Oświetlenie a bezpieczeństwo przewietrzania kopalń na przestrzeni dziejów.

Politechnika Wrocławska

Wrocław 27.06.2006

Wydział Geoinżynierii, Górnictwa,
i Geologii

REFERAT Z WENTYLACJI I POŻARÓW I

Temat: Oświetlenie a bezpieczeństwo przewietrzania kopalń
na przestrzeni dziejów

Wykonała:
Prowadzący:
Urszula Barczak dr inż.
Franciszek Rosiek
130038

Spis treści

1. Wstęp
2. Własności gazów kopalnianych
2.1. Dwutlenek węgla CO

2.2. Tlenek węgla CO
2.3. Siarkowodór H

2.4. Amoniak
2.5. Tlenki Azotu ( NO, NO

, N

)

2.6. Dwutlenek Siarki SO

2.7. Metan CH

3. Elementy niezbędne do powstania wybuchu gazów

kopalnianych

4. Oświetlenie jako potencjalne źródło zapłonu gazów

pożarowych

4.1. Lampy z płomieniem niezabezpieczonym
4.2. Lampy z płomieniem zabezpieczonym ( lampy

bezpieczeństwa)

4.3. Lampy elektryczne

5. Rozwój na przestrzeni wieków urządzeń

oświetlających wyrobiska podziemne

5.1. Płomieniowe źródła światła
5.1.1. Lampy z płomieniem niezabezpieczonym
5.1.1.1. Łuczywa i pochodnie
5.1.1.2. Lampy olejowe
5.1.1.2.1. Najstarsze lampy olejowe
5.1.1.2.2. Lampy olejowe gliniane
5.1.1.2.3. Lampy metalowe
5.1.1.2.4. Lampy sycylijskie (soczewicowe)
5.1.1.2.5. Lampy kapliczki
5.1.1.2.6. Lampy olejowe blaszane (olejarki)
5.1.1.3. Świece
5.1.1.4. Oświetlenie metanem
5.1.1.5. Oświetlenie „Młynkiem krzemiennym”
5.1.1.6. Oświetlenie gazowe
5.1.1.7. Oświetlenie naftowe
5.1.1.8. Lampy acetylenowe

5.2. Lampy z płomieniem zabezpieczonym
5.2.1. Olejowe lampy bezpieczeństwa
5.2.1.1. Lampa Humboldt’a
5.2.1.2. Lampa Clanny’ego
5.2.1.3. Lampa Davy’ego
5.2.1.4. Lampa Stephenson’a
5.2.1.5. Lampa Wolfa
5.3. Lampy Elektryczne
5.3.1. Lampy łukowe
5.3.2. Lampy żarowe
5.3.3. Lampy jarzeniowe
6. Wpływ urządzeń oświetlających na

bezpieczeństwo przewietrzania kopalń na

przestrzeni wieków

7. Podsumowanie
8. Literatura

1. Wstęp

Około 8000 lat temu zaczęto

drążyć podziemne wyrobiska

górnicze w celu uzyskania surowców

mineralnych. Historia oświetlenia

kopalń zaczyna się w chwili zejścia z

robotami pod ziemię, gdyż niezbędne

było sztuczne światło rozjaśniające

częściowo ciemności i pozwalające

dojrzeć miejsce pracy oraz narzędzia.

Pod ziemią górnicy używali tych

samych źródeł światła z jakich korzystali
w domach. We wcześniejszych wiekach
były to łuczywa, pochodnie, lampy
olejowe świece a materiałem
oświetleniowym, które było spalane było
drewno, tłuszcze zwierzęce i roślinne [3].

Rys.1. Neolityczni górnicy [29]

Od XIX w. do grupy paliw używanych

do oświetlenia doszły oleje mineralne,
gaz ziemny i świetlny oraz acetylen. W
XIX w. do kopalń wkroczył zupełnie nowy
rodzaj oświetlenia- światło elektryczne.
Znaczący postęp w zakresie oświetlenia
nastąpił pod koniec lat
dziewięćdziesiątych XIX w. wraz z
wprowadzeniem lamp acetylenowych,
których światłość była dziesięciokrotnie
większa od lamp olejowych [3].

2. Własności gazów

kopalnianych

Gazy kopalniane wchodzą w

skład powietrza kopalnianego, które
wypełnia podziemne wyrobiska
górnicze.

Wyróżniamy następujące gazy

wchodzące w skład gazów
kopalnianych

2.1. Dwutlenek węgla CO

[1]

- jest gazem bezbarwnym o smaku kwaśnym
- jest gazem bezzapachowym
- gęstość w war. normalnych (fizycznych) –

1,977 kg/m

- gęstość względna (względem powietrza) -

1,52

- jest gazem niepalnym
- jest gazem nie wybuchowym
- jest gazem toksycznym: duszącym
- najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) - 1 %

Franciszek Rosieki: Nie umieszczać odnośników do literatury w tytułach
rozdziałów !!!. W tym przypadku wyjątkowo może być.

