Обґрунтування заходів щодо зменшення пилового навантаження працівників гірничих підприємств при використанні протипилових респіраторів

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І Науки УКРАЇНИ

НаціональнИЙ гірничИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 622.87:614.894.3

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ОБҐРУНТУВАННЯ ЗАХОДІВ ЩОДО ЗМЕНШЕННЯ ПИЛОВОГО НАВАНТАЖЕННЯ ПРАЦІВНИКІВ ГІРНИЧИХ ПІДПРИЄМСТВ ПРИ ВИКОРИСТАННІ ПРОТИПИЛОВИХ РЕСПІРАТОРІВ

Спеціальність 05.26.01 - “Охорона праці”

Чеберячко Юрій Іванович

Дніпропетровськ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі аерології та охорони праці Національного гірничого університету (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор ГОЛІНЬКО ВАСИЛЬ ІВАНОВИЧ, Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, (м. Дніпропетровськ), завідувач кафедри аерології та охорони праці

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор КОЛЕСНИК ВАЛЕРІЙ ЄВГЕНІЙОВИЧ, Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, (м. Дніпропетровськ), професор кафедри екології;

кандидат технічних наук, доцент Пищикова Олена Вікторівна, Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки України, (м. Кривий Ріг), доцент кафедри рудникової аерології та охорони праці.

Захист дисертації відбудеться "29" жовтня 2009р. о 13.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.07 при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, пр. К.Маркса, 19

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, пр. К.Маркса, 19

Автореферат розісланий " 25 " вересня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доцент О.О. Азюковський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Пневмоконіози та пилові бронхіти посідають одне з провідних місць у структурі професійної захворюваності. Переважно, цими захворюваннями страждають працівники гірничої промисловості. Так, за останні 10 років їх кількість збільшилась майже в п'ять разів. За даними Донецького НДІ гігієни праці і профзахворювань, кількість хворих вже перевищує 57 тис., у зв'язку з чим щорічно втрачається близько 300 млн грн на відшкодування збитків шахтарям.

Зростання навантаження на очисні забої, інтенсифікація вуглевидобування, перехід до розробки глибоких пластів, застаріла техніка - спричиняють інтенсивне пилоутворення. При цьому, існуючий комплекс заходів для знепилювання не дозволяє на даному етапі знизити концентрацію пилу під час основних технологічних процесів до гранично-допустимих концентрацій. Тому одним з дієвих шляхів вирішення цієї проблеми є постійний і достовірний індивідуальний контроль за пиловим навантаженням. Від точності його визначення залежить здоров'я гірників, тоді як незначна помилка у розрахунку кількості пилу, що осідає у легенях, призводить до збільшення рівня професійної захворюваності, обумовленої контактом працівників з пилом. Для зменшення ризику захворювання на пневмоконіози та пилові бронхіти широко використовуються різні протипилові засоби індивідуального захисту органів дихання (ЗІЗОД). Лабораторні дані виробників ЗІЗОД свідчать про їх високі захисні властивості. Однак, кількість захворювань не зменшується. Основна причина такого становища - це невизначеність захисної ефективності протипилових респіраторів у реальних умовах. Так, основні показники, які характеризують якість ЗІЗОД, визначаються в лабораторних умовах при заданій витраті повітря 30 л/хв. При цьому перераховується до стандартних умов температура 20 ⁰С і вологість повітря 50 %. Тоді як витрати повітря при важкій фізичній праці можуть сягати 150 - 200 л/хв, температура в гірничих виробках може складати 26 - 32 ⁰С, а вологість повітря - 90 - 100 %. Крім того, шахтарі одягають протипилові респіратори тільки при інтенсивній запиленості повітря, яку спостерігають візуально. Це зумовлено і режимом праці, і значним опором диханню, а також незручністю експлуатації респіраторів, наприклад, зменшення поля зору, потіння обличчя. Всі ці фактори значно погіршують захисну ефективність респіратора і можуть призвести до помилок у розрахунку пилового навантаження.

Вищенаведене визначає актуальність досліджень, спрямованих на зменшення пилового навантаження працівників гірничих підприємств та підвищення ефективності ЗІЗОД в умовах вугільних шахт.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до «Програми підвищення безпеки праці на вугільних шахтах», затвердженої постановою Кабінету Міністрів України від 10.10.2001 р. №1320, і плану науково-дослідних робіт Національного гірничого університету за темами «Розробити методи та засоби контролю пилового навантаження гірників на основі даних про вміст пилу в повітрі робочої зони гірничих виробок» (№ держ. реєстрації 0102U003025), «Наукове обґрунтування конструкції та параметрів протипилових респіраторів з нових фільтруючих матеріалів» (№ держ. реєстрації 0107U000376).

Мета і завдання досліджень. Метою дисертаційної роботи є зменшення захворювань, обумовлених пиловим фактором, при використанні протипилових респіраторів шляхом підвищення їх ефективності.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

- проаналізувати захисну здатність протипилових респіраторів та їх вплив на виникнення захворювань, обумовлених пиловим фактором;

- дослідити залежність пилового навантаження при наявності респіратора від дисперсного складу пилу;

- встановити вплив терміну та умов експлуатації ЗІЗОД на їх захисну ефективність;

- визначити вплив характеру робіт на обсяг легеневої вентиляції та захисну ефективність ЗІЗОД;

- розробити методику для визначення пилового навантаження з урахуванням захисної ефективності ЗІЗОД, характеру робіт, кліматичних умов у робочій зоні та часу експлуатації;

- запропонувати шляхи удосконалення ЗІЗОД з метою підвищення їх ефективності.

