной для дыхания при нагрузке средней тяжести (легочная вентиляция 35 дм3/мин). Эта нагрузка соответствует

Таблица 1

Показатели

ШСС-Т

шсс-т

(новинка)

шс-тм

(новинка)

шсс-

ШСС-1У

шсс-

ШС-90 (новинка)

Время защитного дейст­вия при нагрузках, мин, не менее: средней тяжести (легочная вентиляция 35 дм3/мин) тяжелой (легочная венти­ляция 70дм3/мин)

в покое (легочная вентиля­ция 10дм3/мин)

60 180

60 18 260

60 20 300

60 300

60 260/180

60 180

90 30 450

Температура вдыхаемой га­зовой смеси, °С, не более

55

55

45

-

-

-

50

Температурный диапазон эксплуатации, °С

От -20 до +40

От -20 до +40

От -20 до +40

От -20 _дсн-4Г)

От-10 до +40

-

От -20 до +40

Сопротивление дыханию (легочная вентиляция 35дм3/мин), Па, не более

1000

1000

1000

 

 

750

Габариты, мм

111x146x248

^тх146х24Д

230x180x80

270x150

270x150

-

240x190x120

Масса самоспасателя, кг

3,0

3,0

2,4

3,0

3,0/3,1

3,0

3,9

Срок эксплуатации, лет: гарантийный полный

5

5,5

7,5

5

5

-/7

5 10

7,5

Изготовитель

ФГУП «Тамбов-НИХИ»

ОАО «Корпорация «РОС-ХИМЗАЩИТА»

ООО ГСГСО «ОЗОН»

ОАО «Донецкий завод горноспаса­тельной аппарату­ры «ДЗГА»

ОАО «Корпора­ция «РОСХИМ-ЗАЩИТА»

Удельное время защитного действия (легочная вентиля­ция 35 дм3/мин), мин/кг

20,00

20,00

25,00

20,00

20,00

20,00

23,07

К сожалению, шахтеры  гибнут  или  получают тяже­лые отравления как при включении в самоспасатель, так и включенные в них при выходе из загазованных выработок, по причинам несовершенства самих самоспасателей с химически связанным кислородом и неумения ими пользоваться. Имеют место случаи, когда при включении в самоспасатель не срабатывает передвижению по горизонтальным горным выра­боткам в течение срока защитного действия само­спасателя 60 мин. Рабочие, как правило, выходили из загазованых выработок на свежую струю к околоствольному двору или спускались на нижний горизонт и снова к околоствольному двору, а там их поднимали в клети на поверхность.

В связи с развитием горных работ в глубину и современными способами вскрытия шахтного поля с поверхности наклонными выработками протяженность их составила 2 км и более, а угол накло­на 15° и выше. Выход из этих выработок сопряжен с большими энергозатратами и соответствует тяже­лой работе (легочная вентиляция 70 дм3/мин). Вре­мя защитного действия самоспасателя при данной нагрузке сокращается в 2 раза и более. А это уже по­вод для размышлений руководителям предприятий и органов, контролирующих безопасность на пред­приятиях угольной отрасли.

Н.С. Диденко, один из разработчиков и теоре­тиков респираторостроения, в своей книге «Реге­неративные респираторы для горноспасательных работ» (М.: Недра, 1990) указывает, что нагрузка для выхода горнорабочих в изолирующих само­спасателях из аварийного участка соответствует 12-му дыхательному режиму с энергозатратами 910 Вт.

Разработчики и поставщики самоспасателей ФГУП «ТамбовНИХИ» и ОАО «Корпорация «РОС-ХИМЗАЩИТА» после неоднократных дебатов с ВГСЧ и шахтерами при расследовании аварий на шахтах Кузбасса убедились в том, что выход в само-спасателе требует больших энергозатрат и ограни­чения времени защитного действия самоспасателя. В новых моделях самоспасателей они стали указы­вать время защитного действия при тяжелой на­грузке (легочная вентиляция 70 дм3/мин), которое резко уменьшилось (см. табл. 1), тем самым сняли с себя ответственность за гарантийное время защит­ного действия самоспасателя 60 мин.

