Оцінка надійності проти пилових респіраторів
Проаналізовано вплив вітаючого пилу на захисну ефективність респіраторів з урахуванням часу експлуатації в робочих умовах. Встановлено, що після досягнення критичної величини опору фільтру виникає підсос аерозоля через нещільне прилягання смуги обтюрації, на які впливає форма особи, матеріал напівма...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2013
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87389 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Оцінка надійності проти пилових респіраторів / С.І. Чеберячко, Д.І. Радчук, Ю.І. Чеберячко, М.М. Наумов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 72-82. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87389 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Чеберячко, С.І. Радчук, Д.І. Чеберячко, Ю.І. Наумов, М.М. 2015-10-17T18:40:43Z 2015-10-17T18:40:43Z 2013 Оцінка надійності проти пилових респіраторів / С.І. Чеберячко, Д.І. Радчук, Ю.І. Чеберячко, М.М. Наумов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 72-82. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87389 622.814.89 Проаналізовано вплив вітаючого пилу на захисну ефективність респіраторів з урахуванням часу експлуатації в робочих умовах. Встановлено, що після досягнення критичної величини опору фільтру виникає підсос аерозоля через нещільне прилягання смуги обтюрації, на які впливає форма особи, матеріал напівмаски, вигляд і герметичність клапанів видиху. Встановлені коефіцієнти збереження захисної ефективності від часу роботи респіратора і залежність коефіцієнта проникання від опору дихання з урахуванням робочих умов. При розробці конструкцій протипилових засобів індивідуального захисту органів дихання (ЗІЗОД) для зменшення підсмоктування та збільшення надійності захисту необхідно: розробляти конструкції обтюратора з урахуванням якості фільтрувальних елементів та строків їх експлуатації; підвищити щільність контакту за смугою обтюрації, за рахунок зменшення жорсткості поверхні обтюратора, його ширини, еластичності матеріалу та вибору точок кріплення оголів’я; розробити рекомендації щодо проведення індивідуальної підгонки півмаски, яка забезпечить однозначне положення ЗІЗОД на обличчі. Проанализировано влияние витающей пыли на защитную эффективность респираторов с учетом времени эксплуатации в рабочих условиях. Установлено, что после достижения критической величины сопротивления фильтра возникает подсос аэрозоля через неплотное прилегание полосы обтюрации, на который влияет форма лица, материал полумаски, вид и герметичность клапанов выдоха. Установлены коэффициенты сохранения защитной эффективности от времени работы респиратора и зависимость коэффициента проникания от сопротивления дыханию с учетом рабочих условий. При разработке конструкций противопылевых средств индивидуальной защиты органов дыхания (ЗИЗОД) для уменьшения подсосов и увеличения надежности защиты необходимо: разрабатывать конструкции обтюратора с учетом качества фильтрующих элементов и сроков их эксплуатации; повысить плотность контакта за полосой обтюрации, за счет уменьшения жесткости поверхности обтюратора, его ширины, эластичности материала и выбора точек крепления оголовья; разработать рекомендации по проведению индивидуальной подгонки полумаски, которая обеспечит однозначное положение ЗИЗОД на лице. Influence of the flying dust on the protective efficiency of respirators was analyzed with taking into account duration of their use in the working conditions. It is stated that when the filter resistance achieves a critical level the aerosol is sucked in through the obturation bar slots rate of which depends on the face shape, material of the half mask and expired valve type and impermeability. Coefficients were specified for protective efficiency maintenance depending on the respirator use duration, and a dependence was defined between the penetration coefficient and resistance to breathing with taking into account specific working conditions. In order to diminish the suction and to improve reliability of personal protection it is necessary, when designing any dust facilities for personal breathing protection (FPBP), to: - design obturators with taking into account quality of filtering elements and duration of their exploitation; - increase the contact closeness under the obturation bar through the reduced rigidity and width of the obturator surface and material elasticity and properly chosen points for fastening the headband; - make recommendations for individual half-mask fitting which would provide a stable position of the FPBP on the face. uk Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Оцінка надійності проти пилових респіраторів Оценка надёжности противопылевых респираторов Evaluation of respirator reliability Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Оцінка надійності проти пилових респіраторів |
| spellingShingle |
Оцінка надійності проти пилових респіраторів Чеберячко, С.І. Радчук, Д.І. Чеберячко, Ю.І. Наумов, М.М. |
| title_short |
Оцінка надійності проти пилових респіраторів |
| title_full |
Оцінка надійності проти пилових респіраторів |
| title_fullStr |
Оцінка надійності проти пилових респіраторів |
| title_full_unstemmed |
Оцінка надійності проти пилових респіраторів |
| title_sort |
оцінка надійності проти пилових респіраторів |
| author |
Чеберячко, С.І. Радчук, Д.І. Чеберячко, Ю.І. Наумов, М.М. |
| author_facet |
Чеберячко, С.І. Радчук, Д.І. Чеберячко, Ю.І. Наумов, М.М. |
| publishDate |
2013 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Геотехнічна механіка |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Оценка надёжности противопылевых респираторов Evaluation of respirator reliability |
| description |
Проаналізовано вплив вітаючого пилу на захисну ефективність респіраторів з урахуванням часу експлуатації в робочих умовах. Встановлено, що після досягнення критичної величини опору фільтру виникає підсос аерозоля через нещільне прилягання смуги обтюрації, на які впливає форма особи, матеріал напівмаски, вигляд і герметичність клапанів видиху. Встановлені коефіцієнти збереження захисної ефективності від часу роботи респіратора і залежність коефіцієнта проникання від опору дихання з урахуванням робочих умов. При розробці конструкцій протипилових засобів індивідуального захисту органів дихання (ЗІЗОД) для зменшення підсмоктування та збільшення надійності захисту необхідно: розробляти конструкції обтюратора з урахуванням якості фільтрувальних елементів та строків їх експлуатації; підвищити щільність контакту за смугою обтюрації, за рахунок зменшення жорсткості поверхні обтюратора, його ширини, еластичності матеріалу та вибору точок кріплення оголів’я; розробити рекомендації щодо проведення індивідуальної підгонки півмаски, яка забезпечить однозначне положення ЗІЗОД на обличчі.