Об'єктом дослідження є захисні й ергономічні властивості ЗІЗОД.

Предмет досліджень - процес уловлювання аерозольних частинок протипиловими респіраторами.

Методи дослідження. При виконанні дисертаційної роботи використані: аналіз і узагальнення літературних джерел відносно типів та конструкцій засобів індивідуального захисту органів дихання, характеристик фільтрувальних елементів, процесу уловлювання аерозольних частинок - при виборі та обґрунтуванні напрямку робіт; методи математичної статистики і статистичного аналізу - для оцінки особливостей розрахунку пилового навантаження при наявності респіратора, оцінки впливу характеру робіт на працездатність і захисну ефективність ЗІЗОД; методи математичного моделювання - для дослідження захисної ефективності ЗІЗОД.

Наукові положення, що виносяться на захист:

1. Підвищення ефективності фільтрувальних елементів за рахунок збільшення товщини та щільності фільтрувального матеріалу призводить не тільки до зменшення коефіцієнта проникнення аерозолів, а і до підсмоктування забрудненого повітря через нещільності за смугою обтюрації, що зумовлює екстремальний характер залежності захисної ефективності протипилових респіраторів від указаних параметрів фільтрувального матеріалу.

2. Розрахунок пилового навантаження за параметрами протипилових респіраторів з чистими фільтрами дає суттєво занижені результати, оскільки зростання опору фільтрувального елемента при накопиченні пилу призводить до зниження захисної ефективності респіратора, що обумовлено зростанням частоти і глибини дихання внаслідок збільшення енергетичного навантаження на працюючого.

Наукові результати і їхня новизна

1. Уперше проведена оцінка впливу різних конструкцій протипилових респіраторів на ймовірність виникнення професійних захворювань обумовлених пиловим фактором гірників. Показано, що захисна ефективність ЗІЗОД за всіма фракціями пилу становить близько 98 %, тоді як за респірабельною знаходиться в межах 78 - 83 %.

2. Встановлено, що факторами, які зумовлюють зменшення захисної ефективності протипилових респіраторів за респірабельною фракцією пилу є збільшення витрати повітря, часу експлуатації понад норми, підвищена температура і відносна вологість повітря, що за певних умов призводить до суттєвого зростання опору диханню фільтрувальних елементів і підсмоктування нефільтрованого повітря за смугою обтюрації завдяки перерозподілу повітряних потоків.

3. Визначені експериментальні залежності захисної ефективності протипилових респіраторів від якості фільтрів, часу експлуатації ЗІЗОД, кліматичних умов, які дозволили встановити кількість накопиченого пилу при розрахунку пилового навантаження за наявності респіраторів.

4. Розроблена математична модель розподілу зусиль за смугою обтюрації, яка дозволила виявити причини збільшення підсмоктування нефільтрованого повітря у підмасковий простір ЗІЗОД та запропоновувати шляхи усунення цього недоліку.

5. Встановлені залежності, які пов'язують конструкції фільтрувальних елементів та півмаски із захисною ефективністю респіратора. Показано, що фільтри з підвищеною щільністю упакування волокон мають значно нижчий опір диханню порівняно з фільтрами із традиційного матеріалу за рахунок збільшення робочої поверхні в обмеженому об'ємі фільтрувальної коробки. Достовірність наукових положень та результатів підтверджується: коректністю постановки і вирішення завдань; застосуванням сучасних методів теоретичного аналізу з урахуванням загальноприйнятих припущень; достатнім обсягом експериментів, проведених на атестованому обладнанні із застосуванням атестованих методик у лабораторії, яка акредитована в системі Національного агентства з акредитації України, що забезпечило з імовірністю 0,95 відхилення результатів не більше 10 %; узгодженістю результатів теоретичних та експериментальних досліджень; позитивними результатами дослідно-промислової перевірки розроблених конструкцій фільтрувальних елементів.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що результати досліджень дозволили розробити методику та програму для розрахунку величини пилового навантаження з урахуванням різних типів протипилових респіраторів, характеристик їх фільтрів, виду виконуваних робіт, кліматичних умов, часу експлуатації, за допомогою якої можна збільшити точність розрахунку накопиченого пилу в легенях гірників у порівнянні з традиційною методикою. На базі встановлених залежностей, які пов'язують конструкцію фільтрувальних елементів та їх захисну ефективність, були виготовлені нові конструкції фільтрувальних елементів до респіратора РПА-ТД з поліпшеними захисними властивостями. Розроблені рекомендації щодо підвищення захисної ефективності респіраторів, які передані ПМТП “Спецснаб” для подальшого впровадження їх у виробництво ЗІЗОД.

Особистий внесок здобувача полягає у формулюванні мети та завдання досліджень, визначенні пилового навантаження та залежності від часу використання респіраторів, умов експлуатації та ергономічних властивостей ЗІЗОД, у розробці методики та програми розрахунку пилового навантаження, а також у підготовці конструкторських рішень щодо підвищення захисної ефективності протипилових респіраторів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на міжнародних наукових конференціях: «Форум гірників - 2007» (Дніпропетровськ, 2007); «Охорона праці та соціальний захист працівників» (Київ, 2008); «Гірничо-металургійний комплекс: досягнення, проблеми та перспективи розвитку» (Кривий Ріг, 2009); а також на конференції, студентів, магістрів та аспірантів «Сучасні проблеми екології та геотехнологій» (Житомир, 2008).