2.2. Tlenek węgla CO [1]

- jest gazem bezbarwnym i nie ma smaku
- jest gazem bezzapachowym
- gęstość w war. normalnych – 1,250 kg/m

- gęstość względna - 0,967
- jest gazem palnym - temperatura zapłonu 605 °C
- jest gazem wybuchowym: przy granicy

wybuchowości 12,5  74 %

- jest gazem toksycznym: silnie trującym
- najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS)- 0,0026

2.3. Siarkowodór H

S [1]

- jest gazem bezbarwnym o smaku słodkawym
- jest gazem o zapachu zgniłych jaj
- gęstość w war. normalnych – 1,52 kg/m

- gęstość względna - 1,19
- jest gazem palnym: o temperaturze zapłonu 270

- jest gazem wybuchowym: granica wybuchowości

4,3  45,5 %

- jest gazem toksycznym: silnie podrażnia drogi

oddechowe i oczy

- najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) - 0,0007 %

2.4. Amoniak [1]

- jest gazem bezbarwnym
- jest gazem o ostrym charakterystycznym zapachu
- gęstość w war. normalnych – 0,77 kg/m

- gęstość względna - 0,596
- jest gazem palnym: o temperaturze zapłonu 680

- jest gazem wybuchowym: granica wybuchowości

15  28 %

- jest gazem toksycznym: silnie trujący podrażnia

błony śluzowe i skórę

- najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) - brak

2.5. Tlenki azotu ( NO, NO

, N

) [1]

- są to gazy o brunatnym kolorze
- są to gazy o ostrym zapachu
- gęstość względna – 1,342,7
- są to gazy niepalne
- są to gazy niewybuchowe
- są to gazy bardzo silnie toksyczne,

podrażniające błony śluzowe oczu, dróg
oddechowych oraz płuca.

- najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) -

0,00026%

2.6. Dwutlenek siarki SO

[1]

- jest gazem bezbarwnym o kwaśnym smaku
- jest gazem o drażniącym zapachu
- gęstość w war. normalnych – 2,86 kg/m

- gęstość względna - 2,22
- nie jest gazem palnym
- nie jest gazem wybuchowym
- jest gazem toksycznym: silnie trujący,

podrażnia błony śluzowe dróg oddechowych i
oczu

- najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) - brak

2.7. Metan CH

[1]

- jest gazem bezbarwnym, bez smaku i zapachu
- gęstość w war. normalnych – 0,716 kg/m

- gęstość względna - 0,5539
- jest gazem palnym: temperatura zapłonu - 595

°C

- jest gazem wybuchowym: granica

wybuchowości
5 15%

- nie jest gazem toksycznym
- najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) < 2

3. Elementy niezbędne do

powstania wybuchu gazów

kopalnianych [2]

Potrzebne są trzy elementy:

1. Obecność tlenu w powietrzu.

2. Substancja łatwopalna wymieszana z

powietrzem - gaz (metan, acetylen itp.)

3. Źródło zapłonu:

- łuk elektryczny lub iskra o wystarczającej

energii

- i / lub przyrost temperatury atmosfery,

źródło otwartego ognia

4. Oświetlenie jako

potencjalne źródło zapłonu

gazów pożarowych

4.1. Lampy z płomieniem

niezabezpieczonym

Lampy te mogły być, w późniejszym okresie,

stosowane jedynie w kopalniach niemetanowych.
Otwarte źródło płomienia było idealne do wzniecenia
pożaru lub do wywołania wybuchu gazów w kopalni
[3]. Rodzaj paliwa używanego do ich zasilania nie
miał większego wpływu na zapłon gazów, czy była to
świeczka czy też lampa olejowa płomień nie był
zabezpieczony niczym, więc dochodziło do zapłonów
[13].

4.2. Lampy z płomieniem

zabezpieczonym

(lampy bezpieczeństwa)

Wadą lamp bezpieczeństwa było to że

jej zapalenie mogło odbywać się wyłącznie

w atmosferze niezagrożonej wybuchem

metanu [10]. Częste były przypadki że

lampa gasła w czasie pracy. W takich

przypadkach zdarzało się samowolne

otwieranie lamp przez górników i zapalanie

ich co mogło doprowadzić do zagrożenia

wybuchem [15].

