Dýchací přístroje pro pohyb v nedýchatelném prostředí dolů při požárech nebo po výbuších prošly dlouhým vývojem, který byl zahájený již v období rozvoje hlubinného uhelného hornictví koncem 18. století.
V jeho počátcích se proti nedýchatelným nebo jedovatým plynům chránili ti, co chtěli pomoci postiženým velmi jednoduchými a mnohdy téměř neúčinnými prostředky, např. v prostředí zamořeném oxidem uhelnatým to byla tkanina namočená v octu. Technický pokrok postupně přinášel součástky a materiály umožňující výrobu dýchacích přístrojů, u kterých bylo možno dosahovat delší ochrannou dobu a volný pohyb potřebný k provádění záchrany v nedýchatelném ovzduší dolů. Cílem tohoto pojednání není detailní popis všech přístrojů, ale jen uvedení těch nejvýznamnějších a těch, které se používaly v Ostravsko – karvinském revíru.
Z historie prvních dýchacích přístrojů
Jedním z prvních dýchacích přístrojů zmiňovaný v literatuře, který se u nás používal v šedesátých letech 19. století byl Galibertův vak. Vyztužený vak ušitý z kozí kůže o objemu od 130 do 240 litrů byl v kovárně natlakován stlačeným vzduchem 2 bary. V ústence byly dva otvory. Při nádechu vdechovou hadicí musel použivatel jazykem ucpat otvor v ústence, na který byla připojená výdechová hadice. Při výdechu ucpal otvor v ústence, na který byla připojená vdechová hadice. Ochranná doba přístroje byla kolem deseti minut. Nedochoval se žádný exemplář přístroje.
Hadicové přístroje
Další přístroje, které se v té době používaly pro pohyb v nedýchatelném prostředí, byly hadicové přístroje. Pomocí jednoduchého dmýchadla umístěného v dýchatelném prostředí byl hadicí o průměru 20 mm přiváděný vzduch až na vzdálenost 200 metrů. V případě připojení na rozvod stlačeného vzduchu v dole 250 až 280 m a tak se vytvářel přetlak v přilbě. Nadbytečný vzduch unikal otvorem kolem uší. Bez použití dmýchadla byla vzdálenost výrazně kratší, kolem 20 až 30 m. Výhodou hadicových přístrojů bylo dýchání chladného vzduchu bez časového omezení. Nevýhodou byla malá mobilita potřebná pro záchranu postižených. Typickým představitelem hadicových přístrojů je Bremen, který si nechal jeho výrobce Hanseatische-Apparatenbaugesellschaft Ludwigh von Bremen v Kielu patentovat v r. 1869.
Výroba bezešvých tlakových láhví
V osmdesátých letech 19. století byla zahájená výroba bezešvých tlakových láhví, které umožňovaly výrazné zvýšení přenášené zásoby dýchacího média. V roce 1892 zahájila firma Dräger výrobu manometrů.
Regenerační přístroje
Dalším směrem vývoje byly regenerační přístroje. Podstata regeneračního přístroje spočívá v tom, že použivatel dýchá v uzavřeném okruhu a kyslík, který se spaluje v organizmu je do okruhu doplňován z tlakové láhve a vydechovaný oxid uhličitý a vlhkost jsou absorbovány v pohlcovači. Tento princip umožňuje podstatně delší ochrannou dobu. První regenerační přístroj s označením Aärophor zkonstruoval v Belgii německý profesor Schwann již v roce 1853. Skládal se ze dvou nádob o objemu každá 7 litrů, které byly natlakovány kyslíkem na tlak 4 až 5 barů. Zásoba kyslíku tak činila 56 až 70 litrů. Tlak kyslíku byl ukazován na manometru. Proud vzdušin byl v okruhu přístroje usměrňován ventily umístěnými v ústence. Vydechovaný oxid uhličitý byl absorbován v pohlcovači naplněném žíravým vápencem impregnovaným s uhličitanem sodným. Proud vzdušin byl vyrovnávaný v dýchacím vaku. Tlak kyslíku byl ručně nastavován na regulačním ventilu. Váha přístroje byla 24 kg. Bylo vyrobeno jen několik kusů. Prakticky však nebyl použitý.