Публікації. За матеріалами досліджень опубліковано 14 наукових робіт: 9 - у наукових фахових виданнях, що входять до переліку ВАК, 2 монографії у співавторстві, 3 - тези доповідей конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку літературних джерел із 82 найменувань, має 148 сторінок машинописного тексту, у тому числі 84 рисунки, 50 таблиць, додатки. Загальний обсяг - 189 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність досліджень, сформульовано мета і завдання, наведені основні наукові положення та результати, винесені на захист, а також відомості про практичне значення результатів роботи, їх апробацію та опублікування.

У першому розділі проаналізована структура професійної захворюваності на пневмоконіози та пилові бронхіти працівників вугільної промисловості країни, технічні характеристики вітчизняних і закордонних протипилових респіраторів, конструкції фільтрувальних елементів, фільтрувальні властивості сучасних матеріалів для виготовлення ЗІЗОД; наведений аналіз літературних джерел, щодо оцінки ролі респіраторів у профілактиці захворювань на пневмоконіози та пилові бронхіти. Встановлено, що пневмоконіози та пилові бронхіти посідають одне з провідних місць у структурі професійних захворювань. Це зумовлено тим, що залишковий рівень запиленості повітря гірничих виробок навіть з використанням заходів знепилення перевищує гранично-допустимі концентрації (ГДК) у декілька разів. Незважаючи на те ЗІЗОД характеризуються високоефективним очищенням повітря, рівень захворювань органів дихання, пов'язаних з пиловим фактором, з кожним роком зростає. Існує певна різниця між реальною захисною ефективністю ЗІЗОД і паспортною, яка встановлюється в лабораторних умовах. В літературі, майже, відсутня інформація про вплив параметрів та умов експлуатації на показники якості респіраторів, яка необхідна для визначення дійсних їх фільтрувальних властивостей. Це допоможе у правильному виборі ЗІЗОД та зменшить кількість помилок при розрахунку пилового навантаження з використанням респіраторів. Ситуація ускладнюється тим, що фільтрувальні матеріали, з яких виготовляється той чи інший ЗІЗОД, по-різному реагують на дію кліматичних умов, що часто призводить до збільшеного опору диханню. Крім того, на захисну ефективність ЗІЗОД суттєво впливає конструкція півмаски, від якої залежить, скільки нефільтрованого повітря проникне за смугою обтюрації.

За результатами аналізу сформульовані завдання дослідження, вирішення яких дозволяє досягти мети дисертації.

У другому розділі розкрито особливості оцінки пилового навантаження при наявності та відсутності протипилових респіраторів, висвітлений вплив дисперсного складу, властивостей пилу та часу використання респіраторів на ризик виникнення захворювання.

Нині, при визначенні кількості пилу, яка потрапляє до легенів людини, у розрахункову формулу вводиться додатковий коефіцієнт, який дорівнює 0,1 - при наявності респіратора і 1 - при його відсутності. При цьому ні тип ЗІЗОД, ні величина його захисної ефективності не враховується. Між тим тільки за класами захисту (відповідно до ДСТУ 12.4.041:2006: високий - FFP3, середній - FFP2, низький - FFP1) потрібно вводити мінімум три значення цього коефіцієнта. Захисна ефективність ЗІЗОД визначається за коефіцієнтом проникнення спеціального тест-аерозолю, який показує відношення його концентрацій „до” і „після” респіратора, тобто він виражає частку дрібнодисперсного пилу, який проник через захисний засіб. Експериментальні дослідження з визначення коефіцієнта проникнення респіраторів за «тест-аерозолем вугільний пил» показали дещо відмінні результати не тільки між типами ЗІЗОД, але навіть і між показниками одного виробу з фільтрами, виготовленими із різних фільтрувальних матеріалів (табл. 1). Цей факт указує на залежність якості ЗІЗОД від багатьох складових, зокрема: опору диханню фільтрів, конструкції півмаски та наявності підсмоктувань нефільтрованого повітря за смугою обтюрації, величини витрати повітря та ін. Отже, необхідно детально встановити, наскільки змінюється величина захисної ефективності респіраторів під дією вищезгаданих чинників, що дозволить точніше визначати величину пилового навантаження.

Таблиця 1 Результати визначення коефіцієнта, що враховує наявність респіратора за «тест-аерозолем вугільний пил»

Тип ЗІЗОД з фільтрувальним елементом	Концентрація пилу в камері C, мг/м3	Час запилення, t, хв	Маса пилу на ЗІЗОД Пз, г	Маса пилу після ЗІЗОД на фільтрі АФА Пе, мг	Значення коефіцієнта k, що враховує наявність респіратора
ШБ-1 „Лепесток-200”	Близько 300	120	1,06±0,03	21,8±2,5	0,021
ШБ-1 „Лепеток-40”		120	1,07±0,04	26,4±2,4	0,024
РПА-ТД-1 з філ. з матеріалу „ФПП15 - 0,6”		120	1,07±0,07	21,1±1,3	0,019
РПА-ТД-1 з філ. з матеріалу „ФПП15 - 1,5”		120	1,06±0,08	22,9±1,1	0,022
РПА-ТД-1 з фільтрами з матеріалу „Елефлен-5”		120	1,06±0,05	21,6±1,5	0,020

Висока ефективність ЗІЗОД за всіма фракціями - це ще не гарантія захисту від захворювання на пилову етіологію. Оскільки у легенях осідає тільки респірабельна фракція пилу, то і визначати ступінь захисту респіраторів доцільно за нею. Виконані нами експериментальні дослідження показують, що в цьому випадку ЗІЗОД мають значно гірші показники (табл. 2). Коефіцієнт, що враховує наявність респіратора за дрібнодисперсною фракцією, складе всього 82 % проти 98 % за всіма фракціями. Таким чином, ЗІЗОД мають значно меншу захисну ефективність (78 - 83 %) від тієї, що наводиться в паспортних даних (99,0 - 99,9 %).