Pierwsze lampy bezpieczeństwa, a w

szczególności lampa wynaleziona przez

Davy’ego, mogły potencjalnie zapalać gazy

pożarowe w sytuacji kiedy ochronne

druciane siatki nie były wymieniane, taką

siatkę powinno się wymieniać raz na 100

dniówek, w przeciwnym razie dochodziło do

ich odkształceń i poszczególne druty ulegały

skruszeniu, co prowadziło do powstawania

dziur [12], lub gdy były uszkodzone wtedy

płomień mógł wydostawać się na zewnątrz.

Długi okres palenia się gazów palnych we

wnętrzu lampy powodował nagrzewanie się

metalowej siatki co prowadziło do

wypuszczenia ognia na zewnątrz lampy

[16], [17].

4.3. Lampy elektryczne

Ich zaletą było osłonięte źródło

światła; zarówno lampy łukowe, żarowe i

jarzeniowe były osłonięte. Zmniejszało to w

znacznym stopniu zagrożenie zapalenia się

gazów pożarowych i wybuchu metanu [6].

Wprowadzenie do kopalń oświetlenia

elektrycznego wiązało się z elektryfikacją

wyrobisk, powstało nowe zagrożenie, a

mianowicie przewody doprowadzające

energię elektryczną do lamp. Podczas

uszkodzenia przewodów dochodziło do zwarć

i iskrzenia, co mogło potencjalnie

zainicjować pożar lub wybuch gazów

kopalnianych. Postęp techniczny doprowadził

do tego, że najbezpieczniejszymi lampami w

historii górnictwa są właśnie lampy

elektryczne [5].

5. Rozwój na przestrzeni
wieków urządzeń
oświetlających wyrobiska
podziemne

5.1. Płomieniowe źródła światła

5.1.1. Lampy z płomieniem

niezabezpieczonym

5.1.1.1. Łuczywa i pochodnie

Są one uważane za najstarsze źródło światła. W

krzemionkach Opatowskich na ociosach wyrobisk

górniczych zachowały się rysunki oraz znaki wykonane

pochodnia lub zwęglonym łuczywem. Materiał z którego

wykonywano łuczywo to drewno bogatą w żywice. W

Momencie braku odpowiedniego drewna, Łuczywa były

nasycane woskiem lub żywicą. Łuczywa to patyki od 40

d0 150 cm o przekroju poprzecznym prostokątnym

Franciszek
Rosiek:

Zbitka tytułów

Franciszek
Rosiek:

Zbitka tytułów

Do oświetlania przodków służyły łuczywa

dłuższe, a do oświetlenia drogi krótsze. Wtykano

je w szczeliny skalne bądź w bryłki skalne. Z

biegiem czasu z wypalonej gliny zaczęto

wytwarzać podstawki z otworami na łuczywa.

Umożliwiało to palenie jednocześnie kilku łuczyw.

Górnik urabiając skałę trzymał łuczywo w zębach

oświetlając przodek [3]. W celu uzyskania

jaśniejszego światła łączono kilka łuczyw w

wiązki. Kiedy zabrakło drewna bogatego w

żywicę, owijano drewniany kij szmatami, które

nasycone były woskiem, tłuszczem, naftą lub

smołą tworząc w ten sposób źródło światła [13].

5.1.1.2. Lampy olejowe

Lampy te zbudowane były ze zbiornika na tłuszcz, w

którym umieszczony był knot. Zapalony był on na końcu.

Leonardo da Vinci przez umieszczenie dokoła płomienia

kominka dokonał istotnej zmiany w budowie tych lamp.

Obecność kominka powodowała lepsze spalenie tłuszczu a

co za tym idzie zwiększenie światłości lampy. W XVI w.

zbiornik oleju został umieszczony wyżej niż płomień co

ułatwiło równomierny dopływ oleju do knota [3]. W 1873 r.

Pierre Francois Argand skonstruował palnik. Płaski knot z

plecionki bawełnianej zawinął w rurkę i umieścił w

cylindrycznym zbiorniku, od dołu przez rurkę doprowadził

powietrze do knota i płomienia otoczonego cylindrycznie

szklanym kominkiem [13]. Mimo iż palnik ten zwiększył

sześciokrotnie jasność świecenia lampy nie znalazł

zastosowania w górnictwie podziemnym ze względu na

delikatną budowę.

Lampy olejne powodowały częste wybuchy metanu

który zapalał się od otwartego światła [6], [7]

5.1.1.2.1. Najstarsze lampy olejowe

Budowa takiej lampy była prosta. Kuliste zagłębienia

które pozostały w skale wapiennej po wyciągnięciu buł
kamiennych wypełniano tłuszczem i wkładano knot, który
wykonany był z sierści zwierzęcej, a w późniejszych czasach
z włókna roślinnego lub wysuszonej żyły zwierzęcej. Knot
nasiąkał tłuszczem i dawał słaby płomień [3].

