Разработка и исследование защитных свойств фильтрующей полумаски высокой степени эффективности

При добыче угля подземным способом одним из основных производственных факторов, оказывающих негативное воздействие на подземный персонал, является мелкодисперсная пыль. Для снижения негативного воздействия и предотвращения развития профессиональных заболеваний работники угольных шахт обеспечиваются средствами индивидуальной защиты органов дыхания. Выделяют фильтрующие полумаски трех классов защиты с различной эффективностью, обеспечивающие защиту работников от пыли. Однако при использовании фильтрующая полумаска создает сопротивление дыханию, в подмасочном пространстве скапливается влага и возникает дискомфорт при носке. Причинами дискомфорта при использовании фильтрующих полумасок является высокая плотность материалов и их низкая проницаемость. Кроме того, ряд фильтрующих полумасок не имеют клапана выдоха, что способствует повышению температуры вдыхаемого воздуха. Основной задачей исследования являлась разработка и изготовление фильтрующей полумаски, обеспечивающей высокую степень защиты органов дыхания пользователя, а также не вызывающей дыхательного дискомфорта. Кроме того, предполагалось изготовление респиратора из фильтрующих материалов, не вызывающих дискомфорт при контакте с кожей. В рамках проведенных испытаний определялись защитные свойства разработанной фильтрующей полумаски на сертифицированном оборудовании. Были проведены тесты на проницаемость материалов, сопротивление дыханию, запыленность. При разработке полумаски использовались гипоаллергенные материалы, маска оснащалась клапаном выдоха. Полученные результаты, в частности, начальное сопротивление воздушному потоку полумаски (до запыления/после запыления) 46 и 159/677 Па на вдохе при расходе воздуха 30 и 95 дм3/мин соответственно, 132/250 Па на выдохе при расходе воздуха 160 дм3/мин, проницаемость по отношению к парам хлорида натрия и парафинового масла – 0,79/0,77%, подтвердили соответствие разработанной фильтрующей полумаски наиболее высокому классу защиты FFP3. Наряду с высокой степенью защиты и эргономичностью наименьшая масса фильтрующей полумаски (7,5 г) среди аналогов позволит работникам использовать ее в течение всей смены.

Кольвах К. А., Корнев А. В., Олефиренко Ю. С., Астахов С. В., Курчин И. В. Разработка и исследование защитных свойств фильтрующей полумаски высокой степени эффективности // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 11. – С. 126–139. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_11_0_126.

Кольвах Константин Андреевич¹ — канд. техн. наук, ассистент кафедры, e-mail: Kolvakh_KA@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0003-0145-9465,
Корнев Антон Владимирович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Kornev_AV@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-6371-9969,
Олефиренко Юлия Сергеевна¹ — студент, e-mail: yulechkaolefirenko@gmail.com,
Астахов Сергей Владимирович — заместитель генерального директора по развитию и инновациям, ООО «Респираторный комплекс», e-mail: info@szpe.ru,
Курчин Иван Валентинович — руководитель испытательной лаборатории средств индивидуальной защиты, ООО «Мониторинг», e-mail: kurchin@ooo-monitoring.ru,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Кольвах К.А., e-mail: Kolvakh_KA@pers.spmi.ru.

1. Гендлер С. Г., Прохорова Е. А. Методические основы выбора приоритетных направлений управления охраной труда при подземной добыче угля на основе анализа динамики интегрального риска травматизма и профессиональной заболеваемости // Горный журнал. — 2023. — № 9. — С. 41—48. DOI: 10.17580/gzh.2023.09.06.

2. Баловцев С.В. Аэрологические риски высших рангов в угольных шахтах // Горные науки и технологии. — 2022. — Т. 7. — № 4. — С. 310—319. DOI: 10.17073/2500-0632-2022-08-18.

3. Gridina E. B., Kovshov S. V., Borovikov D. O. Hazard mapping as a fundamental element of OSH management systems currently used in the mining sector // Scientific Bulletin of National Mining University. 2022, vol. 1, pp. 107—115. DOI: 10.33271/ nvngu/2022-1/107.

4. Глебова Е. В., Волохина А. Т., Вихров А. Е. Оценка эффективности управления культурой производственной безопасности в компаниях ТЭК // Записки Горного института. — 2023. — Т. 259. — С. 68—78. DOI: 10.31897/PMI.2023.12.

5. Земсков А. Н., Лискова М. Ю. Роль средств индивидуальной защиты работников в обеспечении безопасных условий труда на горнодобывающих предприятиях // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2022. — № 3. — С. 61—70.