За відомим методом розрахунку ймовірності захворювання працюючих у контакті з пилом був розрахований ризик захворювання для працівників віком 30 років, загальний стаж 9 років, з них у контакті з пилом 7, середня концентрація вугільного пилу (з вмістом вільного кремнезему до 5%) 300 мг/м³.

Таблиця 2 Результати визначення коефіцієнта проникнення респіраторів за «тест-аерозолем вугільний пил»

Тип ЗІЗОД з фільтрувальним елементом	Маса пилу (мг), що пройшов крізь ЗІЗОД за фракціями, мкм	Значення коефіцієнта k, що враховує наявність респіратора за фракціями, мкм	Захисна ефективність ЗІЗОД, %, за фракціями пилу, мкм
	0,1 - 5	> 5	0,1 - 5	> 5	0,1 - 5	> 5
ШБ-1 „Лепесток-200”	19,8	2,0	0,18	0,002	82,3	99,8
ШБ-1 „Лепетом-40”	24,1	2,3	0,22	0,002	78,5	99,8
РПА-ТД-1 з філ. з матеріалу „ФПП15 - 0,6”	19,2	1,9	0,17	0,002	83,5	99,8
РПА-ТД-1 з філ. з матеріалу „ФПП15 - 1,5”	20,8	2,1	0,19	0,002	81,4	99,8
РПА-ТД-1 з фільтрами з матеріалу „Елефлен-5”	19,7	1,9	0,18	0,002	82,1	99,8

За умови відсутності респіратора для вищенаведених умов інтегральний показник дорівнює 43789, відповідно ризик захворювання становить більше 90 %. При наявності респіратора ризик захворювань на пневмоконіози і пиловими бронхітами наведений в табл. 3.

Таблиця 3 Порівняння результатів розрахунку інтегрального ризику захворювання для працюючого у контакті з пилом

Респіратори	Інтегральний показник ризику захворювання R при наявності ЗІЗОД за фракціями пилу, мкм	Ризик захворювання при наявності ЗІЗОД, % за фракціями пилу, мкм
	0,1 - 5	> 5	0,1 - 5	> 5
ШБ-1 „Лепесток-200”	1334	1031	30	До 2
ШБ-1 „Лепеток-40”	1507	1167	70	До 5
РПА-ТД-1 з фільтрами з матеріалу ФПП15 - 0,6	1291	1011	20	До 2
РПА-ТД-1 з фільтрами з матеріалу ФПП15 - 1,5	1377	1061	40	До 2
РПА-ТД-1 з фільтрами з матеріалу „Елефлен-5”	1334	1025	30	До 2

Результати проведених експериментів дозволяють визначати, наскільки респіратор у конкретних умовах буде ефективним у боротьбі з пневмоконіозами і пиловими бронхітами.

У третьому розділі проведені дослідження щодо оцінки впливу на коефіцієнт проникнення респіратора умов експлуатації та режиму праці: коефіцієнта проникнення фільтрів, який визначається характеристиками фільтрувальних матеріалів (діаметром волокон, щільністю їх упакування, товщиною фільтрувального шару); опору диханню фільтрів, що задається як характеристиками фільтрувальних матеріалів, так і особливостями конструкції півмаски, витратою повітря, режимом праці; кліматичних умов на робочому місці; часу експлуатації ЗІЗОД та концентрації пилу, які впливають на опір диханню і можуть призвести до значного підсмоктування нефільтрованого повітря за смугою обтюрації, тобто

,(1)

де - коефіцієнт проникнення фільтрувального елемента; Др - перепад тиску на респіраторі, Па; - опір повітряному потокові фільтра, Н·с²/м⁸; Q - об'ємна витрата повітря, м³/год; t - температура повітря, ⁰С; ц - вологість повітря; t₁ - тривалість робочої зміни, год; С - концентрація пилу в повітрі г/м³.

При вдиханні нефільтроване повітря з шкідливими домішками концентрації С₁ розподіляється на два потоки. Один з них проходить через фільтрувальний елемент, а другий - через щілини за смугою обтюрації. Якщо опір фільтра значний, то з'являється суттєве підсмоктування забрудненого повітря в підмасковий простір.

Коефіцієнт проникнення аерозолю через респіратор в такому випадку можна визначити за формулою

,(2)

де б - коефіцієнт фільтрувальної дії м/Па·с; S - площа фільтра, м²; с - щільність частинок аерозолю, кг/м³; d - діаметр волокна фільтрувального матеріалу, м; з - кінематична в'язкість повітря, м²/с v - швидкість частинки аерозолю, м/с Q₁ - витрата повітря через респіратор, м³/год.