Prvním regeneračním přístrojem, který od roku 1895 sériově vyráběla vídeňská firma Waldeck, Wagner&Benda byl Pneumatophor Walcher Gärtner. O jeho konstrukci požádal ředitel Larischových komorních statků rytíř Rudolf Walcher von Uyesdal profesora Gärtnera z vídeňské univerzity po velkém neštěstí na Larischových dolech Jan a Františka v Karviné 14. června 1894, při kterém přišlo o život 235 horníků. Původně s ním měli být vybaveni všichni horníci jako se sebezáchranným. Z úsporných důvodů se tak ale nestalo a tento přístroj se stal základním vybavením záchranných stanic v Ostravsko – karvinském revíru, které byly zřizovány na základě nařízení Báňského hejtmanství ve Vídni od roku 1897. Přístroj se skládal z dýchacího vaku, ve kterém byla umístěná kyslíková láhev o objemu 0,6 litru natlakovaná na 100 barů. Zásoba kyslíku činila 60 litrů a použivatel si ho dávkoval ručně podle vlastní úvahy. Ve vrchní části vaku byla v pouzdře z děrovaného plechu skleněná nádoba naplněná 25procentním roztokem louhu sodného. Pomocí drticího šroubu se lahvička rozbila a louh vytekl na vložku z africké rostliny tivuku. Tím byla vytvořená velká plocha pro vázání vydechovaného oxidu uhličitého. Ochranná doba přístroje byla 30 minut.
Přístroj Mayer-Pilař
V roce 1997 byl v Ostravě podle návrhu horního rady Mayera a Ing. Pilaře zkonstruován přístroj Mayer-Pilař, který vyráběla vídeňská firma Neuperts Nachfolger. Přístroj se skládal z obličejové masky a na ní upevněného dýchacího vaku ve tvaru límce. Vak sloužil pro vyrovnávání objemu vzdušin a byly v něm umístěné tyčinky hydroxidu draselného pro pohlcování vydechovaného oxidu uhličitého a vlhkosti, které se vkládaly přes otvor v zadní části vaku, který byl sevřený lištami. Vak byl s maskou spojen pomocí kovových trubek, ve kterých byly umístěné vdechový ventil a výdechový. Dýchací vak byl rozdělený stěnou. Na opasku byla nesená tlaková láhev o objemu 1,5 litru natlakovaná na 100 barů. Zásoba 150 litrů kyslíku byla dodávána do okruhu přes redukční ventil v množství 1,2 l/min.
Přístroje Giersberg
V roce 1899 si německá firma Dräger nechala patentovat manometr a redukční ventil pro vysokotlaký kyslík a vodík. V roce 1901 vstoupila firma Dräger do zájmové společnosti s Kyslíkárnou v Berlíně a nechala si zaregistrovat patent na sací trysku. Kyslík vypouštěný z láhve přes redukční ventil vstupoval v nastaveném množství do dýchacího okruhu přes trysku, která působila jako ejektor a zajišťovala cirkulaci vzdušin v okruhu, čímž se snižovaly dýchací odpory. Výsledkem spolupráce firmy Dräger, Kyslíkárny Berlín a ředitele berlínského hasičského sboru Giersberga byly přístroje Giersberg. Se zásobou kyslíku 300 l byla při stálé dávce kyslíku 2 l/min jejich ochranná doba dvě hodiny.
Firma Dräger a dýchací přístroje pro hornictví
Koncem roku 1902 ukončila firma Dräger spolupráci a od roku 1903 začala sama vyrábět dýchací přístroje pro hornictví. Prvních šedesát vyrobených mělo ještě závažné nedostatky. Stálá dávka dodávala 1,8 l/min kyslíku a vzdušiny v dýchacím okruhu cirkulovaly v množství 20 l/min. Tyto nedostatky byly odstraněny na základě zkušeností získaných konstruktérem Dr. Bernhardem Drägrem přímo v dole Camphausen v sárském revíru a ve firmě na zkušebních zařízeních. Zásadní změny v novém modelu označeném 1904/1909 spočívaly ve zvýšení množství cirkulovaných vzdušin v přístroji na 50 až 60 l/min, byla zkonstruována nová vypouštěcí tryska, provedeny úpravy pohlcovačů naplněných hydroxidem draselným (kapacita jímání vydechovaného oxidu uhličitého byla 98 l), jejich paralelní zapojení, dýchací vak byl rozdělený na dvě části. Stálá dávka kyslíku byla nastavená na 2 l/min. Přístroje byly vyráběny pro jedno- a dvouhodinovou práci, váha 15 až 17 kg, počáteční pořizovací cena přístroje činila 300 Mk, pohlcovač 5 Mk.