Rys.8. Lampa olejowa otwarta [20]

5.1.1.2.2. Lampy olejowe gliniane

Wykonane były z suszonej gliny, miały kształt owalnej

miseczki z rączką lub wymodelowany w dnie otwór który

ułatwiał trzymanie ich w ręku. Lampy te napełniano tłuszczem i

wkładano knot wykonany z włókien roślinnych. Około 600 lat

przed naszą erą zaczęto stosować gliniane lampy olejne

przypominające dzbanuszki. W starożytnych greckich i

rzymskich kopalniach lampy te miały owalny kształt, przy czym

dłuższa oś nie przekraczała10 cm, a wewnątrz 7 cm. Górnicy

pracujący w transporcie podziemnym, ze względu na małe

wymiary wyrobiska, czołgali się;
w celu uwolnienia rąk mocowali lampki na czole za pomocą

opaski.

Równocześnie w użyciu były lampy zakryte i odkryte. W

zakrytych stosowano tylko olej natomiast w okrytych olej oraz

łój.

W średniowieczu używano głownie otwartych lamp

glinianych, w których spalano łój. Zawartość zbiornika lamp

wystarczała do trzech godzin palenia. W związku z tym górnicy

zabierali ze sobą zapasową porcję tłuszczu. Wypalenie tłuszczu

sygnalizowało koniec pracy [3].

5.1.1.2.3. Lampy metalowe

Lampy te zaczęto stosować w górnictwie w Grecji w

kopalniach rud srebra od IV w.p.n.e. W średniowieczu, ze

względu na ich wysoką cenę, były rzadkością, jednak obok

nich zaczęły pojawiać się lampy żelazne kute, których

pojemnik na tłuszcz kształtem był zbliżony do łyżki.

W XVI w. w Saksonii zaczęto wytwarzać górnicze

lampy metalowe z blachy mosiężnej cynkowej żelaznej lub

miedzianej. Dopiero w XIX w. zaczęto produkować lampy

odlewane. Pierwsze lampy były wielkości dłoni o kształcie

miseczki o owalnej podstawie z wydłużonym przodem w

kształcie Dziubka, w której znajdował się knot. Do tylniej

ścianki przymocowany był wygięty uchwyt zaopatrzony w

hak. Za pomocą haka górnicy schodząc do kopalni zawieszali

lampy na dziurkach do guzików kapot lub też na końcu ręki,

w przodku wbijali go do szczelin skalnych lub w obudowę [3].

Pod koniec XVII w. pojawiły się lampy zamknięte z

zasuwą lub nachylonym wiekiem, dzięki temu można je było

napełniać tłuszczem płynnym oraz stałym.

Lampy kaganki zwane też żabami z uwagi na

wielkość zbiornika i trwałość stanowiły duży postęp w

zakresie oświetlenia podziemnych wyrobisk, swoją

popularność straciły w połowie XIX w [13].

5.1.1.2.4. Lampy sycylijskie (soczewicowe)

Zostały skonstruowane w połowie XVII w. Z uwagi

na kształt przypominający ziarno soczewicy nazwano je
lampami soczewicowymi. Zbudowane były z dwóch
okrągłych wypukłych i zlutowanych kawałków blachy.

W XIX w. wytwarzano lampy odlewane które miały z

boków przymocowany kabłąk z kółkiem w górnej części, do
którego przymocowany był hak służący do trzymania
lampy, a także łańcuszek ze szpikulcem do czyszczenia
knota. W górnej części pojemnika znajdowały się dwa
otwory: jeden na knot, a drugi do napełniania olejem [3].

Rys.9. Lampa soczewicowa [18]

5.1.1.2.5. Lampy kapliczki

Pojawiły się w XVII w. w Saksonii. Górnicy wkładali

lampy do specjalnych wydłużonych skrzynek bez przedniej

ścianki z łukowatym przednim zakończeniem górnej części

która przypominała kształtem kapliczkę. Skrzynki te

wykonane były z drewna lipowego obite wewnątrz blachą

mosiężną. Zaopatrzone były w szybę wkładaną z przodu w

miejsce wolnej ścianki, która zabezpieczała płomień przed

podmuchami. W tylniej ścianie znajdowały się otwory,

którymi wchodziło powietrze umożliwiające palenie

płomienia w zamkniętej obudowie. W czasie zjazdu noszone

były na piersiach, na pasku zawieszonym na szyi. W miejscu

pracy wbijano je do obudowy lub Strzeliny skalnej za

pomocą haka doczepionego za pomocą uchwytu. W Polsce

kapliczki stosowane były w Śląskich kopalniach węgla w

rejonie Zabrza [3].