Зростання опору фільтрувального елемента збільшує ймовірність проникнення нефільтрованого повітря через респіратор. Це зумовлено перерозподілом повітряних потоків і збільшенням підсмоктування забрудненого повітря крізь нещільності смуги обтюрації.

Відомо, що підвищення якості фільтрувальних матеріалів відбувається за рахунок збільшення товщини фільтрувального шару, щільності упакування або зменшення радіуса волокон. Однак це призводить до зростання перепаду тиску, що погіршує не тільки їх ергономічну складову, а й може спричинити збільшення коефіцієнта проникнення респіратора за умови досягнення деякої критичної величини опору диханню фільтрів. Виконані нами експериментальні дослідження показують, що існує оптимальне значення між коефіцієнтами фільтрувальної дії фільтра і респіратора. З поліпшенням якості фільтра завдяки щільності волокон або товщини фільтрувального шару захисна ефективність респіратора спочатку підвищується, а потім - спадає, що пояснюється збільшенням частки нефільтрованого повітря через смугу обтюрації.

При експлуатації респіратора на його фільтрах накопичується пил, який збільшує опір диханню фільтра. У свою чергу це позначається на захисній ефективності респіратора, яка значно погіршується при досягненні опору диханню фільтра з пилом величиною близько 7000 - 8000 Н с² /м⁸. Існує певний проміжок часу, за якого коефіцієнт проникнення ЗІЗОД буде стабільним. Його можна визначити за формулою

,(3)

де ; Др₀ - початковий опір чистого фільтра, Па; L - загальна довжина волокон, м; k_n - коефіцієнт пропорційності, який залежить від швидкості фільтрації, м⁴/с²; с_n - насипна щільність частинок пилу, кг/м³; ц - коефіцієнт нерівномірності розподілу пилу на волокнах матеріалу; F₀ - загальна площа фільтра, м²; - сумарна поверхня волокон фільтра.

Отже, при визначенні пилового навантаження потрібно враховувати, що після досягнення критичної величини опору диханню фільтрів коефіцієнт проникнення респіратора збільшується. З формули (2) видно, що безпосередньо захисна ефективність ЗІЗОД залежить від швидкості аерозольних частинок у фільтрі і величини витрати повітря, яке проходить крізь нього, що визначається фізичним навантаженням.

Характер виконуваної роботи спричиняє зміну структури дихання (збільшується тривалість фаз вдиху і видиху, зростає потреба у кисні, а також щохвилинний об'єм і частота дихання, змінюється глибина самого дихання), що водночас збільшує опір диханню респіратора, це призводить до зниження працездатності і швидкого накопичення втоми через перенапругу фізіологічних систем організму загалом і зміну механіки дихального акту зокрема. Так, проведені нами дослідження показали, що навіть незначний перепад тиску в 30 Па зменшує працездатність на 20 - 40 % відповідно до величини навантаження.

Крім того, відповідно до формули (1) зростання перепаду тиску на респіраторах збільшує коефіцієнт проникнення респіратора не тільки за рахунок підсмоктувань нефільтрованого повітря за смугою обтюрації, а також і внаслідок збільшення швидкості фільтрації, яка призводить до зменшення часу перебування аерозольних частинок у фільтрі.

Особливу увагу потрібно звернути на зміну параметрів ЗІЗОД під впливом кліматичних умов, оскільки в гірничих виробках вони значно відрізняються від нормальних (за якими проводять лабораторні дослідження із встановлення основних показників протипилових респіраторів). Експериментальні дослідження показали, що збільшення температури і вологості повітря призводить до значного зростання перепаду тиску на респіраторах залежно від типу фільтрувального матеріалу.

Додаткове зростання перепаду тиску на ЗІЗОД можна оцінити за формулою

протипиловий респіратор захворювання дисперсний

,(4)

де k₁ - додатковий перепад тиску, викликаний збільшенням температури; k₂ - додатковий перепад тиску, викликаний збільшенням відносної вологості повітря; R₁ - опір повітряному потокові респіратора, Н·с²/м⁸.

Таким чином, для точного розрахунку кількості пилу, що потрапив у легені працюючих з урахуванням наявності ЗІЗОД, необхідно визначити марку використовуваного респіратора та його характеристики (захисну ефективність, початковий перепад тиску на респіраторі й окремо, якщо можливо, на фільтрі), тривалість робочої зміни; встановити об'єм легеневої вентиляції та середньозмінну концентрацію пилу в робочій зоні; температуру і вологість повітря в робочій зоні, де передбачається експлуатація респіратора.

У четвертому розділі проаналізовані основні причини погіршення якості протипилових ЗІЗОД та розроблені рекомендації щодо підвищення захисної ефективності на прикладі півмаски РПА-ТД. Так, слабким місцем фільтрувальних респіраторів є смуга обтюрації, тому вдосконалення її конструкції дозволить зменшити підсмоктування забрудненого повітря і підвищити захисну ефективність респіратора. Досліджуючи вплив різних конструкцій обтюраторів на коефіцієнт проникнення та порівнюючи отримані результати між собою, визначено, що найбільша кількість аерозолів у респіраторів проникає в носо-губній зоні, а також у нижній частині біля підборіддя через нерівномірний розподіл зусиль за смугою обтюрації та швидке зростання опору фільтрів під час їх експлуатації.