Vídeňská firma Neuperts Nachfolger a přístroje s chemicky vázaným kyslíkem
Od roku 1904 začala vídeňská firma Neuperts Nachfolger podle návrhu prof. Böcka a Dr. Bamberga vyrábět přístroje typu Pneumatogen s chemicky vázaným kyslíkem. Základem byla chemická látka Oxylith, vyvinutá ve Francii, preparát peroxidu draslíku a sodíku, který reagoval s vlhkostí obsaženou ve výdechu a uvolňoval kyslík a tvořil žíravý sodík a draslík, které absorbovaly vydechovaný oxid uhličitý. Jako přípoj dýchání byla ústenka. Přístroje se vyráběly jako pracovní i sebezáchranné. Chemická látka byla rozdělená do třech patron, které se postupně uváděly do činnosti kolečkem ve vrchní části přístroje. Dvě patrony se spotřebovávaly pro pracovní nasazení a třetí se uváděla do činnosti pro cestu zpět. Chemická reakce byla silně exotermická, docházelo k velkému vývinu tepla, proto různé druhy chladičů. Později byla ve spodní části přístroje umístěná tlaková láhev o objemu 0,2 l s obsahem asi 30 l kyslíku pro naplnění velkého dýchacího vaku, který se nacházel na zádech do doby rozběhu chemické reakce. Jako pracovní přístroje se v důsledku vysoké teploty neosvědčily, pro sebezáchranné se peroxid draslíku využívá dosud.
V roce 1906 navrhnul hlavní inženýr Vítkovického a horního těžířstva Ing. Süβ a vedoucí laboratoře Ing. Novický dýchací přístroj Aerolith s použitím kapalného vzduchu. Vítkovické těžířstvo provozovalo Ústřední záchrannou stanici na jámě Karolina. Ze zásoby 5 l kapalného vzduchu, který se postupně odpařoval, se dalo 2 hodiny dýchat. Nevýhodou použití kapalného vzduchu bylo, že docházelo stále k jeho odpařování a nemohl být uchovávaný v trvale uzavřených nádobách, takže ani přístroje nemohly být udržovány v trvale pohotovostním stavu.
Technický pokrok a zkušenosti s používáním přístrojů v hornictví
Technický pokrok a zkušenosti s používáním přístrojů šly od počátku století rychleji kupředu. Na základě zkušeností s přístrojem Dräger 1904/09 byl zkonstruován nový model 1910/11. Byl použitý nový typ pohlcovače, který byl levnější, měl rychloupínací zařízení s uzavíracími klapkami, které umožňovaly výměnu pohlcovače v kouřích. Osvědčený princip pohlcovače z roku 1903 s tenkými vrstvami zrn hydroxidu draselného a sodného zůstal zachovaný. Místo dvou horizontálně umístěných pohlcovačů byl jeden umístěný ve stojaté poloze. Stejně tak kyslíková láhev. Manometr byl přemístěný dopředu, aby si jej použivatel mohl sám odečítat.
Do roku 1923 měly dýchací přístroje jednu hlavní dávku kyslíku a v ojedinělých případech tzv. ruční přídavkový ventil k tomu. Buď to byla stálá dávka 2–2,6 l/min nebo dávka plicního automatu, který fungoval tak, že pákový mechanizmus reagoval na velikost objemu dýchacího vaku a zajišťoval jeho doplnění z láhve v určitém rozsahu pohybu páky. V tomto případě však hrozilo nebezpečí dusíkové narkózy, které bylo dáno tím, že tenkrát používaný kyslík zdaleka nedosahoval stoprocentní čistoty a zbytkový dusík, který se při dýchání nespaluje, se mohl v dýchacím vaku nahromadit. Firma Dräger pokračovala intenzivně ve své výzkumné činnosti a v roce 1923 uvedla na trh přístroj, který nebezpečí dusíkové narkózy výrazně snížil. Byl to první dýchací přístroj se třemi dávkami kyslíku. Stálou dávku nastavili na 1,5 l/min, což pokrývá spotřebu kyslíku při střední námaze. Zhruba se za to považuje chůze s nasazeným dýchacím přístrojem po rovině. Pokud se zvýší námaha, dojde ke zvýšení spotřeby kyslíku v organizmu a tím se zmenší i objem dýchacího vaku, na což zareaguje plicní automatika, která vak doplní. Tyto dvě dávky šly z tlaku regulovaného redukčním ventilem na 3 bary. Pokud by redukční ventil měl poruchu, tak byla k dispozici ještě třetí dávka, ruční přídavkový ventil, který byl obtokový (baypass), šel z plného tlaku v láhvi, který byl tenkrát 150 barů. Přístroj měl dosti vysoké dýchací odpory. Do OKR se dovezlo 60 ks pro likvidaci následků neštěstí na jámě Gabriela.