5.1.1.2.6. Lampy olejowe blaszane

(olejarki)

Pojawiły się w połowie XIX w. Surowcem z jakiego

były wykonane była cienka blacha mosiężna miedziana lub
cynkowa. Zbudowane były z cylindrycznego zbiornika na
olej z ukośna rurka w kształcie lejka w której znajdował się
knot, od góry zbiornik zamykany był zakrętką. Z obu stron
zbiornika przymocowany był kabłąk z przyczepionym
hakiem i szpikulcem do czyszczenia knota. Ich główną
zaletą była niska cena lekkość i poręczność.

Lampy te za pomocą haka przyczepiano z przodu

czapki i noszono na głowie, co uwalniało ręce oraz ułatwiało
oświetlenie miejsca pracy [3].

5.1.1.3. Świece

Były modyfikacją pochodni. Pierwszą zmiana było

usunięcie kija i oblewanie woskiem włókien lnianych. W X w.
świece wytwarzano poprzez ręczne wałkowanie łoju wokół
knota lub przez ich odlewanie. Mimo iż dawały mniej światła
niż świece woskowe, zostały docenione przez górników ze
względu na ich niską cenę. Ich zaletą było światło jaśniejsze
od światła lamp olejowych [3].

Świece te mocowano na kolcach w płaskich lichtarzach

z uchwytem do trzymania wykonanych z palonej gliny,
później z metalu. Z biegiem czasu kształt lichtarzy uległ
zmianie i tak np. w XIX w. był to szpikulec z obejmą w
kształcie rurki lub spirali. W miejscu pracy szpikulec wbijano
w obudowę lub szczelinę skalną, a podczas zjazdu wbijano
go w kapelusz lub przyciągano przez kawałek skóry

przyszyty do kapelusza [17].

5.1.1.4. Oświetlenie metanem

W Anglii w pierwszej połowie XIX w. do oświetlenia

zaczęto wykorzystywać wydzielający się ze szczelin metan.
Ujmowano go w rury cynkowe, końcówki rur spłaszczano, a
uchodzący z nich gaz zapalano. Ponieważ ciśnienie
wydzielającego się gazu z górotworu było nierównomierne
światło nie było stałe. Regulacja dopływu metanu była
niemożliwa co powodowało niebezpieczeństwo wybuchu

[3].

5.1.1.5. Oświetlenie „Młynkiem

krzemiennym”

Było to napędzane ręcznie szybko obracające się

koło stalowe ocierające się o bryły krzemienia. Wynikiem

ocierania się koła i krzemienia był snop iskier, który

dostarczał górnikom światło. Wynalazcą tego źródła światła

był anglik Carlyle Speeding z Witchaven. Wynalazek datuje

się na około 1740 r. Było to pierwsze urządzenie, które było

uważane za bezpieczne źródło światła w warunkach

zagrożenia metanowego. Światło to było słabe i migotliwe

jednak umożliwiało nieprzerwaną prace w przodkach. Z

biegiem lat zauważono jak ze wzrostem stężenia metanu

zmienia się kolor „zimnych iskier” z rubinowego na kolor

niebieski, mimo tego uważane były w dalszym ciągu za

bezpieczne. W późniejszych latach okazało się że młynki

krzemieniowe były przyczyną wielu wypadków, w których
dochodziło do wybuchów metanu [10].

5.1.1.6. Oświetlenie gazowe

Do podziemnych wyrobisk dostarczano gaz z

gazowni i oświetlano nim podszybia oraz komory maszyn.
Oświetlenie to nie było szeroko stosowane z powodów
wysokich cen toczenia gazu i wykonywania instalacji [3].

5.1.1.7. Oświetlenie naftowe

W latach osiemdziesiątych XIX w. próbowano

oświetlać wyrobiska górnicze lampami naftowymi, jednak ze
względu na skład powietrza kopalnianego świeciły bardzo
słabo, nie przyjęły się do oświetlania podziemnych
chodników. Zastosowanie miały jedynie na powierzchni w
kopalni [11].

5.1.1.8. Lampy acetylenowe

Pierwsze lampy acetylenowe nazywane potocznie

karbidówkami powstały w latach dziewięćdziesiątych XIX w.

Lampy acetylenowe świeciły jasnym nie migotliwym

płomieniem, którego światłość osiągała wielkość od 9 do 25

cd., co przewyższało znacznie światłość używanych

dotychczas lamp olejowych. Ogromną zaletą tych lamp był

właśnie nie migotliwy płomień co chroniło górników przed

oczopląsem. Lampy acetylenowe składały się z dwóch

metalowych stalowych lub mosiężnych zbiorników- dolnego

wypełnionego karbidem i górnego wypełnionego wodą.