Изолирующий самоспасатель с химически свя­занным кислородом конструктивно сориентирован как вспомогательное СИЗОД и предназначен, как сказано выше, для нагрузки средней тяжести (ле-1 точная вентиляция 35 дм3/мин), с ограниченным временем пребывания в нем (50-60 мин). Исходя из данной концепции, основные «дыхательные» пара­метры самоспасателя были «загрублены» в сравне­нии с другим СИЗОД - изолирующим регенератив­ным респиратором со сжатым кислородом.

Согласно ГОСТ Р 12.4.220-2001 «Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Ап­параты изолирующие автономные с химически связанным кислородом (самоспасатели). Общие технические требования. Методы испытаний» со­противление дыханию на вдохе и выдохе в само­спасателе не должно превышать 980 Па (100 мм вод. ст.). Для сравнения сопротивление дыханию в изолирующем регенеративном респираторе со сжа­тым кислородом Р-30 составляет всего 98-294 Па (10-30 мм вод. ст.), т.е. в 3-10 раз меньше, чем в са­моспасателе. А что значит большое сопротивление при большой нагрузке - это одышка, срыв дыхания, а при стрессовой ситуации - преднамеренное ми неосознанное выключение из самоспасателя и ги­бель. При проверках самоспасателей по результатам несчастных случаев с шахтерами обнаруживалось со­противление дыханию выше нормируемого (табл. 2).

Одним из существенных недостатков самоспаса­телей изолирующих с химически связанным кислородом является высокая температура вдыхаемого воз­духа.

Таблица 2

Заводской номер самоспа­сателя

Дата изготов­ления

Сопротивление мак­симальное, Па

Температура ГДС, °С

Вдох

Выдох

в дыхательном мешке

в дыхательном шланге

Режим испытания при легочной вентиляции 70 дм3/мин

01861

01.2006

800

1100

38,0 (через 10 мин)

-

47,0 (через 18 мин)

-

58,4 (через 30 мин)

-

00817

03.2008

800

1200

55,4 (через 10 мин)

-

58,0 (через 18 мин)

-

64,0 (через 30 мин)

-

01049

01.2007

1050

1150

58,4 (через 10 мин)

-

58,4 (через 18 мин)

-                  :

58,4 (через 30 мин)

-

00639

08.2008

750

1020

37, 4 (через 10 мин)

-

52,0 (через 18 мин)

-

55,4 (через 30 мин)

61,1 (через 30 мин)

01381

10.2006

950

1250

37,4 (через 10 мин)

-

52,0 (через 18 мин)

66,4 (через 18 мин)

55,4 (через 30 мин)

75,2 (через 30 мин)

Режим испытания при легочной вентиляции 35 дм3/мин

01053

06.2006

800

800

60,4 (через 30 мин)

63,4 (через 30 мин)

66,1 (через 50 мин)

71,0 (через 50 мин)

67,4 (через 60 мин)

72,8 (через 60 мин)

01598

08.2008

900

1000

58,0 (через 30 мин)

58,0 (через 30 мин)

65,0 (через 50 мин)

64,5 (через 50 мин)

65,0 (через 60 мин)

65, 8 (через 60 мин)

Заводской номер самоспа­сателя

Дата изготов­ления

Сопротивление мак­симальное, Па

Температура ГДС, °С

 

Вдох

Выдох

в дыхательном мешке

в дыхательном шланге

 

00701

08.2008

1000

1200

58, 6 (через 30 мин)

58, 4 (через 30 мин)

 

65,4 (через 50 мин)

65,6 (через 50 мин)

 

67,0 (через 60 мин)

67, 2 (через 60 мин)

 

01346

01.2007

900

1000

60,0 (через 30 мин)

59, 6 (через 30 мин)

 

69,8 (через 50 мин)

70,4 (через 50 мин)

 

72,0 (через 60 мин)

72,0 (через 60 мин)

 

02161

04.2008

1000

1200

59,3 (через 30 мин)

59,1 (через 30 мин)

 

65,4 (через 50 мин)

65,0 (через 50 мин)

 

69,7 (через 60 мин)

69,7 (через 60 мин)

 

0382

12.2007

1000

1200

60, 6 (через 30 мин)

60,0 (через 30 мин)

 

66,9 (через 50 мин)

66,3 (через 50 мин)

 

69,4 (через 60 мин)

69,4 (через 60 мин)

 

            

Согласно ГОСТ Р 12.4.220-2001 она не должна превышать 55 °С, в то время как у респиратора Р-30 она не должна быть более 45 "С. Фактически темпе­ратура вдыхаемого воздуха в самоспасателе превы­шает нормируемую. Были зарегистрированы случаи, когда происходил ожог легких у шахтеров или они выключались из самоспасателя по этой причине.