6. Мохначук И. И., Пиктушанская Т. Е., Брылева М. С., Бетц К. В. Смертность на рабочем месте на предприятиях угольной промышленности России // Медицина труда и промышленная экология. — 2023. — № 2. — С. 88—93. DOI: 10.31089/1026-94282023-63-2-88-93.

7. Hoebbel C. L., Haas E. J., Ryan M. E. Exploring worker experience as a predictor of routine and non-routine safety performance outcomes in the mining industry // Mining Metallurgy and Exploration. 2022, vol. 39, no. 2, pp. 485—494. DOI: 10.1007/s42461-021-00536-2.

8. Крупская Л., Куликова Е., Филатова М., Леоненко А. Оценка воздействия техногенной системы на воздушный бассейн с применением методов математической статистики // Экология и промышленность России. — 2023. — № 27(8). — С. 50—57. DOI: 10.18412/1816-0395-20238-50-57.

9. Тихонова Г. И., Пиктушанская Т. Е., Горчакова Т. Ю., Серебряков П. В. Продолжительность жизни шахтеров-угольщиков с установленным диагнозом профзаболевания // Медицина труда и промышленная экология. — 2022. — № 6. — С. 419—426. DOI: 10.31089/1026-9428-2022-626-419-426.

10. Виноградов Ю. И., Хохлов С. В., Зигангиров Р. Р., Мифтахов А. А., Суворов Ю. И. Оптимизация удельных энергозатрат на дробление горных пород взрывом на месторождениях со сложным геологическим строением // Записки горного института. — 2024. — Т. 266. — С. 231— 245.

11. Sidorenko S., Trushnikov V., Sidorenko A. Methane emission estimation tools as a basis for sustainable underground mining of gas-bearing coal seams // Sustainability. 2024, vol. 16, article 3457. DOI: 10.3390/su16083457.

12. Vasilenko T. A., Islamov A., Doroshkevich A. S., Ludzik K., Chudoba D., Кirillov А., Mita C. Permeability of a coal seam with respect to fractal features of pore space of fossil coals // Fuel. 2022, vol. 329, article 125113. DOI: 10.1016/j.fuel.2022.125113.

13. Гендлер С. Г., Степанцова А. Ю., Попов М. М. Обоснование безопасной эксплуатации закрытого угольного склада по газовому фактору // Записки Горного института. — 2025. — Т. 272. — С. 72—82.

14. Colinet J. F. The impact of black lung and a methodology for controlling respirable dust // Mining, Metallurgy & Exploration. 2020, vol. 37, no. 49, pp. 1847—1856. DOI: 10.1007/s42461-020-00278-7.

15. Смирняков В. В., Родионов В. А., Смирнякова В. В., Орлов Ф. А. Влияние формы и размеров пылевых фракций на их распределение и накопление в горных выработках при изменении структуры воздушного потока // Записки Горного института. — 2022. — Т. 253. — С. 71—81. DOI: 10.31897/PMI.2022.12.

16. Xia T., Xi Z., Suo L., Wang C. Synergistic dopa-reinforced fluid hydrosol as highly efficient coal dust suppressant // Chemical Engineering Journal. 2024, vol. 479, article 147641. DOI: 10.1016/j. cej.2023.147641.

17. Danilov A. S. Effectiveness of carboxymethyl cellulose solutions for dust suppression in the mining industry // International Journal of Coal Preparation and Utilization. 2020, vol. 42. pp. 2345— 2356. DOI: 10.1080/19392699.2020.1841177.

18. Wang H., Cheng S., Wang H., He J., Fan L., Danilov A. S. Synthesis and properties of coal dust suppressant based on microalgae oil extraction // Fuel. 2023, vol. 338, article 127273. DOI: 10.1016/ j.fuel.2022.127273.

19. Liao X., Wang B., Wang L., Zhu J., Chu P., Zhu Z., Zheng S. Experimental study on the wettability of coal with different metamorphism treated by surfactants for coal dust control // ACS Omega. 2021, vol. 6, no. 34, pp. 21925—21938. DOI: 10.1021/ acsomega.1c02205.

20. Ji M., Sun Z., Guo H. The application of the foam technology to the dust control for reducing the dust injury of coal mines // Applied Sciences. 2022, vol. 12, article 10878. DOI: 10.3390/ app122110878.

21. Корнев А. В., Спицын А. А., Коршунов Г. И. Повышение безопасности труда работников угольных шахт по пылевому фактору на основе использования гидрогеля // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2025. — № 4. — С. 5—22. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2025_4_0_5.