Zbiornik górny miał otwór do wlewania wody zamknięty

zakrętką z małym 0,5 mm otworem przez który do zbiornika

dostawało się powietrze w miarę upływania wody. Wewnątrz

lampy umieszczona była rurka doprowadzającego wodę z

górnego do dolnego zbiornika. W pokrywie lampy znajdował

się nagwintowany wylot tej rurki, zamknięty śrubą, w

środku miała szereg otworów, przez które woda dostawała

się do jej wnętrza.

W miejscu łączenia się ze zbiornikiem dolnym była

stożkowa końcówka z małym otworem, w którym woda
ściekała do dziurkowanej dziurki w dolnym zbiorniku. Ilość
spływającej wody można było regulować przez zaworek z
igłą dochodzącą do stożkowatego zakończenia, a załączone
ze śruba w pokrywie lampy [3]. Zadaniem dziurkowanej
rurki w dolnym zbiorniku było równomierne rozprowadzanie
wody na karbid. Dolny zbiornik wypełniano karbidem do
około ¾ wysokości i przyciskano pokrywą. Oba zbiorniki,
uszczelnione gumowym pierścieniem dociskano i zamykano
za pomocą zamka śrubowego, zatrzaskowego lub
pałąkowego. Lampy acetylenowe były używane jako lampy
osobiste i jako lampy stacjonarne do oświetlania podszybi i
punktów załadowczych [11].

5.2. Lampy z płomieniem zabezpieczonym

5.2.1. Olejowe lampy bezpieczeństwa

5.2.1.1. Lampa Humboldt’a

Pierwszym wynalazcą lampy górniczej z

płomieniem zabezpieczonym był Aleksander Humboldt,

znany naukowiec, górnik, geolog i geograf. W 1791 roku

skonstruował on zaopatrzony w szybę hermetycznie

zamknięty zbiornik, w którym umieścił lampę górniczą,

eliminując tym samym możliwość zetknięcia się

płomienia lampy z metanem. Wewnątrz zbiornika pod

lampą znajdowały się dwa pojemniki o pojemności 7,6

litra każdy. W górnym znajdowała się woda, natomiast

dolny był napełniony powietrzem atmosferycznym. Po

otwarciu kurków woda dopływająca powoli do dolnego

pojemnika wypychała powietrze, które cienką rurką

docierało do płomienia lampy, umożliwiając jego

palenie. Gazy spalinowe zapełniały przestrzeń nad stale

obniżającym się lustrem wody w pojemniku głównym. Z

powodu zanieczyszczonego powietrza kopalnianego

lampa ta nie weszła do powszechnego użytku [10].

5.2.1.2. Lampa Clanny’ego

Wynalazca innej lampy bezpieczeństwa był dr

William Reid Clanny. Wyszedł on z założenia, iż lampa
powinna świecić przez cała zmianę roboczą. Umieścił lampę
olejową w zbiorniku z szyba a poprzez cienką rurkę, której
koniec znajdował się w umieszczonym pod lampa zbiorniku
z wodą, pompką ręczną wtłaczano powietrze kopalniane.
Także i spaliny uchodziły do atmosfery kopalnianej poprzez
rurkę i wodę [10], [15]. W przypadku zapalenia się metanu
wewnątrz zbiornika z lampą należało zaprzestać
pompowania powietrza. Zaś płomienie palącego się gazu
ulegały zgaszeniu przepływając przez wodę [16], [17].

5.2.1.3. Lampa Davy’ego

Zbudowana jest tak samo jak zwykła lampa olejowa,

okryta cylindrem z podwójnej cienkiej metalowej siatki.

Szczyt cylindra przykryty jest pokrywką. Druty z których

zbudowana jest siatka maja średnice równa 1/50 cala. W

jednym calu mieści się 28 równoległych drutów. Druty te

tworzą w jednym calu kwadratowym 784 szczeliny. Dzięki

temu pole szczelin jest o jedna piątą mniejsze niż pole siatki

która jest z nich zbudowana. Poprzez te szczeliny powietrze

może bez problemu przenikać do wnętrza lampy i płomień

nie gaśnie. Wraz z powietrzem do wnętrza lampy mogą

przenikać gazy palne. W momencie w którym taki gaz

zaczyna się palić i wypełniać płomieniem wnętrze lampy

siatka ma za zadanie schłodzić palący się gaz . Dzięki temu

płomień nie wydostaje się na zewnątrz lampy i nie

doprowadza do zapalenia się gazów otaczających samą
lampę [12].

