Рудничные противогазы

К рудничным респираторам (дыхательным приборам) относятся рабочие (боевые) противогазы, изолирующие, шланговые и фильтрующие, состоящие на вооружении горноспасательных частей, самоспасатели для горнорабочих, т. е. облегченные противогазы с небольшим (30—60 мин.) временем защитного действия, водолазные приборы и медицинские дыхательные аппараты (ингаляторы и оживляющие приборы). Основным видом технического вооружения горноспасателей, обеспечивающим их бесперебойную работу в удушливой атмосфере во время ликвидации аварий, являются рудничные противогазы (изолирующие рабочие).

От их качества, готовности к работе и умелого использования зависят не только безопасность самих горноспасателей, но и всех людей, застигнутых аварией в шахте, и успех спасательных работ в целом. Поэтому рассмотрение физиологии дыхания в респираторе, физиологических и технических требований, предъявляемых к респираторам, представляет интерес главным образом поскольку оно относится к рабочим горноспасательным противогазам. Наряду с рабочими противогазами большое значение в качестве массового средства самоспасания рабочих каменно-угольных шахт имеют самоспасатели для горнорабочих.

Приводимые ниже физиологические и технические требования относятся главным образом к рудничным противогазам — рабочим и самоспасателям.

• Технические требования, предъявляемые к рудничным противогазам

Физиологические требования, предъявляемые к рудничному противогазу, допускают в пределах строгих норм ухудшение условий дыхания в противогазе по сравнению с условиями дыхания без него. В некоторых случаях физиологические требования предусматривают, наоборот, улучшение условий дыхания по сравнению с естественными условиями. Это бывает в тех случаях, когда необходимо компенсировать какое-либо отрицательное явление, проявляющееся в процессе работы противогаза; так например, требование к увеличению концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе в изолирующем противогазе может быть рассчитано на компенсацию вредного влияния повышенного содержания углекислого газа; требование определенной степени влажности воздуха может возникнуть в связи с необходимостью компенсировать отрицательное действие повышенной температуры.

Приводимая ниже сводка физиологических и технических требований к рудничным противогазам является отчасти результатом систематизации накопившегося опыта, отчасти же основана: на специально поставленных экспериментальных работах.

Рудничные рабочие горноспасательные противогазы должны удовлетворять следующим физиологическим требованиям:

1. Они должны обеспечивать легочную вентиляцию в диапазоне от 7 л/мин до 75 л/мин.
2. Должна быть обеспечена возможность вдоха и выдоха объемом до 4 л.
3. Противогазы должны обеспечивать возможность моментной скорости движения воздуха при вдохе и выдохе до 6 л/сек.
4. Концентрация кислорода во вдыхаемом воздухе не должна падать ниже 17% О₂ при нормальном давлении или, другими словами, парциальное давление кислорода ни в какие моменты работы противогаза не должно падать ниже 130 мм рт. ст. В случае возможности образования в противогазе концентрации углекислого газа до 2% концентрация кислорода должна быть не ниже 21%.
5. При нормальном давлении в респираторе допустима концентрация кислорода до 100%.
6. При повышенном давлении (в водолазных аппаратах) концентрация кислорода должна быть понижена в соответствии с формулой
   k=200/n
   где А — концентрация O₂, в процентах; n- давление в aтa.
7. Концентрация углекислого газа во вдыхаемом воздухе ие должна в среднем за все время работы противогаза превышать 0,5°0; при допустимом временном повышении в конце работы противогаза и в периоды особо тяжелой нагрузки — 2%.
8. Температура вдыхаемого воздуха в среднем не должна превосходить 37°.
9. Во всех случаях, когда предусматривается работа в противогазе при температуре свыше 37°, вдыхаемый воздух желательно подсушивать до оптимальной влажности, подсчитываемой по формуле (объяснение см. ниже):
                 (61)
   где φ — допустимая при данной повышенной температуре влажность воздуха в %; θ —  разность температур вдыхаемого воздуха и человеческого тела (37 град.);  ƒ — количество влаги при полном насыщении при данной повышенной температуре вдыхаемого воздуха в кг.
10. Вредное пространство противогаза, включая и вредное пространство лицевой части противогаза в момент выдоха, не должно превосходить 350 см3.
11. Герметичность противогаза, отъединенного от дыхательных органов человека, должна быть такой, чтобы при разности давлений снаружи и внутри противогаза, равной 100 мм вод. ст., подсос окружающего воздуха в систему противогаза или выход воздуха из противогаза наружу происходили со скоростью, не превышающей 2 см3/мин.
    Герметичность изолирующих противогазов должна быть такой, чтобы при давлении внутри противогаза 100 мм вод. ст. или разрежении 80 мм падение давления или разрежения при объеме противогаза 7±0,5 л в первую минуту не превышало 3 мм.
    Герметичность противогазов должна испытываться как давлением, так и разрежением внутри противогаза.
12. Герметичность надетого и приключенного к органам дыхания противогаза должна быть такой, чтобы при испытании его в газовой камере при концентрации хлорпикрина 0,015% (1 мг/л) в течение 10 минут ни испытуемый, ни «наблюдатель не отметили проникновения OB в респиратор.
13. Мощность рабочего фильтрующего противогаза должна быть такой, чтобы в течение гарантированного времени его защитного действия, при режиме дыхания или искусственном пульсирующем потоке 30 л/мин при температуре 20±2°, при 15 вдохах в минуту не было отмечено проскока OB, при концентрации его во вдыхаемом воздухе: для окиси углерода —1%» для сернистого газа — 2%, для сероводорода — 2% и для окислов азота —2%.
14. Сопротивление противогаза, при пропускании через всю его систему постоянного потока воздуха со скоростью 30 л/мин при температуре 20±2° не должно превосходить 15 мм вод. ст.
15. Сопротивление противогаза при испытании его на людях или на искусственно созданном пульсирующем потоке, отвечающем легочной вентиляции 45±5 л/мин при температуре 20 + 2° и частоте дыхания 25 в минуту не должно превосходить в момент максимальных скоростей вдоха и выдоха 80 мм на вдохе и 60 мм на выдохе.
    При испытании на искусственно созданном пульсирующем потоке отношение длительности фазы выдоха к фазе вдоха должно составлять 1,3.
    Дополнительные сопротивления вдоху и выдоху, создаваемые механическими регуляторами распределения воздуха (избыточный клапан, легочный автомат) не должны превосходить 25 мм вод. ст.
16. Вес рудничного рабочего противогаза не должен превышать 12 кг.
17. Габаритные размеры рудничного рабочего противогаза не должны превышать в длину 50 см, в ширину 40 см и в толщину (высоту) 15 см.
18. Рабочий рудничный изолирующий противогаз должен располагаться на спине.
19. Вес противогаза должен быть распределен на теле горноспасателя таким образом, чтобы ни в одной точке, при любом положении тела, давление его не превосходило 200 г/см2.
20. Детали наспинного противогаза должны быть так уравновешены, чтобы центр тяжести противогаза лежал в одной саггитальной плоскости с центром тяжести тела горноспасателя.
21. Противогаз весом свыше 7 кг должен быть закреплен на спине горноспасателя таким образом, чтобы между ним и телом человека был предусмотрен пружинящий буфер.
22. Противогаз должен быть закреплен на теле человека таким образом, чтобы не препятствовать нормальной вентиляции кожных покровов со стороны прилегания противогаза.
23. Закрепление противогаза на теле должно полностью устранять все возможности ударов о тело при любых видах движения или работы.
24. Лицевые части рабочего противогаза должны обеспечивать нормальное носовое н ротовое дыхание и защиту глаз от раздражающих газов, паров и дымов.
25. Вызванное применением противогаза уменьшение поля зрения не должно превосходить 25%, снижение остроты зрения и слуха — 15%.

Физиологические требования к самоспасателям, т. е. к облегченным противогазам с небольшим временем защитного действия, могут быть несколько менее строгими, именно вследствие краткости срока их использования, отсутствия необходимости выполнять в них тяжелую работу и выдвигаемого для них на первый план требования портативности.

Пункты 1, 2, 3, 4, 5 и 24 должны относиться также и к ним.