22. Hou X., Wei Z., Jiang X., Wei C., Dong L., Li Y., Liang R., Nie J., Shi Y., Qin X. A comprehensive retrospect on the current perspectives and future prospects of pneumoconiosis // Front Public Health. 2025, vol. 10, no. 12, article 1435840. DOI: 10.3389/fpubh.2024.1435840.

23. Горбанев С. А., Сюрин С. А., Фролова Н. М. Условия труда и профессиональная патология горняков угольных шахт в Арктике // Медицина труда и промышленная экология. — 2019. — № 8. — С. 452—457. DOI: 10.31089/1026-9428-2019-59-8-452-457.

24. Никулин А. Н., Федорова А. В., Булдакова Е. Г., Епифанцев К. В., Кудинов В. В. Повышение эффективности защитных свойств фильтрующих респираторов за счет их обработки пропитывающими растворами // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6-1. — С. 174—186. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_174.

25. Krucińska I., Strzembosz W., Majchrzycka K., Brochocka A., Sulak K. Biodegradable particle filtering half-masks for respiratory protection // Fibres & Textiles in Eastern Europe. 2012, vol. 96, no. 6, pp. 77—83.

26. Yu M., Griffin L., Durfee W. K., Arnold S. Face anthropometry for filtering facepiece respirators: analysis of the association between facial dimensions and respirator fit // Annals of Work Exposures and Health. 2024, vol. 15, no. 68(3), pp. 312—324. DOI: 10.1093/annweh/wxae005.

27. Santandrea A., Chazelet S. Respiratory protective device: One size to fit them all? // Journal of Occupational and Environmental Hygiene. 2023, vol. 20, no. 5-6, pp. 226—239. DOI: 10.1080/15459624.2023.2205466.

28. Knobloch J. K., Franke G., Knobloch M. J., Knobling B., Kampf G. Overview of tight fit and infection prevention benefits of respirators (filtering face pieces) // Journal of Hospital Infection. 2023, vol. 134, pp. 89—96. DOI: 10.1016/j.jhin.2023.01.009.

29. Lin Y. C., Chen C. P. Characterization of small-to-medium head-and-face dimensions for developing respirator fit test panels and evaluating fit of filtering facepiece respirators with different faceseal design // PLoS One. 2017, vol. 27, no. 12(11), article e0188638. DOI: 10.1371/journal.pone.0188638.

30. Cloet A., Griffin L., Yu M., Durfee W. Design considerations for protective mask development: a remote mask usability evaluation // Applied Ergonomics. 2022, vol. 102, article 103751. DOI: 10.1016/j.apergo.2022.103751.

31. Niu X., Koehler R. H., Yermakov M., Grinshpun S. A. Assessing the fit of N95 filtering facepiece respirators fitted with an ear loop strap system: a pilot study // Annals of Work Exposures and Health. 2023, vol. 67, no. 1, pp. 50—58. DOI: 10.1093/annweh/wxac051.

32. Fakherpour A., Jahangiri M., Banaee S. Qualitative fitting characteristics of elastomeric half face-piece respirators using Isoamyl acetate agent // Industrial Health. 2021, vol. 59, no. 4, pp. 272—282. DOI: 10.2486/indhealth.2020-0199.

33. Frund Z. N., Oh S. H., Chalikonda S., Angelilli S., Waltenbaugh H. Filtration performance and breathing resistance of elastomeric half mask respirator P100 filter cartridges after repeated and extended use in healthcare settings // Journal of Occupational and Environmental Hygiene. 2022, vol. 19, no. 4, pp. 223—233. DOI: 10.1080/15459624.2022.2041649.

34. Presti D. L., Massaroni C., Zaltieri M., Sabbadini R., Carnevale A., Di Tocco J., Longo U. G., Caponero M. A., D’Amato R., Schena E. A magnetic resonance-compatible wearable device based on functionalized fiber optic sensor for respiratory monitoring // IEEE Sensors Journal. 2021, vol. 21, no. 13, pp. 14418—14425. DOI: 10.1109/JSEN.2020.2980940.

35. Aqueveque P., Díaz M., Gomez B., Osorio R., Pastene F., Radrigan L., Morales A. Embedded electronic sensor for monitoring of breathing activity, fitting and filter clogging in reusable industrial respirators // Biosensors (Basel). 2022, vol. 8, no. 12(11), article 991. DOI: 10.3390/bios12110991.