Wewnętrzna część lampy wyposażona była w

tzw. bycze oko, czyli soczewkę skupiającą w promień
zasłonięte siatką światło. Paliwem w lampie mógł być olej,
nafta lub benzyna. Po raz pierwszy wypróbowano ją w 1816
roku w kopalni Hebburn Colliery. Lampa Davy’ego używana
była również jako lampa wskaźnikowa do wykrywania
wzrostu zawartości dwutlenku węgla (gaśnie przy
zawartości 5–6% C02) i spadku zawartości tlenu (gaśnie
przy zawartości 17% 02), oraz do wykrywania gazów
palnych [17]. Okres palenia się gazu w lampie nie mógł być
za duży ponieważ palący się gaz w lampie rozgrzewał
warstwy siatki do czerwoności i wtedy wydostawał się na
zewnątrz. Lampa Davy’ego dawała niewielkie światło bo

tylko od 1/13 do 1/30 zwykłej świeczki [14].

5.2.1.4. Lampa Stephensona

Stephenson pracował nad bezpieczną lampą w tym

samym czasie co Davy. Lampy obydwóch panów różnią się

tym że w lampie Stephensona podwójna druciana siatka

jest osłonięta szkłem. Na dnie szklanej obudowy znajdowały

się otwory przez które jak w kominku dostawało się

powietrze do lampy. Była to o wiele bezpieczniejsza lampa,

ponieważ przy gwałtownym ruchu lampy nie dostawało się

do niej tak dużo powietrza jak do lampy Davy’ego [10].

Dzięki temu nie dochodziło do eksplozji gazów we wnętrzu

lampy. Nie istniało niebezpieczeństwo uszkodzenia siatki i

przedostania się rozgrzanych gazów na zewnątrz lampy.

Stephenson w odróżnieniu od Davy’ego (Davy robił lampy

na zamówienie) nie opatentował swojego wynalazku, zrobił

to z pobudek humanitarnych ponieważ w tamtym okresie

zapotrzebowanie na węgiel było ogromne i dochodziło do

niezliczonych wypadków w których ginęli górnicy [17].

5.2.1.5. Lampa Wolfa

W 1892 r. Carl Wolf skastrował Lampe

bezpieczeństwa, w której zamiast oleju zastosował benzynę.
Ze względu bezpieczeństwa benzyna w pojemniku lampy
nie mogła stanowić swobodnie płynnej cieczy. Pojemnik
benzyny wypełniony był watą, której napełnienie 100 g
benzyny wystarczało na 19 godzin świecenia. Lampa miała
dwa siatkowe kosze ochronne, zapewniające całkowite
bezpieczeństwo w atmosferze metanowej. Lampa ta dawała
światło do 1,4 Candeli. Różnicą pomiędzy lampami
bezpieczeństwa olejowymi a benzynową było to że światło
nie migotało i światło było silniejsze [7].

5.3 Lampy Elektryczne

5.3.1. Lampy łukowe

Pierwszy raz zastosowano ten rodzaj

oświetlenia w latach osiemdziesiątych XIX
w [5]. W tych lampach światło wytwarza
się w skutek promieniowania łuku
elektrycznego powstającego między
dwoma elektrodami. W górnictwie nie
znalazły zastosowania [6].

5.3.2. Lampy żarowe

Rozwój lamp żarowych rozpoczął się w

1911 r. gdy wdrożono żarniki wykonane z

drutów wolframowych, które wyparły żarniki

węglowe. Dla ochrony żarników

wolframowych przed utlenianiem

umieszczano je w bańce z próżnią.

Konstrukcja ręcznych lamp robotniczych

składała się z metalowej walcowej części

dolnej stanowiące naczynie akumulatorowe,

na które nakręcano górną część lampy, z

oprawą i żarówką oraz koszem ochronnym z

hakiem. Lampy te były bardzo ciężkie a ich

masa zależnie od wersji, wynosiła od 4,2 do

5,5 kg. Świeciły 15 godzin strumieniem

światła od 15 do 28 lumenów [5]. Światło

wytwarza się w skutek promieniowania ciał

stałych rozgrzanych do wysokiej temperatury.

W pierwszych lampach elektrycznych

stosowano akumulatory kwasowe, które miały
wiele wad. Nieszczelności pojemnika
akumulatora powodowały poparzenia
użytkowników kwasem. Udoskonalono
akumulator stosując elektrolit z dodatkiem
szkła wodnego, co dawało konsystencję
żelatyny utrudniającą jego wypływ przez
nieszczelności.

Światło wytwarza się w skutek

promieniowania ciał stałych rozgrzanych do
wysokiej temperatury. Zalicza się je do źródeł
światła temperaturowego [6].

5.3.3. Lampy jarzeniowe

W lampach tych światło wytwarza się

w skutek promieniowania gazów i par pod

wpływem wyładowań elektrycznych [5].