Высокая нагрузка, большое сопротивление ды­ханию и если добавляется еще и высокая темпера­тура, то это уже может быть психологически не по силам каждому человеку.

После аварии на шахте им. Ворошилова (г. Про­копьевск), происшедшей в 2008 г., по заданию ко­миссии экспериментально замерялись температура воздуха, сопротивление дыханию и объемная доля диоксида углерода в самоспасателях ШСС-1М за­вода «ОЗОН» (г. Гай). Испытания проводились на установке «Искусственные легкие» ООО «Горноспа-

сатель». Результаты занесены в табл. 2 и 3, из кото­рых видны существенные отклонения показателей от нормы (сопротивление максимальное не более 980 Па при 70 дм3/мин, температура газовой дыха­тельной смеси (ГДС) не более 55 °С, объемная доля СО2 не более 3 %) согласно ГОСТ Р 12.4.220-2001 (в табл. 2 и 3 эти значения выделены полужирным шрифтом).

Экспериментально установлено заметное откло­нение объемной доли диоксида углерода в дыхатель­ном шланге самоспасателя от нормы (табл. 3). При­чем объемная доля СО2 в дыхательных шлангах выше, чем в дыхательном мешке, в 4 раза и более. Полагаем, что это связано с «маятниковой» схемой дыхания, когда выдыхаемый и вдыхаемый воздух циркулирует по одному и тому же шлангу в обратных направлени­ях, создавая тем самым «вредное» пространство воз-духоводной системы в объеме дыхательного шланга, что существенно затрудняет дыхание.

Таблица 3

Заводской номер самоспасателя

Дата изготов­ления

Сопротивление максимальное, Па

Объемная доля С02, %

 

Вдох

Выдох

в дыхательном мешке

в дыхательном шланге

 

Режим испытания при легочной вентиляции 70 дм3/мин

 

01861

01.2006

800

1100

0,32 (через 10 мин)

-

 

0,60 (через 18 мин)

-

 

1,75 (через 30 мин)

-

 

00817

03.2008

800

1200

0,50 (через 10 мин)

-

 

1,10 (через 18 мин)

-

 

1 ,50 (через 30 мин)

-

 

01049

01.2007

1050

1150

0,50 (через 10 мин)

-

 

0,75 (через 18 мин)

4,0 (через 18 мин)

 

1,00 (через 30 мин)

4,0 (через 30 мин)

 

00639

08.2008

750

 

1020

0,50 (через 10 мин)

-

 

0,75 (через 18 мин)

2,8 (через 18 мин)

 

1,00 (через 30 мин)

2,8 (через 30 мин)

 

01381

10.2006

950

1250

0,70 (через 10 мин)

-

 

1,00 (через 18 мин)

4,0 (через 18 мин)

 

1,75 (через 30 мин)

4,0 (через 30 мин)

 

Заводской номер самоспасателя

Дата изготов­ления

Сопротивление максимальное, Па

Объемная доля С02, %

/*

Вдох

Выдох

в дыхательном мешке

в дыхательном шланге

Режим испытания при легочной вентиляции 35 дм3/мин

01053

06.2006

800

800

0,50 (через 30 мин)

3,1 (через 30 мин)

1,6 (через 50 мин)

4,0 (через 50 мин)

1,7 (через 60 мин)

4,1 (через 60 мин)

01598

08.2008

900

1000

0,2 (через 30 мин)

>3 % (через 30 мин)

0,5 (через 50 мин)

>3 % (через 50 мин)

0,5 (через 60 мин)

>3 % (через 60 мин)

00701

08.2008

1000

1200

0,3 (через 30 мин)

>3% (через 30 мин)

0,6 (через 50 мин)

>3 % (через 50 мин)

0,6 (через 60 мин)

>3 % (через 60 мин)

01346

01.2007

900

1000

0,2 (через 30 мин)

>3% (через 30 мин)

0,5 (через 50 мин)

>3 % (через 50 мин)

0,5 (через 60 мин)

>3% (через 60 мин)

02161

04.2008

1000

1200

0,2 (через 30 мин)

>3% (через 30 мин)

0,6 (через 50 мин)

>3% (через 50 мин)

0,6 (через 60 мин)

>3 % (через 60 мин)

0382

12.2007

1000

1200

0,3 (через 30 мин)

>3% (через 30 мин)

0,5 (через 50 мин)

>3% (через 50 мин)

0,6 (через 60 мин)

>3 % (через 60 мин)

            

 

Есть еще и «скрытые» недостатки самоспасате­лей изолирующих с химически связанным кислоро­дом, которые обнаруживаются только после вскры­тия самоспасателя.