V roce 1934 přichází firma Dräger s dalším přístrojem označeným BG 160. Je celý zakrytovaný, má tři dávky kyslíku stejně jako model 1923, odolnější hadice, komfortnější nosné popruhy, a navíc má varovný signál, který zazní, když je láhev prázdná. Přístroj se vyráběl s bočním vedením hadic a ramenním. Hmotnost 17 kg, doba použití 2–3 hod. Tento typ přístroje se v OKR používal až do roku 1986.
Na základě licenční spolupráce s firmou Dräger vyráběla u nás dýchací přístroje i firma Eckhardt a spol. v Chotěboři. V roce 1936 to byl přístroj E 35. V roce 1947 je firma přejmenována na Chotěbořské kovodělné závody a vyráběla přístroj E 246. Po roce 1948 dochází ke změně názvu firmy na Chirana, n.p. Od roku 1955 vyrábí ve svém závodě v Praze Vysočanech typ CH 255 se stálou dávkou, plicní automatikou a ručním přídavkovým ventilem pro dvouhodinovou práci. Zásoba kyslíku ve dvoulitrové láhvi činila 300 l. Redukční ventil redukoval tlak z láhve na 3 bary. Stálá dávka dodávala 1,55 l/min, plicní automatika a ruční přídavkový ventil 60–90 l/min. Hmotnost přístroje 18 kg.
Dýchací přístroje firmy Chirana
V roce 1961 byl schválen pro používání přístroj CH 458 pro čtyřhodinovou práci. Zásoba kyslíku činila 400 l. Redukční ventil redukoval tlak z láhve na 3 bary. Stálá dávka dávala 1,45 l/min, plicní automatika a ruční přídavkový ventil 60 až 90 l/min. V letech 1964–1965 byla výroba dýchacích přístrojů přenesená do podniku Presná mechanika Stará Turá a v roce 1966 byla jejich výroba ukončená. Přístroje CH 255 a CH 458 se používaly v ostravsko karvínském revíru až do roku 1988.
V roce 1962 začala firma Dräger uvádět do oběhu model 174, který byl o více než 5 kg lehčí než jeho předchůdci, čehož bylo dosaženo zlepšením konstrukce nosného rámu a popruhů, použitím lehčího materiálu krytu přístroje, novou konstrukcí rozdělovacího ventilu, plicní automatiky a skříně ventilů. Hmotnost přístroje byla 12,5 kg. Tento typ přístroje se k nám začal dovážet v roce 1966 a postupně nahrazoval přístroje typu Chirana. Ochranná doba přístroje činila až 4 hodiny. Redukční ventil redukoval tlak v láhvi 150 nebo 200 barů na 4 bary. Stálá dávka dodávala 1,5 l/min kyslíku, plicní automatika a ruční přídavkový ventil 75 l/min. Pohlcovač vydechovaného oxidu uhličitého a vlhkosti měl náplň skládající se z hydroxidu sodného, uhličitanu sodného, chloridu sodného a cementu. Tato reakce je exotermická. Ve druhé hodině použití dosahovala teplota vzdušin v okruhu až 48 °C. V roce 1995 se změnila norma, která snížila teplotu vzdušin v okruhu pracovních přístrojů na 45 °C. Firma Dräger ukončila výrobu typu BG 174 a v roce 2006 dodala poslední náhradní díly. Používání tohoto osvědčeného typu skončilo rokem 2014.