Проанализировано влияние витающей пыли на защитную эффективность респираторов с учетом времени эксплуатации в рабочих условиях. Установлено, что после достижения критической величины сопротивления фильтра возникает подсос аэрозоля через неплотное прилегание полосы обтюрации, на который влияет форма лица, материал полумаски, вид и герметичность клапанов выдоха. Установлены коэффициенты сохранения защитной эффективности от времени работы респиратора и зависимость коэффициента проникания от сопротивления дыханию с учетом рабочих условий. При разработке конструкций противопылевых средств индивидуальной защиты органов дыхания (ЗИЗОД) для уменьшения подсосов и увеличения надежности защиты необходимо: разрабатывать конструкции обтюратора с учетом качества фильтрующих элементов и сроков их эксплуатации; повысить плотность контакта за полосой обтюрации, за счет уменьшения жесткости поверхности обтюратора, его ширины, эластичности материала и выбора точек крепления оголовья; разработать рекомендации по проведению индивидуальной подгонки полумаски, которая обеспечит однозначное положение ЗИЗОД на лице.
Influence of the flying dust on the protective efficiency of respirators was analyzed with taking into account duration of their use in the working conditions. It is stated that when the filter resistance achieves a critical level the aerosol is sucked in through the obturation bar slots rate of which depends on the face shape, material of the half mask and expired valve type and impermeability. Coefficients were specified for protective efficiency maintenance depending on the respirator use duration, and a dependence was defined between the penetration coefficient and resistance to breathing with taking into account specific working conditions. In order to diminish the suction and to improve reliability of personal protection it is necessary, when designing any dust facilities for personal breathing protection (FPBP), to: - design obturators with taking into account quality of filtering elements and duration of their exploitation; - increase the contact closeness under the obturation bar through the reduced rigidity and width of the obturator surface and material elasticity and properly chosen points for fastening the headband; - make recommendations for individual half-mask fitting which would provide a stable position of the FPBP on the face.
|
| issn |
1607-4556 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87389 |
| citation_txt |
Оцінка надійності проти пилових респіраторів / С.І. Чеберячко, Д.І. Радчук, Ю.І. Чеберячко, М.М. Наумов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 72-82. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT čeberâčkosí ocínkanadíinostíprotipilovihrespíratorív AT radčukdí ocínkanadíinostíprotipilovihrespíratorív AT čeberâčkoûí ocínkanadíinostíprotipilovihrespíratorív AT naumovmm ocínkanadíinostíprotipilovihrespíratorív AT čeberâčkosí ocenkanadežnostiprotivopylevyhrespiratorov AT radčukdí ocenkanadežnostiprotivopylevyhrespiratorov AT čeberâčkoûí ocenkanadežnostiprotivopylevyhrespiratorov AT naumovmm ocenkanadežnostiprotivopylevyhrespiratorov AT čeberâčkosí evaluationofrespiratorreliability AT radčukdí evaluationofrespiratorreliability AT čeberâčkoûí evaluationofrespiratorreliability AT naumovmm evaluationofrespiratorreliability |
| first_indexed |
2025-11-25T23:32:45Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:32:45Z |
| _version_ |
1850583189562589184 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
72
УДК 622.814.89
С.І. Чеберячко, канд. техн. наук., доцент,
Д.І. Радчук, канд. техн. наук, доцент,
Ю.І. Чеберячко, канд. техн. наук, доцент,
М.М. Наумов, аспірант
(«ДВНЗ «НГУ»)
ОЦІНКА НАДІЙНОСТІ ПРОТИПИЛОВИХ РЕСПІРАТОРІВ
С.И. Чеберячко, канд. техн. наук., доцент,
Д.И. Радчук, канд. техн. наук, доцент,
Ю.И. Чеберячко, канд. техн. наук, доцент,
Н.Н. Наумов, аспирант
(«ДВУЗ «НГУ»)
ОЦЕНКА НАДЁЖНОСТИ ПРОТИВОПЫЛЕВЫХ РЕСПИРАТОРОВ
S.I. Cheberyachko, Ph. D. (Tech.), Associate Professor,
D.I. Radchuk, Ph. D. (Tech.), Associate Professor,
Yu.I. Cheberyachko, Ph. D. (Tech.), Associate Professor,
N.N. Naumov, Doctoral Student
(SHEE «NMU»)
EVALUATION OF RESPIRATOR RELIABILITY
Анотація. Проаналізовано вплив вітаючого пилу на захисну ефективність респіраторів з
урахуванням часу експлуатації в робочих умовах. Встановлено, що після досягнення критич-
ної величини опору фільтру виникає підсос аерозоля через нещільне прилягання смуги об-
тюрації, на які впливає форма особи, матеріал напівмаски, вигляд і герметичність клапанів
видиху. Встановлені коефіцієнти збереження захисної ефективності від часу роботи респіра-
тора і залежність коефіцієнта проникання від опору дихання з урахуванням робочих умов.