З метою підвищення надійності кріплення респіратора РПА-ТД на обличчі, було запропоновано здійснювати кріплення наголів'я за допомогою двох стрічок, а не одної, як це реалізовано в діючому зразку респіратора. Складено систему рівнянь зовнішніх сил і реакцій, які діють на півмаску, описаний граничний стан рівноваги півмаски респіратора на обличчі.

(5)

де і - реакції за смугою обтюрації в області перенісся й підборіддя відповідно; - сила натягу наголів'я; й - сили ваги півмаски й фільтрувальної коробки; і - сили тертя.

Вирішення системи рівнянь дозволило визначити місце розташування кріплення наголів'я, виходячи з умови, що реакції підборіддя R_в і перенісся R_с будуть однакові. Для підвищення захисних властивостей і зменшення больових відчуттів за смугою обтюрації необхідно досягти однакового тиску довкола перенісся у_В і підборіддя у_С. Нехтуючи нерівномірністю розподілу тиску за площею контакту, його середні значення можна розрахувати за формулами

; , кПа,(6)

де S_В, S_С - площі контактних зон навколо перенісся та підборіддя, м². Виходячи з умови рівноваги тиску у_В і у_С, були розраховані основні геометричні розміри кутів нахилу стрічок для закріплення півмаски на обличчі.

Інший шлях підвищення захисної ефективності респіраторів є зменшення опору диханню фільтрувальних елементів. Експериментальним шляхом нами була визначена величина діаметра волокна, щільність упакування і товщину фільтрувального шару, за яких забезпечуються високі захисні властивості при мінімальному опорі диханню. Збільшення радіуса волокон призводить до зменшення опору фільтрувального шару. При цьому існує область розмірів волокон, де коефіцієнт проникнення буде мінімальним. Подальше збільшення радіуса призведе до зменшення опору диханню, але погіршить захисні властивості респіратора. Зміна щільності упакування волокон також може покращити захисні властивості фільтрувальних матеріалів при мінімальному опорі диханню.

Проведені випробування експериментальних зразків фільтрів з різною щільністю упакування волокон і товщиною фільтрувального шару. Вони показали можливість зменшення опору диханню фільтрів за рахунок зміни товщини фільтрувального шару і щільності упакування волокон (табл. 4).

Таблиця 4 Експериментальні дослідження фільтрів з різною щільністю упакування і товщиною фільтрувального шару

Обумовлені показники	Щільність упакування; товщина фільтрувального шару, мкм
	0,25; 4,0	0,5; 2,5	0,45; 3,0	0,4, 3,5
Коефіцієнт проникнення за тест-аерозолем масляний туман К,%	0,729±0,05	0,657 ± 0,05	0,653 ± 0,05	0,786 ± 0,05
Опір постійному потоку повітря Др, Па	21,9 ± 1,5	17,6 ± 2,4	18,7 ± 1,9	20,1 ± 1,7

З урахуванням одержаних результатів були запропоновані нові конструкції фільтрувальних елементів, які відрізняються від існуючих більшою щільністю упакування волокон та меншою товщиною фільтрувального шару, що дозволило підвищити захисну ефективність респіратора за рахунок зменшення опору диханню фільтрів. Розроблені рекомендації щодо підвищення захисної ефективності респіратора РПА-ТД, які передані ПМТП “Спецснаб” для подальшого впровадження їх у виробництво ЗІЗОД.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі поставлено та вирішено актуальне науково-практичне завдання оцінки впливу експлуатаційних властивостей протипилових респіраторів на ризик виникнення захворювань, обумовлених пиловим фактором, що полягає у комплексному врахуванні факторів, які впливають на захисну ефективність респіраторів (дисперсного складу пилу, витрати повітря, режиму праці кліматичних умов та часу перебування робітників у півмасках за робочу зміну). Це дозволило визначити ефективність уловлювання аерозолів протипиловими респіраторами залежно від умов експлуатації. Запропоновані заходи щодо покращення їх роботи, а також розроблена методика та програма для розрахунку пилового навантаження.

Основні наукові і практичні результати роботи.

1. Виконаний аналіз обчислення пилового навантаження з урахуванням впливу протипилового респіратора. Показано, що коефіцієнт проникнення ЗІЗОД залежить від багатьох факторів і його величина повинна встановлюватися виходячи з конкретної марки респіратора й умов експлуатації.

2. Визначено, що захисна ефективність респіраторів за респірабельним пилом знаходиться в межах 78 - 83 %, це майже на 15 - 20 % менше ніж за всіма фракціями. Це зумовлено як конструктивними особливостями півмасок (наявність нещільностей за смугою обтюрації), так і механізмами уловлювання аерозолів фільтрувальними матеріалами (найбільш проникні аерозолі знаходяться у діапазоні 1 - 3 мкм).

3. Досліджена залежність захисної ефективності протипилових респіраторів від зміни опору диханню фільтрів, що може бути викликано режимом праці або умовами експлуатації. Встановлено, що при досягненні деякої критичної величини опору диханню фільтрів коефіцієнт проникнення респіраторів погіршується.

4. Встановлено, що використання респіратора через додатковий опір диханню супроводжується дією на людину цілого комплексу факторів, які впливають на серцево-судинну систему, функцію зовнішнього дихання. Підвищений опір диханню у 25 - 30 Па вже знижує працездатність людини на 20 - 40 % відповідно до величини навантаження.