Самоспасатель - это как «кот в мешке» - про­дается в опломбированном виде с гарантией по­ставщика, что он исправен. А как проверить на местах исправность самоспасателя, т.е. его жиз­ненно важные параметры, такие как температура вдыхаемого воздуха, сопротивление вдоху-выдо­ху, физическое состояние воздуховодной системы (гофрированный дыхательный шланг, дыхательный мешок, загубник, носовой зажим, противодымные очки и др.) в процессе его эксплуатации? Никак. Все эти недостатки обнаруживаются только после вскрытия самого самоспасателя при его примене­нии. Проверить можно только на герметичность корпус самоспасателя прибором для проверки гер­метичности изолирующих самоспасателей (в новых моделях самоспасателей установлен датчик герме­тичности).

Все параметры и герметичность регенеративного респиратора, например Р-30 или Р-34, горноспаса­тели могут проверить в любое время и в любом ме­сте. Ежемесячно и после каждого случая использо­вания на приборе УКП-5 проверяют герметичность респиратора при избыточном и вакуумметрическом давлении, сопротивление избыточного клапана, количество поступающего кислорода в рабочем и аварийном режимах, наличие кислорода в баллоне. Перед применением в шахте горноспасатели делают «беглую проверку» респиратора.

К сожалению, такой возможности проверить изолирующие самоспасатели с химически связан­ным кислородом нет. «Скрытые» недостатки само­спасателей порой являются основной причиной ги­бели шахтеров. Вот несколько примеров.

1.   Шахтоуправление «Сибирское», г. Анжеро-Судженск. Взрыв метана в горной выработке, ян­варь 2004 г.

Самоспасатели ШСС-1У, заводской № 3369 и 6250, табельный № 10534 и 2766, год изготовления -2000, принадлежали погибшим В.Н. Ларкину и С.Н. Коршаеву. Внешним осмотром установлено: самоспасатели вскрыты, без крышки, укомплек­тованы в соответствии с руководством по эксплуа­тации, все части самоспасателей в угольной пыли. Дыхательный мешок первого самоспасателя порван в двух местах на расстоянии 6 и 8 см от клапана вы­доха, отверстия имеют форму надрезов (щелей) раз­мером 5,8 мм, на корпусе есть небольшие вмятины. Корпус второго самоспасателя имеет небольшие деформации, без проколов и пробоин. Дыхатель­ный мешок и в первом самоспасателе, и во втором не раскрыт, т.е. избыточный клапан, закрепленный на одной стороне дыхательного мешка, не вышел из гнезда (находится в нем), которое закреплено на смежной стороне мешка. Повторное включение в самоспасатели членом комиссии с первоначальным мощным выдохом воздуха из легких в мешок приве­ло к раскрытию мешка, т.е. избыточный клапан вы­шел из гнезда и мешок начал наполняться воздухом.

2.  Шахта им. 7 Ноября, г. Ленинск-Кузнецкий. Пожар, 2004 г. Из протокола опроса горного мастера С.А. Меш­кова.

С.А. Мешков: «Выходил включенным в само­спасатель 40 мин. Время контролировал по часам, стараясь уложиться во времени в защитный срок самоспасателя (60 мин). Длина маршрута выхода в самоспасателе составляла около 720-750 м. Изна­чально самоспасатель был холодным, где-то в тече­ние 3-5 мин. Самоспасатель стал сильно горячим через 6-7 мин после включения. Идя по Южному путевому уклону, присаживался отдыхать, так как чувствовал себя плохо, не хватало воздуха. Отдых составлял не более 10-20 с. Идти по конвейерно­му уклону (длина 120 м, угол наклона 14-15°) было очень тяжело, обжигало горло, чтобы как-то облег­чить свое самочувствие несколько раз делал вдохи воздуха из атмосферы, вынимая загубник изо рта, закрывая рот фуфайкой. Выйдя на поверхность, почувствовал себя плохо, мне оказало доврачебную помощь отделение ВГСЧ».