При розробці конструкцій протипилових засобів індивідуального захисту органів дихання
(ЗІЗОД) для зменшення підсмоктування та збільшення надійності захисту необхідно: розро-
бляти конструкції обтюратора з урахуванням якості фільтрувальних елементів та строків їх
експлуатації; підвищити щільність контакту за смугою обтюрації, за рахунок зменшення
жорсткості поверхні обтюратора, його ширини, еластичності матеріалу та вибору точок кріп-
лення оголів’я; розробити рекомендації щодо проведення індивідуальної підгонки півмаски,
яка забезпечить однозначне положення ЗІЗОД на обличчі.
Ключові слова: захисна ефективність респіратору, опір фільтрування, герметичність
клапанів видоху.
Актуальність. Використання неякісних засобів індивідуального захисту ор-
ганів дихання або таких, що втратили свої захисні властивості в процесі екс-
плуатації, призводить до суттєвих помилок в оцінці пилового навантаження і
згубно впливають на здоров’я працівників. В результаті – збільшення кількості
професійних захворювань.
_____________________________________________________________________________
© С.І. Чеберячко, Д.І. Радчук, Ю.І. Чеберячко, М.М. Наумов, 2013
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
73
Тому актуальною є задача визначення надійності захисту протипилових ре-
спіраторів. Для цього можна скористатись теорією надіності і розрахувати кое-
фіцієнт збереження ефективності ЗІЗОД, як співвідношення захисної ефектив-
ності за визначений проміжок часу до номінального значення цього показника
на початку експлуатації [1].
Аналіз проведених досліджень свідчить про істотний інтерес до цієї про-
блеми. Так, автори [2] запропонували математичну модель для аналізу показ-
ників надійності саме засобів індивідуального захисту.
Її перевірка на захисному одязі для персоналу атомних станцій показала збіг
експериментальних показників з теоретичними розрахунками. В роботах [3, 4]
розглянуті питання підвищення надійності захистного одягу за рахунок резур-
вування найбільш вразливих елементів. Крім того, проведені розрахунки оціну-
вались і з економічної точки зору. Також на основі порівняння фактичних пока-
зників надійності захисних засобів та вимог нормативної документації було
розроблено методику з визначення терміну їх експлуатації, що дає змогу пла-
нувати економічні затрати на придбання ЗІЗ. Однак, в роботі не враховано
вплив умов експлуатації на працездатність виробів, що збільшує похибку роз-
рахунків. Цікавою є робота з окреслення основних проблем надійності проти-
пилових респіраторів. В ній звертається увага, що ефективний термін експлуа-
тації залежить не тільки від конструкції півмасок, а й від інтенсивності роботи,
неграмотного вибору ЗІЗОД, через неналежний догляд, умов їх зберігання та
інших організаційних причин [5].
Тобто коефіцієнт збереження ефективності за визначений проміжок часу t
розраховується за формулою
р
р
зе К
tK
K
)(
= (1)
де Кр – початковий коефіцієнт проникнення респіратора; Кр(t) – коефіцієнт
проникнення запиленого респіратора, за час експлуатації t.
Постановка задачі. Відомо, що коефіцієнт проникнення (Кз) виражає долю
дисперсних частинок, що потрапили до легенів крізь ЗІЗОД і є функцією одного
або декількох із нижче перерахованих коефіцієнтів:
- коефіцієнт проникнення через фільтр;
- коефіцієнт підсмоктування за смугою обтюрації;
- коефіцієнт проникнення через клапани видиху.
Для його розрахунку можна скористатися виразом [6]
ф
ос
фр
R
R
KK
..1
1
+
+= , (2)
де Кф – коефіцієнт проникнення через фільтр; Rс.о. – опір повітряному потоку
смуги обтюрації, Н·с/м5; Rф – опір повітряному потоку фільтра, Н·с/м5.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
74
Коефіцієнт проникнення через фільтр можна визначити за формулою
)(10 SR
ф
фK α−= , (3)
де S – площа фільтра, м2; α – коефіцієнт фільтрувальної дії (м/Па·с,), який мож-
на встановити виходячи з виразу
πμ
βη
α
2
434,0 ∑=
a
,
де α – радіус волокна, м; β – щільність упакування волокон фільтрувального
матеріалу; ηΣ – сумарний коефіцієнт уловлювання шкідливих речовин, обумов-
лених різними механізмами захоплення часток пилу; μ – динамічна в’язкість
повітря, Н·с/м2.
Початковий коефіцієнт проникнення респіратора взагалі визначають за спе-
ціальними лабораторними методами. Тоді, як його складові встановлюють зде-
більшого для аналізу працездатності ЗІЗОД та знаходження шляхів найбільшо-
го потрапляння шкідливого аерозолю в підмасковий простір.