5. Розроблена методика й комп'ютерна програма для визначення величини пилового навантаження з урахуванням типу протипилових респіраторів, характеристик їхніх фільтрів і пилу, виду виконуваних робіт, кліматичних умов і часу експлуатації, що дозволяє підібрати найбільш раціональний тип респіратора й фільтрувального елемента для кожного працівника за умови підтримки мінімальної величини пилового навантаження.

6. Запропоновані шляхи вдосконалення півмасок, які зменшують проникання забрудненого повітря за смугою обтюрації. Визначені конструктивні параметри півмаски з двома смужками кріплення з урахуванням рівномірного розподілу навантаження за смугою обтюрації. Теоретично досліджена можливість зменшення початкового опору фільтрів за рахунок зниження товщини фільтрувального шару, діаметрів волокон і зміни щільності їх упакування. Виготовлені експериментальні зразки фільтрів до протипилового респіратора РПА-ТД зі зниженим опором диханню.

Основні положення і результати дисертації опубліковані у роботах

1. Голінько В.І. Застосування респіраторів на вугільних і гірничорудних підприємствах: Монографія / В.І. Голінько, С.І. Чеберячко, Ю.І. Чеберячко. - Д.: НГУ, - 2008. - 99 с.

2. Голінько В.І. Засоби індивідуального захисту органів дихання / В.І. Голінько, С.І. Чеберячко, Д.І. Радчук, Ю.І. Чеберячко. - Д.: ЧП Федоренко С. С., 2009. - 93 с.

3. Голінько В.І. Оцінка впливу опору респіраторів диханню на працездатність людини Науковий вісник НГУ. - 2007. - № 9. - С. 85-87.

4. Голінько В.І. Розробка програми розрахунку пилового навантаження гірників з урахуванням типу фільтрувального респіратора / В.І. Голінько, Ю.І. Чеберячко // Вісник Криворіз. техн. ун-ту: зб. наук. праць. - 2009. - № 23. - С. 226-229.

5. Чеберячко Ю.І. Оцінка впливу дисперсного складу пилу на захисну ефективність протипилових респіраторів / Ю.І. Чеберячко // Науковий вісник НГУ. - 2007. - № 8. - С. 72-74.

6. Чеберячко С.І. Оцінка впливу засобів індивідуального захисту органів дихання на працездатність людини / С.І. Чеберячко, Ю.І. Чеберячко // Науковий вісник НГУ. - 2007. - № 7. - С. 60-62.

7. Чеберячко С.И. Исследование влияния толщины фильтрующего слоя, диаметра волокон и плотности упаковки на основные показатели фильтрующих элементов Зб. наук. праць НГУ. - 2007. - № 29. - С. 224-229.

8. Голінько В.І. Роль засобів індивідуального захисту органів дихання у профілактиці пилової етнології / В.І. Голінко, С.І. Чеберячко, Ю.І. Чеберячко // Науковий вісник НГУ. - 2006. - № 7. - С. 67-70.

9. Чеберячко С.И. К увеличению пылеемкости полипропиленовых фильтров к респиратору РПА / С.И. Чеберячко, Ю.И. Чеберячко // Науковий вісник НГУ. - 2004. - № 7. - С. 60-62.

10. Чеберячко Ю.І. Аналіз та розробка конструкцій фільтрувальних елементів до респіратора РПА / Ю.І. Чеберячко, Д.І. Радчук, Н.О. Назарко // Науковий вісник НГУ. - 2008. - № 10. - С. 53-55.

11. Плахотник В.В. Пути совершенствования полумаски к респиратору РПА / В.В. Плахотник, С.И. Чеберячко, Ю.И. Чеберячко // Науковий вісник НГУ. - 2008. - № 12. - С. 29-32

12. Чеберячко Ю.І. Вплив дисперсного складу пилу на ефективність протипилових респіраторів / Ю.І. Чеберячко // Матеріали міжнар. конф. «Форум гірників - 2007». - Д.: Національний гірничий університет, 2007. - С. 272-275.

13. Голинько В.И. Особенности оценки пылевой нагрузки горняков при наличии респираторов / В.И. Голинько, Ю.И. Чеберячко // Тези V міжнар. наук. конф. студ., магістрів та асп. “Сучасні проблеми екології та геотехнологій”, 19-22 березня 2008 р. м. Житомир. - ЖДТУ, 2008. - С. 361-362.

14. Чеберячко Ю.І. Перспективи подальшого розвитку конструкцій фільтруючих елементів до респіратору багаторазового використання /

Ю.І. Чеберячко, Д.І. Радчук, Н.Н. Назарко // Зб. матер. між нар. конф. «Охорона праці та соціальний захист працівників», 19-21 листопада 2008 р. м. Київ - К. НТУУ «КПІ», 2008 - С. 483-486.

У роботах, опублікованих у співавторстві особистий внесок дисертанта полягає написанні розділу 3 [1], та розділів 2, 3 та 5,3 [2]; розроблено алгоритму програми для визначення пилового навантаження гірників з урахуванням типу фільтрувального респіратора [4]; досліджено показники фільтрів у результаті лабораторних і промислових дослідів [3], [5], [6], [7]; запропоновано та виготовлено конструкцію фільтрувального елемента [9], [10]; проведено розрахунок основних точок кріплення стрічок наголів'я півмаски до респіратора РПА [11]; проведено дослідження фільтрувальних елементів за смугою обтюрації [14].