Кроме того, к самоспасателям предъявляются следующие облегченные требования (подразумеваются самоспасатели со временем защитного действия до 1 часа):

1. Концентрация углекислого газа во вдыхаемом воздухе не должна за все время работы самоспасателя превосходить 3%.
2. Температура вдыхаемого воздуха не должна превосходить 50°.
3. Герметичность самоспасателя, отъединенного от дыхательных органов человека, должна быть такой, чтобы при разности давлений снаружи и внутри аппарата равной 100 мм вод. ст. подсос окружающего воздуха и выход воздуха наружу происходили со скоростью, не превышающей 4 Cсм3/мин, что при объеме самоспасателя 7 л отвечает падению давления водяного столба 6 мм/мин (в первую минуту).
4. Объем вредного пространства самоспасателя не должен превышать 100 см3.
5. Защитная мощность фильтрующих коробок самоспасателей должна быть такой, чтобы при испытании их в пульсирующем потоке со скоростью 30±1 л/мин при 20 вдохах в минуту, температуре 20±2°, влажности от 80 до 100% и концентрациях окиси углерода, сернистого газа, сероводорода или окислов азота 2% проскок OB во время работы не превосходил в среднем: для окиси углерода — 0,05 %, для сернистого газа — 0,005 %, для сероводорода — 0,09%, для окислов азота — 0,0025%.
6. Сопротивление самоспасателя при пропускании через него постоянного потока воздуха со скоростью 30 л/мин, при температуре 20 + 2° не должно превосходить 30 мм вод. ст.
7. Сопротивление самоспасателя при испытании его на людях или на искусственном пульсирующем потоке, отвечающем легочной вентиляции 45±5 л/мин при температуре +20° и частоте дыхания 25 в минуту, не должно превосходить в моменты максимальных скоростей вдоха и выдоха 150 мм вод. ст. на вдохе ни30 мм на выдохе (при отсутствии на выдохе других сопротивлений, кроме воздуховодов и выдыхательного клапана)
8. Вес рудннчного изолирующего самоспасателя не должен превышать 1,5 кг.
9. Габаритные размеры рудничного изолирующего самоспасателя не должны превышать 20х25х7,5 см.

Как видно из перечисленных требований к самоспасателям, в них во время работы допускается небольшой проскок отравляющих веществ. Однако проскок этот настолько невелик, что за время защитного действия самоспасателя он не вызывает заметного токсического (отравляющего) действия.

Ряд перечисленных выше требований к рабочим горноспасательным аппаратам в отношении к самосиасателям не является существенным. Таковы требования к расположению, уравновешиванию и способу закрепления самоспасателя на теле человека.

Эта упрощенная формула получена следующим образом.

Если принять, что при повышенной температуре вдыхаемого воздуха следует довести его охлаждающую способность (т. е. стимулировать испарение влаги в легких) до такой степени, чтобы полностью компенсировать нагревание легких путем проводимости, то степень требуемого подсушивания может быть найдена из разности насыщенного влагосодержания при температуре в легких (37°) и того количества влаги, которое необходимо испарить, чтобы компенсировать нагревание проводимостью. Приводя эту разность к фактическому насыщающему влагосодержанию при данной температуре вдыхаемого воздуха (так как выдыхаемый в респиратор из легких воздух всегда близок к насыщению) и выражая ее в процентах относительной влажности, получим:

φ - требуемая при данной температуре воздуха влажность его в %; ƒ_т - влажность, соответствующая полному насыщению при температуре человеческого тела - 37° в кг/кг воздуха; ƒ_g— влагосодержание при требуемой влажности вдыхаемого воздуха в кг/кг; ƒ - количество влаги при полном насыщении при данной температуре вдыхаемого воздуха в кг/кг; с_р1 - теплоемкость воздуха (приблизительно 0,3 ккал/м3 град.); t_в - данная температура вдыхаемого воздуха; с_р2 - теплоемкость водяного пара (приблизительно 0,46 ккал/м3. град); t_т - температура человеческого тела; r - количество тепла, необходимое для испарения 1 кг воды при температуре 37° в ккал (приблизительно 574);

Ввиду небольшого интервала интересующих нас температур — от 37 до 60°—можно рассматривать величины ƒ_т, с_р1, с_р2 и r в качестве постоянных величин, а ƒ_g — влагосодержание вдыхаемого неподсушенного воздуха — в диапазоне указанных температур может колебаться в пределах от 0,04 до 0.125 кг/кг воздуха.

Однако по сравнению с теплоемкостью воздуха теплоемкость содержащейся в нем влаги невелика; кроме того, весь второй член разности, заключенной в скобках, указывающий, какое количество влаги необходимо дополнительно испарить, чтобы компенсировать нагревание проводимостью), мал относительно первого члена, поэтому можно для упрощения расчета принять величину ƒ_1g,  также постоянной, в пределах от 37 и до 60° и равной в среднем 0,075 кг/кг.

Тогда, обозначив разность температур t_в—t_т через в, получим приведенную выше формулу (61).