Визначення коефіцієнта проникнення респіратора в процесі експлуатації є
складним завданням. Так, накопичення на волокнах фільтра пилових частинок
проходить в дві стадії: спочатку вони утворюють порівняно компактний шар
пилу, збільшуючи тим самим діаметр волокон та щільність упакування, а потім,
в щілинах між волокнами і на поверхні, зростає за товщиною достатньо рихлий
шар пилу. Для визначення коефіцієнта проникнення необхідно вирішити задачу
нестаціонарного фільтрування, яка описується системою рівнянь кінетики
утворення осаду твердих частинок на фільтрувальному шарі [7]
),(),(),(
),(),(),(
0 txnutx
t
txN
txntx
x
txn
α
α
=
∂
∂
−=
∂
∂
з граничними умовами n(0, t)=n0, N(x, 0) = 0, де n(x, t) – концентрація частинок у
повітряному потоці, г/м3; n0 – концентрація частинок перед фільтром; N(x, t) –
число частинок, які осіли на одиниці площі фільтра на відстані х від лобового
шару фільтрувальної поверхні за час t, г; u0 – лінійна швидкість повітряного
потоку, м/с.
Перше рівняння системи не залежить від механізму уловлювання аерозоль-
них частинок, тоді як друге – залежить, оскільки коефіцієнт фільтрувальної дії
визначається з урахуванням вже осілих частинок. Тому, необхідно додаткове
рівняння, яке б зв’язало α(х, t) з N(x, t). В самому простому випадку лінійної фі-
льтрації пропонуєть наступний вираз
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
75
),(),( 0 txbNtx += αα ,
де b – коефіцієнт, який залежить від параметрів фільтра та розміру частинок.
Вирішення цієї системи у випадку лінійного нестаціонарного фільтрування
було запропоновано у вигляді формули [7]
))],((exp[),( txbNxtхК +−= α ,
де х – товщина твердих частинок на фільтрувальному шарі, t – час запилення;
b – коефіцієнт пропорційності; N(x,t) – кількість пилу на поверхні фільтруючого
матеріалу.
З іншого боку коефіцієнт проникнення через респіратор в процесі фільтру-
вання пилових частинок можна розрахувати, виходячи зі збільшення опору по-
вітряному потокові фільтра за час t
)(tfRф = . (4)
Отже, для визначення надійності ЗІЗОД, встановлення причин погіршення
їх захисної ефективності та розробки шляхів її підвищення, необхідно експери-
ментально дослідити зміну коефіцієнта проникнення під час запилення.
Методика проведення випробування. Схема випробувального стенда на-
ведена на рис. 1.
1 – фільтр попереднього очищення;
2 – манометр; 3 – стабілізатор тиску; 4,6,7 – регулювальні вентилі; 5 – діафрагма;
8 – ротаметр; 9 – генератор пилу; 10 – мікроманометр; 11 – випробувальна камера з муля-
жем; 12 – алонж з фільтром АФА, 13 – аспіратор
Рисунок 1 - Схема стенду для випробування ЗІЗОД
Випробувальний стенд працює наступним чином. Під тиском повітря від
компресора потрапляє через фільтр попереднього очищення 1 на стабілізатор 2.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
76
Кількість цього повітря регулюється вентилем 4 і контролюється манометром,
виходячи з перепаду тиску на каліброваній діафрагмі 5. Для утворення пилово-
го аерозолю в вібраційний генератор пилу 9 подається від 2 до 10 дм3/хв. чисто-
го повітря, в залежності від наперед заданої концентрації пилу. Вібраційний ге-
нератор пилу являє собою сталевий стакан з впускним і випускним штуцерами,
в який завантажуються попередньо подрібнені шматки вугілля загальною ма-
сою близько 100 г. В результаті вібрації камери відбувається інтенсивне само
подрібнення цих кусків до пилового стану. Для прискорення подрібнення пе-
редбачено завантаження в камеру генератора сталевих шарів діаметром 10-15
мм.
За допомогою вентиля 6 та ротаметра 8 здійснюється регулювання кількості
повітря, що надходить до генератора, завдяки цьому можна отримати не тільки
різну концентрацію пилу, а й різний дисперсний склад. Інша частина чистого
повітря подається в випробувальну камеру 11 з розміщеним в ній респіратором.
Очищене повітря з підмасочного простору ЗІЗОД, з об’ємом 30 дм3/хв., відво-
диться через алонж з фільтром АФА 12 за допомогою аспіратора 13. Накопи-
чення пилу на захисному виробі контролюється завдяки зростанню аеродинамі-
чного опору, який визначається за показаннями мікроманометра 10. Кількість
пилу, що не затримався в ЗІЗОД, тобто потрапив у легені людини, визначається
за допомогою фільтрів АФА.
Перед випробуваннями визначаємо початкову масу аналітичних фільтрів
АФА і фільтрувальних елементів респіратора. Засипаємо в бункер генератору
підготовлений пил, включаємо пиловий генератор і виходимо на робочий ре-
жим: стабільну концентрацію пилового аерозолю з лінійною швидкістю повіт-
ряного потоку в камері 4 см/с. Потім визначаємо вихідну концентрацію пилу у
випробувальній камері. Для цього встановлюємо в алонж аналітичний фільтр.
Включаюємо аспіратор та відбираємо повітря з витратою 2 дм3/хв., відлік якої
контролюємо секундоміром. Концентрацію пилу визначаємо за формулою
10001
Qt
ММ
C ф−
= , мг/м3 (5)
де М1 та Мф – маса запиленого та самого аналітичного фільтру АФА, мг;
Q – витрата повітря через фільтр, дм3/хв.; t – час запилення фільтра, хв.
Встановлюємо на спеціальний муляж півмаску з фільтрувальними елемен-
тами або фільтрувальну півмаску, а також аналітичні фільтри після півмаски.
Приєднуємо аспіратор і приводимо його в дію на визначений період випробу-
вань, витрату повітря встановлюють 95 дм3/хв. За допомогою мікроманометра
через однакові проміжки часу контролюємо приріст опору дихання.