АНОТАЦIЇ

Чеберячко Ю.І. «Обґрунтування заходів щодо зменшення пилового навантаження працівників гірничих підприємств при використанні протипилових респіраторів». - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01 - «Охорона праці». Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2009.

Дисертація присвячена оцінці впливу експлуатаційних властивостей протипилових засобів індивідуального захисту органів дихання на ризик виникнення захворювань, обумовлених пиловим фактором.

Виконаний розрахунок пилового навантаження із застосуванням респіратора. Визначена ефективність деяких ЗІЗОД за дрібнодисперсними фракціями пилу. Встановлені фактори, які погіршують ефективність протипилових респіраторів. Досліджена залежність захисної ефективності ЗІЗОД від параметрів їх фільтрувальних елементів, витрати повітря при відповідних режимах праці, кліматичних параметрів робочої зони, часу перебування робітників у півмасках протягом робочої зміни.

Обґрунтовані заходи щодо вдосконалення конструкції наголів'я, зменшення опору фільтрів. За результатами досліджень запропоновані методика і програма для визначення пилового навантаження з урахуванням захисної ефективності ЗІЗОД.

Ключові слова: пилове навантаження, респіратор, фільтрувальний елемент, захисна ефективність, коефіцієнт проникнення.

Чеберячко Ю.И. «Обоснование мероприятий по уменьшению пылевой нагрузки работников горных предприятий при использовании противопылевых респираторов». - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 - «Охрана труда». Национальный горный университет, Днепропетровск, 2009.

Диссертация посвящена оценке влияния эксплуатационных свойств противопылевых средств индивидуальной защиты органов дыхания на риск возникновения заболеваний, обусловленных пылевым фактором.

Выполнен анализ расчета пылевой нагрузки с учетом противопылевого респиратора. Показано, что коэффициент проникания СИЗОД зависит от многих факторов и его величина должна устанавливаться исходя из конкретной марки респиратора и условий эксплуатации. Определена защитная эффективность некоторых противопылевых респираторов по тонкодисперсной фракции, которая на 15 - 20 % меньше паспортной. Наличие респиратора во время работы снижает риск заболевания пневмокониозами и пылевыми бронхитами до 2 % по всем фракциям и до 20 % по тонкодисперсной. Это говорит о невысокой его защитной эффективности.

Проведены исследования зависимости защитной эффективности СИЗОД от защитной эффективности и сопротивления их фильтрующих элементов, расхода воздуха, его запыленности, дисперсного состава пыли, времени пребывания работников в полумасках. Произведена оценка влияния температуры и влажности воздуха на работу респираторов с целью определения поправочных коэффициентов для уточнения величины перепада давления и выявления границ возможного применения респираторов. С помощью полученных аналитических соотношений, связывающих коэффициент проникания респиратора с параметрами фильтра, режимом труда и климатическими условиями, можно рассчитать реальную величину пылевой нагрузки, а также время работы в СИЗОД, при котором будет обеспечиваться максимально возможная защита органов дыхания от попадания пыли.

На основании полученных закономерностей разработана методика и компьютерная программа для определения величины пылевой нагрузки с учетом типа противопылевых респираторов, характеристик их фильтров и пыли, вида выполняемых работ, климатических условий и времени эксплуатации. Она позволяет подобрать наиболее рациональный тип респиратора и фильтрующего элемента для каждого работника при условии поддержания минимальной величины пылевой нагрузки.

На основе установленных закономерностей определены основные причины ухудшения работы СИЗОД. Предложены пути усовершенствования полумасок, которые уменьшают проникание загрязненного воздуха по линии обтюрации. Определены конструктивные параметры полумаски с двумя лентами крепления с учетом равномерного распределения нагрузки по обтюратору. Теоретически исследована возможность уменьшения начального сопротивления фильтров за счет снижения толщины фильтрующего слоя, диаметров волокон и изменения плотности их упаковки.

Изготовлены экспериментальные образцы фильтров к противопылевому респиратору РПА-ТД с пониженным сопротивлением дыханию, которые прошли соответствующие лабораторные исследования и рекомендованы к внедрению в серийное производство на предприятии ООО ПМТС «Спецснаб», которое специализируется на изготовлении и проверке качества средств индивидуальной защиты органов дыхания.

Ключевые слова: пылевая нагрузка, респиратор, фильтрующий элемент, защитная эффективность, коэффициент проникания.

Cheberiachko Iu. I. “Substantiation of measures to cut dust load of mining enterprises workers while using dustproofing respirators”. - Manuscript.

The dissertation on the scientific degree of the candidate of engineering science in speciality 05.26.01 - «Protection of labour» - National mining university, Dnepropetrovsk, 2009.

The thesis is devoted to determination of service properties of dustproofing means of individual protection of respiratory organs effect on origin of diseases resulting from dust factor.

There is estimated dust load taking into account respirator. There is determined efficiency of some Means of Individual Protection of Respiratory Organs(MIPRO) on fine - dispersed dust fractions. There are determined factors which deteriorate efficiency of dustproofing respirators. There is studied dependence of MIPRO protective efficiency on parameters of their filter elements, air loss under correspondent labour conditions, climatic parameters of working are and period during which workers are in half masks within shift.

There are based measures concerning improvement of design, reduction of filters develop both technique and program to calculate dust load taking into account the MIPRO efficiency.

Key words: dust load, respirator, filter element, protective efficiency, penetration factor.

Размещено на Allbest.ru

...