3. Шахта им. Ворошилова, г. Прокопьевск. Взрыв в горной выработке, 2008 г., погибли два шахтера.

Проведена проверка путем вскрытия шести са­моспасателей ШСС-Т, представленных шахтами «Тырганская», им. Дзержинского, «Красногорская» ОАО «Прокопьевскуголь». Выявлены основные «скрытые» неисправности:

Заключение комиссии: из шести представленных на проверку самоспасателей ШСС-Т пять не соот­ветствовали требованиям ГОСТ Р 12.4.220-2001, т.е были неисправными. В четырех самоспасателях усилие вскрытия превысило нормируемое усилие 20 кг (заводской № 15-79 - 36 кг; № 15-773 - 26 кг; № 15-238 - 32 кг; № 15-244 - 28 кг); в самоспа­сателе № 15-773 местное смятие гофр дыхательно­го мешка; в самоспасателе № 15-809 сплющивание дыхательного шланга по всей длине (невозможно дышать), сильное слипание обтюраторов очков меж­ду собой; при включении в самоспасатель № 15-244 у испытателя при первом же вдохе появилось перше­ние в горле, сразу же перехватило дыхание.

4.  Шахта «Распадская».  Взрыв, происшедший 08.05.2010 и унесший жизнь 91 человека.

Конструктивные недостатки самоспасателей были указаны в письме руководителя Южно-Си­бирского управления Ростехнадзора от 28.05.2010 № 01-1498 на имя заместителей руководителей Фе­дерального агентства по техническому регулирова­нию и метрологии и Федеральной службы по эко­логическому, технологическому и атомному надзору «О проведении независимой экспертизы самоспа­сателей»: «Обстоятельства, послужившие прямой или косвенной причиной гибели людей в шахте с указанными самоспасателями, выявляются не впер­вые. Серьезные нарекания на качество самоспаса­телей фиксировались при расследовднии аварий на шахтах Кузбасса за последние 10 лет. Неоднократно проводились внутриотраслевые испытания аппаратов на людях, которые зафиксировали серьезные проблемы, такие как:

  • большой выход из строя по негерметичности в процессе эксплуатации;
  • жжение, першение в горле, привкус горечи во рту на всем протяжении испытаний;
  • высокая температура вдыхаемой газовой смеси;
  • резко растущее сопротивление на вдохе и выдохе;
  • у некоторых испытуемых при работе аппарата был зафиксирован дым из загубника;
  • некоторые аппараты просто не сработали.

Все указанные и многие другие подобные про­блемы приводят к тому, что человек вынужден вы­ключаться из аппарата и бросать его, что в условиях непригодной для дыхания атмосферы, приводит его к гибели. Оставаясь включенным в аппарат, человек получает отравление, вызывающее тошноту, рвоту, головокружение, вплоть до потери сознания.

Все выявленные проблемы были отражены в протоколах комиссий, вместе с рекомендациями о необходимости обязательного пересмотра:

  • инструкции по эксплуатации и обучению горно­рабочих работе в аппарате;
  • корректировки реального времени защитного действия аппарата;
  • доработки конструкции аппарата для исключе­ния всех негативных факторов, возникающих при дыхании в аппарате;
  • исследования потенциальной опасности приме­сей в дыхательной смеси для здоровья и жизни людей;
  • переработка самих требований к безопасности, изложенных в ГОСТ Р 12.4.20-2001».

В настоящее время получает развитие тен­денция использования дыхательной аппаратуры для самоспасения горняков - самоспасателей со сжатым кислородом 2УЗО, 2У45, 2У60 (КНР) и ОВА-50 (Россия). В табл. 4 приводятся основные характеристики самоспасателей со сжатым кисло­родом. В отличие от самоспасателей с химически связанным кислородом данные самоспасатели, во-первых, многоразового действия; во-вторых, дают возможность контролировать наличие кислорода в баллоне в процессе хранения и в процессе работы в самоспасателе, а также возможность осуществ­лять проверку и настройку рабочих параметров при эксплуатации самоспасателя; в-третьих, ды­хание в этих самоспасателях намного комфортнее, чем в самоспасателях с химически связанным кис­лородом.

самоспасатели