Опір диханню респіратора або фільтра визначаємо за формулою
Q
KqqR i )(81,9 0−
= , 5м
cH ⋅ (6)
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
77
де qi – відлік опору за мікроманометром, мм. вод. ст. ; q0 – власний опір мікро-
манометра, мм. вод. ст.; К1 – поправковий коефіцієнт на температуру і атмос-
ферний тиск; Q – витрата повітря через респіратор або фільтр, м3/с.
Запилений фільтр та аналітичний фільтр АФА, який знаходився після респі-
ратора, зважують на вагах для визначення маси накопиченого пилу. Виходячи з
різниці між ними розраховується коефіцієнт проникнення:
)()( 21
1
рф
ф
р МMМM
МM
K
−+−
−
= , (7)
де М2 – маса запилених фільтрів респіратора, мг; Мр – маса фільтрів респірато-
ра, мг.
Результати досліджень. Для досліджень використовувались по декілька
зразків найбільш розповсюджених у вугільній і гірничорудній промисловості
респіраторів. Фільтрувальні елементи до багаторазових ЗІЗОД можуть бути ви-
готовлені з різних матеріалів (ФПП, елефлен, мелтблоун, НФП, ФПМ та інші),
характеристики яких дещо відрізняються між собою. Тому, виникає необхід-
ність у визначенні найкращого варіанту.
В таблиці 1 наведені основні умови проведення випробовувань: концентра-
ція пилу у випробувальній камері, час проведення експериментів та розрахова-
ний коефіцієнт проникнення в кінці дослідження. В таблицях 2 – 3 наведені ре-
зультати замірів опору повітряному потоку і коефіцієнта проникнення різних
ЗІЗОД, зроблені через однакові проміжки часу.
Таблиця 1 – Результати проведення випробувань різних респіраторів
Тип ЗІЗОД з фільтру-
ючим елементом
Концент-
рація пилу в
камері, C,
мг/м3
Час,
запи-
лен-
ня, t,
хв.
Маса пилу
на ЗІЗОД,
Пз, г
Маса пилу, пі-
сля ЗІЗОД на
фільтрі АФА,
Пе, мг
Кінцеве
значення
коефіцієнта,
проникнен-
ня, Кр
ШБ-1 „Лепесток-200” 85 180 1,06±0,03 21,8±2,5 0,007
Росток-2” 90 180 1,07±0,04 26,4±2,4 0,024
РПА-ТД-1 з фільтрами
з матеріалу „ФПП 15–
0,6”
380 180 1,07±0,07 21,1±1,3 0,019
РПА-ТД-1 з фільтрами
з матеріалу „ФПП15 –
1,5”
375 180 1,06±0,08 22,9±1,1 0,068
РПА-ТД-1 з фільтрами
з матеріалу „Елефлен-
5С
390 180 1,09±0,05 21,6±1,5 0,024
Обговорення результатів дослідження. На рис. 2 наведено зміну коефіціє-
нта збереження ефективності в процесі експлуатації, який визначався за форму-
лою (1). Більшість респіраторів має надійний захист протягом певного проміж-
ку часу, після досягнення якого починається поступове погіршення цього пока-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
78
зника. Причиною такої зміни коефіцієнта збереження ефективності є збільшен-
ня коефіцієнта проникнення пилового аерозолю в підмасковий простір.
Таблиця 2 – Результати експериментальних досліджень зміни коефіцієнта проникнення за
тест-аерозолем „вугільний пил” респіратора РПА-ТД з різними фільтрувальними елементами
Фільтри з ФПП 15 – 1,5 фільтри з Елефлену Фільтри з ФПП 15 – 0,6 Час за-
пи-
лення,
хв
Опір повіт-
ряному по-
току, Нс/м5
Коефіцієнт
проник-
нення, %
Опір повіт-
ряному по-
току, Нс/м5
Коефіцієнт
проник-
нення, %
Опір повіт-
ряному по-
току, Нс/м5
Коефіцієнт
проник-
нення, %
0 6300 0,010 3920 0,022 5300 0,018
30 7480 0,012 4780 0,021 6080 0,018
60 9340 0,016 5540 0,021 7140 0,017
90 10260 0,026 6860 0,022 7960 0,018
120 12120 0,045 8300 0,023 9900 0,019
180 15640 0,068 11960 0,024 12960 0,021
Таблиця 3 – Результати експериментальних досліджень зміни коефіцієнта проникнення лег-
ких півмасок за тест-аерозолем „вугільний пил”
Лепесток-200 Росток - 2 Час запи-
лення, хв Опір повіт-
ряному потоку,
Нс/м5
Коефіцієнт про-
никнення,
%
Опір повіт-
ряному потоку,
Нс/м5
Коефіцієнт
проникнення,
%
0 7340 0,005 4360 0,019
30 8500 0,005 5220 0,018
60 10360 0,004 5980 0,015
90 11280 0,004 7300 0,019
120 13140 0,005 8740 0,021
180 15310 0,007 9820 0,021
4
3
2
1
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 50 100 150 200 t, хв
Кзе
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
2000 5000 8000 11000 14000 Rф, Н с/м5
К, %
Рисунок 2.- Залежність коефіцієнта збереження ефе-
ктивності респіраторів РПА-ТД з фільтрами ФПП
15–1,5 (1), «Лепесток 200» (2), Росток (3), РПА – ТД
з фільтрами з Елефлену (4) від часу експлуатації
Рисунок 3. Залежність коефіцієнта проникнення
від величини опору дихання респіратора
Так, основними параметрами, які визначають величину проникнення шкід-
ливої речовини, є опір повітряному потоку фільтрів та ступінь герметичності
смуги обтюрації. Результати експериментів свідчать про те, що зі збільшенням
першого захисна ефективність фільтра покращується (перші тридцять хвилин
експерименту). Це пояснюється зменшенням пор між волокнами та їх ущіль-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
79
ненням за рахунок зростання пилового осаду на поверхні фільтра. Однак, після
досягнення критичної величини опору фільтра виникає підсмоктування аерозо-
лю через нещільності смуги обтюрації (рис. 3) і в подальшому цей процес тіль-
ки погіршується.