Inovace v přístrojích firmy Dräger
Postupně byl přístroj BG 174 nahrazován přístrojem BG 4, který firma Dräger začala vyrábět počátkem devadesátých let. Aby se snížila teplota vdechovaných vzdušin, je do okruhu zařazený chladič, do kterého musí být před začátkem používání vložena chladicí patrona. Pohlcovač je naplněný natronovým vápnem, které na rozdíl od náplně alkalických pohlcovačů typu BG 174 nezachycuje vlhkost. Stálá dávka dodává do okruhu 1,5–1,9 l/min, plicní automatika 80 l/min a ruční přídavkový ventil 50 l/min. Přístroj má plastový obal, poněkud větší rozměry ve srovnání s typem BG 174 a hmotnost 14,8 kg. Elektronický monitorovací systém zahrnuje jednotku senzoru, řídicí jednotku a přístroj Bodyguard. Soustavně měří tlak v kyslíkové láhvi, ukazuje tento tlak na displeji, testuje a monitoruje správnou funkci přístroje BG 4 a aktivuje výstrahu, pokud je dosaženo zbytkového tlaku cca 55 barů, nebo když se vyskytne porucha. Pokud se uživatel nepohybuje po dobu 25 sekund, pak Bodyguard spustí upozornění. Pokud by uživatel potřeboval přivolat pomoc, může tak učinit stisknutím tlačítka „PANIKA”, čímž je aktivován intenzivní akustický signál. Přetlak v okruhu dýchacího přístroje zabraňuje okolnímu ovzduší, aby se dostalo do okruhu systému.
Pro plánované nehavarijní zásahy, kde se nepředpokládá dlouhá doba zásahu, se v posledních letech začaly používat vzduchové dýchací přístroje typu PSS 7000 od firmy Dräger. Jejich výhodou je, že použivatel dýchá chladné vzdušiny. Nadechuje se ze zásoby stlačeného vzduchu a vydechuje do okolí – přístroj s otevřeným okruhem. Odpadá regenerace vzdušin spojená s jejich ohříváním. Při použití jedné láhve je hmotnost přístroje s kompozitní láhví o objemu 6,9 l natlakované na 300 barů 11,8 kg a ochranná doba při průměrné spotřebě 50 l/min 30 minut, při použití dvou láhví 60 minut, hmotnost 18 kg. Pořizovací cena a provoz vzduchových dýchacích přístrojů je výrazně nižší, než je tomu u regeneračních přístrojů.
O dýchací přístroje se starají mechanici báňské záchranné služby. Je vypracovaný systém péče o ně, který se musí bezpodmínečně dodržovat. Patrona pohlcovače regeneračních přístrojů se musí po každém použití vyměnit, přístroje se musí očistit, rozložit, umýt, desinfikovat, usušit, složit a odzkoušet. Výhodou regeneračních přístrojů je dlouhá ochranná doba až 4 hodiny, která je potřebná pro zásahy v dole. Nevýhodou je vyšší teplota vdechovaných vzdušin, která vzniká při absorbování vydechovaného oxidu uhličitého a vlhkosti v pohlcovači. Pořizovací cena a provoz regeneračních dýchacích přístrojů jsou finančně náročné. To bylo důvodem pro nasazení vzduchových dýchacích přístrojů pro jednodušší zásahy.
Vždy byla a je snaha dát báňským záchranářům co nejkvalitnější dýchací přístroje, aby se snížilo jejich již tak velké fyzické zatížení. Dýchací přístroje BG 4 používané v současné době jsou i přes svoje některé nestatky ve srovnání s dříve používaným typem BG 174 ty nejlepší, které se ve světě vyrábějí.
Použitá literatura:
[1] Der Werdegang des Rettungsapparates – Dr. Bernhard Dräger, Essen 1912
[2] Taschenbuch des Grubenrettungsmannes – Horní rada Ing. Gustav Ryba senior – Teplitz Schönau 1929
[3] Důlní záchranářství – Ing. Lubomír Hájek, Petr Faster, SNTL 1977
[4] Pracovní pravidla pro používání BG 4 - vydala OKD, HBZS, a.s. pro vnitřní potřebu
[5] Pracovní pravidla pro používání PSS 7000 - vydala OKD, HBZS, a.s. pro vnitřní potřebu