Виходячи з отриманих результатів, можна зробити висновок, що для надій-
ного захисту необхідно враховувати співвідношення між ефективністю фільт-
рувальної частини ЗІЗОД і можливою величиною підсмоктування повітря за
смугою обтюрації. Аналіз експериментальних досліджень показує, що завдяки
багатьом причинам (дефекти смуги обтюрації, велике розмаїття профілів пове-
рхні обличчя, наявність щетини та інші) повністю додаткові шляхи потраплян-
ня нефільтрованого повітря в підмасковий простір ліквідувати не можливо. То-
му, розробники повинні забезпечувати величину сумарного підсмоктування,
навіть випадкового, не більше 10 % від коефіцієнту проникнення фільтруваль-
ного елементу. При такому співвідношенні величину підсмоктування можна
прийняти не значною, яка в ходить в діапазон похибки вимірювання.
Підвищені вимоги до надійності захисту, а отже і до ефективності фільтру-
вання. неодмінно тягнуть за собою використання якісних клапанів видиху, що
вирішується за допомогою технології виготовлення та покращення якості спо-
рядження півмасок. Наприклад, на рис. 4. показані збільшені знімки поверхні
обтюраторів з трикотажним оздобленням (а), гумового (б) та силіконового (в).
а б в
Рисунок 4 - Фотографії поверхні обтюраторів: трикотажного (а); гумового (б);
силіконового (в)
Про який надійний захист може йти мова в першому випадку, коли за сму-
гою обтюрації існують цілі канали для потрапляння нефільтрованого повітря.
Експериментальні дані свідчать, що в цьому випадку навіть незначний опір по-
вітряному потоку фільтра значно збільшує коефіцієнт проникнення тест-
аерозолю в підмасковий простір респіратора (рис. 5).
Найкращу жорсткість має респіратор з силіконовим обтюратором (рис. 4 в).
Відповідно, він має й незначний коефіцієнт підсмоктування.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
80
1
2
0,01
0,04
0,07
0,1
0,13
0,16
4000 6000 8000 10000 12000 R, Н с/м5
К, %
Рисунок 5 - Залежність коефіцієнта проникнення від опору дихання фільтрів у респіраторі з
трикотажним обтюратором (1) і гумовим (2)
Значний вплив на підсмоктування нефільтрованого повітря має розподіл
притискних зусиль за смугою обтюрації. Так, їх нерівномірність призводить до
виникнення ділянок з низьким механічним тиском, як наслідок збільшеним під-
смоктуванням (рис. 6). Забезпечення рівномірного розподілу є складною зада-
чею, яка потребує серйозного вивчення впливу антропометрії обличчя, конс-
трукцій обтюратора та їх взаємозв’язку з умовами експлуатації. Деякі рекомен-
дації з цього приводу розроблені та використовуються на практиці [8]. Мінімі-
зація коефіцієнта підсмоктування неможлива без використання якісних клапа-
нів видиху. Дослідження показують, що матеріал з якого виготовлений клапан,
його форма і навіть товщина мають значення для забезпечення надійної герме-
тизації підмаскового простору [9].
0
5
10
15
20
0 2 4 6 8 F, Н
K, %
Рисунок 6 - Залежність коефіцієнта проникнення респіратора від величини притискних
зусиль оголів’я
Висновки.
При розробці конструкцій протипилових ЗІЗОД для зменшення підсмокту-
вання та збільшення надійності захисту необхідно:
- розробляти конструкції обтюратора з урахуванням якості фільтрувальних
елементів та строків їх експлуатації;
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
81
- підвищити щільність контакту за смугою обтюрації, за рахунок зменшення
жорсткості поверхні обтюратора, його ширини, еластичності матеріалу та ви-
бору точок кріплення оголів’я;
- розробити рекомендацій проведення індивідуальної підгонки півмаски, яка
забезпечить однозначне положення ЗІЗОД на обличчі.
______________________________
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Надійність техніки. Терміни та визначення: ДСТУ 2860 -94 / Введено в дію наказом Держстан-
дарту України № 333 від 28 грудня 1994 р. // Офіц. вид. – К.: «Надійність машин та споруд», 1994 –
32 с
2. Третякова, Л.Д. Математична модель надійності засобів індивідуального захисту / Третякова
Л.Д., Биченко П.С. // Вісник Національного науково-дослідного інституту охорони праці. – К.:
ННДІОП. – 2008. – № 7. - С. 188-195.
3. Третякова, Л.Д. Ефективність систем резервування захисних засобів / Третякова Л.Д., Сидорко
М.В. // Містобудування та територіальне планування, 2009. - № 32. – С. 433-444
4. Литвиненко, Г.Є. Математична модель надійності засобів індивідуального захисту в економіч-
них розрахунках / Литвиненко Г.Є., Третякова Л.Д. // Вісник КНУТД. – 2008.- № 5. – С. 113-122.
5. Мазепин, С.А. Методика оценки сроков носки СИЗ и их экономическая эффективность. /
Средства индивидуольной защиты. – 2005. – № 7. С.75-79
6. Голінько, В.І. Застосування респіраторів на вугільних і гірничорудних підприємствах / В.І. Го-
лінько, С.І. Чеберячко, Ю.І. Чеберячко // Монографія. – Дніпропетровськ: НГУ, 2008. – 99 с.
7. Кирш, В.А. Кінетика забивки и оптимизация предфильтров в двухступенчатой системе очист-
ки воздуха / Кирш В.А., Стечкина И.Б. // Теоретические основы химической технологи. – 2010. – Т.
44. – № 1. – С. 78 - 87.
8. Радчук, Д.І. Підвищення захисної ефективності одноразових протипилових респіраторів: авто-
реф. дис. на здобуття ступеня канд. техн. наук: спец. 05.26.01 «Охорона праці» / Радчук Дмитро Іго-
рович; Державий ВНЗ «НГУ». – Дніпропетровськ, 2011. – 24 с.
9. Чеберячко С.І. Аналіз конструкцій клапанів видиху протипилових респіраторів / Чеберячко
С.І., Радчук Д.І. // Науковий вісник НГУ. – 2011. - № 4. – С. 94-98
REFERENCES
1. Derzhstatdart Ukrayini (1994), DSTU 2860 – 94 Nadiynist techniki. Termini ta viznachennya [SSTU
2860.94. Reliability of technique. Terms and determinations], Nadiynist mashin I sporud, Kiev, Ukraine.
2. Tretyakova, L.D. nand Bychenko, P.S. (2009), «Mathematical model of reliability of facilities of in-
dividual defence», Visnik Natsionalnogo naukovo-doslidnogo institutu okhorony pratsi, NNDIOP, no. 7,
hh.288-295.
3. Tretyakova, L.D. and Sidorko M.V. (2009), «Efficiency of the systems of reservation of protective
facilities», Mistobuduvannya ta terutorialne planuvannya, no. 32, pp. 433-444
4. Litvinenko, G.Ye. and Tretyakova, L.D. (2008), «Mathematical model of reliability of facilities of in-
dividual defence in economic calculations», Visnuk KNUTD, no. 5, pp. 113-122.
5. Mazepin S.A. «Method of the appreciate terms of carry of MID and their economic effectiveness,
Sredstva individualnoy zashchity, no.7, pp.75-79
6. Golinko, V.I., Cheberyachko, S.I. and Cheberyachko, Yu.I. (2008), Zastosuvannya respiratoriv na
vugilnich I girnyichorudnikh pidpriyemstvakh [Application of respirators on coal and mining enterprises],
NMU, Dnepropetrjvsk, Ukraine.
7. Кirsh, V.A. and Stechkina, I.B. Kinetika zabivki I optimizaciya predfiltrovv dvustupenchatoy sisteme
ochistky vozdukha [Kinetics of blinding and optimization predultimate-filters in the two-stepped system
cleanings of air], Teoreticheskiye osnovy khimicheskoy tekhnologii, vol.44, no.1, pp. 78 - 87.
8. Radchuk, D.I. (2011), «Increase of protective efficiency of non-permanent against-dust respirators],
abstract of Ph. D. dissertation, 05.26.01 «Okhorona pracy», Derzhavny VNZ «NGU»,Dnepropetrovsk,
Ukraine.
9. Cheberyachko, S.I. and Radchuk, D.I. (2011), «Analysis of constructions of valves of exhalation of
against-dust respirators», Scientific announcer NGU, no. 4, pp. 94-98
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. № 112
________________________________________________________________________________
82
_______________________________
Об авторах
Чеберячко Сергій Іванович, канд. техн. наук,, доцент кафедри Аерології та охорони пра-
ці Державного вищого навчального закладу «Національний гірничий університет» (ДВНЗ
«НГУ»), Дніпропетровськ, Україна, sihc@yandex.ru
Радчук Дмитро Ігорович, канд. техн. наук,, доцент кафедри Аерології та охорони праці
Державного вищого навчального закладу «Національний гірничий університет» (ДВНЗ
«НГУ»), Дніпропетровськ, Україна, md2185@mail.ru
Чеберячко Юрій Іванович, канд. техн. наук,, доцент кафедри Аерології та охорони праці
Державного вищого навчального закладу «Національний гірничий університет» (ДВНЗ
«НГУ»), Дніпропетровськ, Україна, intruder777@list.ru
Наумов Микола Миколайович, асистент кафедри Аерології та охорони праці Державно-
го вищого навчального закладу «Національний гірничий університет» (ДВНЗ «НГУ»), Дніп-
ропетровськ, Україна, mpw-07@mail.ru
About the authors
Cheberyachko Sergey Ivanovich, Ph.D.(Tech.), Associate Professor of chair of Aerology and
protection of labour Derzhavny VNZ «NGU», Dnepropetrovsk, Ukraine, sihc@yandex.ru
Radchuk Dmitriy Igorevich, Ph.D.(Tech.), Associate Professor of chair of Aerology and pro-
tection of labour Derzhavny VNZ «NGU», Dnepropetrovsk, Ukraine, md2185@mail.ru
Cheberyachko Yuriy Ivanovich, Ph.D.(Tech.), Associate Professor of chair of Aerology and
protection of labour Derzhavny VNZ «NGU», Dnepropetrovsk, Ukraine, intruder777@list.ru
Naumov Mykola Mykolayovich, Master of Science of chair of Aerology and labor protection
department Derzhavny VNZ «NGU», Dnepropetrovsk, Ukraine, mpw-07@mail.ru
___________________________________________
Аннотация. Проанализировано влияние витающей пыли на защитную эффективность
респираторов с учетом времени эксплуатации в рабочих условиях. Установлено, что после
достижения критической величины сопротивления фильтра возникает подсос аэрозоля через
неплотное прилегание полосы обтюрации, на который влияет форма лица, материал полу-
маски, вид и герметичность клапанов выдоха. Установлены коэффициенты сохранения за-
щитной эффективности от времени работы респиратора и зависимость коэффициента прони-
кания от сопротивления дыханию с учетом рабочих условий. При разработке конструкций
противопылевых средств индивидуальной защиты органов дыхания (ЗИЗОД) для уменьше-
ния подсосов и увеличения надежности защиты необходимо: разрабатывать конструкции
обтюратора с учетом качества фильтрующих элементов и сроков их эксплуатации; повысить
плотность контакта за полосой обтюрации, за счет уменьшения жесткости поверхности об-
тюратора, его ширины, эластичности материала и выбора точек крепления оголовья; разра-
ботать рекомендации по проведению индивидуальной подгонки полумаски, которая обеспе-
чит однозначное положение ЗИЗОД на лице.
Ключевые слова: защитная эффективность респиратора, сопротивление фильтрования,
герметичность клапанов выдоха.
Abstract: Influence of the flying dust on the protective efficiency of respirators was analyzed
with taking into account duration of their use in the working conditions. It is stated that when the
filter resistance achieves a critical level the aerosol is sucked in through the obturation bar slots rate
of which depends on the face shape, material of the half mask and expired valve type and imper-
meability. Coefficients were specified for protective efficiency maintenance depending on the res-
pirator use duration, and a dependence was defined between the penetration coefficient and resis-
tance to breathing with taking into account specific working conditions.
In order to diminish the suction and to improve reliability of personal protection it is necessary,
when designing any dust facilities for personal breathing protection (FPBP), to:
mailto:sihc@yandex.ru�
mailto:md2185@mail.ru�
mailto:intruder777@list.ru�
mailto:sihc@yandex.ru�
mailto:md2185@mail.ru�
mailto:intruder777@list.ru�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________
83
- design obturators with taking into account quality of filtering elements and duration of their
exploitation;
- increase the contact closeness under the obturation bar through the reduced rigidity and width
of the obturator surface and material elasticity and properly chosen points for fastening the head-
band;
- make recommendations for individual half-mask fitting which would provide a stable position
of the FPBP on the face.
Keywords: protective efficiency of respirator, resistance of filtration, impermeability of ex-
pired valves.
Статья поступила в редакцию 05.04.2013
Рекомендовано к публикации д-ром техн. наук Т.В. Бунько
УДК 551.352:552.14
В.А. Баранов, д-р геол. наук, ст. научн. сотр.
(ИГТМ НАН Украины)
ЗАКОНОМЕРНОСТИ УПЛОТНЕНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД
В.А. Баранов, д-р геол. наук, ст. наук. співр.
(ІГТМ НАН України)
ЗАКОНОМІРНОСТІ УЩІЛЬНЕННЯ ОСАДОЧНИХ ПОРІД
V.A. Baranov, D. Sc. (Geol.), Senior Reseacher
(IGTM NAS of Ukraine)
REGULARITY OF SEDIMENTARY ROCK COMPRESSION
Аннотация. Предметом исследований являются осадочные породы. Приведенные результа-
ты получены автором в процессе отбора проб из керна скважин и в шахтных выработках
Донбасса, а также из литературных источников. Получить новые данные о закономерностях
уплотнения пород на разных стадиях литогенеза. Полученные результаты показывают, что
значение одного гравитационного давления явно недостаточно, для более полной характери-
стики свойств пород. К этому необходимо добавить среду уплотнения (обводненная или су-
хая), структуру вещества, размер обломочных зерен, стадию литификации. На каждой стадии
преобразования пород, процесс уплотнения может развиваться по-другому. Глубина стадии
диагенеза составляет десятки, сотни и тысячи метров. В отдельных районах рыхлые отложе-
ния сохраняются на глубине 2-3 км. Аргиллиты Донбасса, вмещающие карбоновые угли, на
стадии раннего катагенеза имеют плотность 1,7-2,2 г/см3, на стадии среднего катагене- за
плотность, в основном, укладывается в значения 2,2-2,6 г/см3, а к стадии позднего катагенеза
относятся аргиллиты с плотностью 2,6-3,0 г/см3. Приведенные цифры являются усредненны-
ми данными, но это типичные аргиллиты и их свойства для отложений Донбасса определя-
лись в больших объемах. Полученные данные на разных территориях хорошо иллюстрируют
максимально быстрое уплотнение для карбонатных пород и минимальное уплотнение для
песчаников и алевролитов. Аргиллиты, по степени уплотнения находятся, примерно, посере-
дине. Пористость на стадиях диагенеза и катагенеза уменьшается по установленной законо-
мерности с циклами в 1,5-2 раза. Полученные результаты указывают, на каких стадиях лито-
генеза и какие полезные ископаемые органического происхождения могут образовываться и
находиться при благоприятных условиях.
© В.А. Баранов, 2013
|