Najnowszą odmianą lamp jarzeniowych są

lampy fluoryzujące. Lampy te opierają się

na świeceniu beztemperaturowym,

wynikającym ze zjawiska luminescencji. Z

lamp tej grupy znane są lampy sodowe, w

których pod wpływem wyładowań

elektrycznych świecą pary sodu o żółtej

barwie światła, oraz lampy rtęciowe

różnych odmian, w których pod wpływem

wyładowań świecą pary rtęci o niebieskiej

barwie światła [6].

6. Wpływ urządzeń oświetlających na

bezpieczeństwo przewietrzania kopalń

na przestrzeni wieków

Rozpoczęcie drążenia wyrobisk górniczych

w okresie przed naszą erą zapoczątkowało rozwój

oświetlenia w górnictwie. Pierwsze źródła

oświetlenia były prymitywne; były to materiały

używane w normalnych warunkach na

powierzchni [3]. W tym okresie nie istniało

zagrożenie w kopalniach surowców mineralnych,

dopiero wiek maszyny parowej spowodował

wzrost zapotrzebowania na inne kopaliny takie

jak np. węgiel. Górnicy schodząc coraz to głębiej

z eksploatacją trafiali na zgazowane złoża węgla,

zawartość gazów pożarowych czy też

wybuchowych znacznie wzrastała.

Płomieniowe źródła światła zwłaszcza z płomieniem

nie zabezpieczonym powodowały liczne katastrofy,

w których dochodziło do zapłonu gazów i ich

wybuchania. Zwykłe lampy olejowe w raz z

upływającym czasem były modyfikowane, ale

zasada ich działania pozostawała taka sama.

Zbiornik z paliwem i przeważnie knot który się palił,

ogień znajdował się w otoczeniu gazów pożarowych,

co prowadziło do zapłonu. Nie istniały aż do roku

1816 lampy wskaźnikowe za pomocą których można

było rozpoznać ilość gazów palnych w atmosferze

kopalnianej. Górnicy próbowali sobie z tym radzić w

różny sposób. Jeden z takich sposobów zakładał

wysyłanie skazańca ubranego w płachtę nasączona

wodą. Człowiek ten był wyposażony w kij na którego

końcu było umieszczone źródło płomienia. Osoba

taka miała za zadanie podpalenia wydobywających

się gazów. Po tej czynności w kopalni mogła się

rozpocząć dalsza eksploatacja [12].

Jednym z urządzeń dzięki któremu można było

zaobserwować obecność gazów w podwyższonym

stężeniu był młynek krzemienny. Zmiana koloru

sypiących się iskier wskazywała na obecność gazów.

Dopiero w roku 1816 wynalezione zostały

lampy bezpieczeństwa które miały ogromny wpływ

na informowanie górników czy istnieje zagrożenie

wybuchem czy też zapaleniem się gazów.

Rewolucję w bezpieczeństwie pracy pod ziemią

zapewniło wynalezienie przez Edisona

elektryczności i żarówki. Poprawiają się znacznie

warunki pracy i bezpieczeństwo. Lampy elektryczne

zastąpiły wszystkie lampy płomieniowe, zarówno te

zabezpieczone jak i z otwartym źródłem światła.

Pozostały tylko płomieniowe lampy bezpieczeństwa,

które spełniały rolę lamp wskaźnikowych.

7. Podsumowanie

Kopalnie podziemne były i są

niebezpiecznym miejscem ze względu

na występowanie gazów. We wczesnych

czasach przewietrzanie kopalń odbywało

się przez naturalny przepływ powietrza,

co prowadziło do nadmiernego

nagromadzenia się gazów wybuchowych

czy też pożarowych, które w połączeniu

z otwartym ogniem powodowały

wybuch.

Dla przyśpieszenia ruchu powietrza

stosowano miechy i tak zwane „beczki

wentylacyjne” poruszane przez ludzi

albo przez konie. W połowie XIX w.

wprowadzono piece wentylacyjne

służące do podgrzewania uchodzącego

z kopalni zużytego powietrza, co w

zetknięciu z metanem i płomieniem

powodowało wybuch. Dzięki wielkiemu

postępowi technicznemu, dziś w

kopalniach stosuję się oświetlenie

elektryczne, które stanowi najmniejsze

zagrożenie spośród wszystkich

rodzajów oświetlenia.

W zależności od warunków jakie

panują w danym pomieszczeniu
kopalnianym stosuję się odpowiednie
napięcie prądu oraz obudowę lamp.
W pomieszczeniach o dużym
niebezpieczeństwie wybuchu stosuję
się oprawy w osłonie ognioszczelnej,
natomiast w pomieszczeniach nie
zagrożonych wybuchem można
instalować oprawy żarówkowe bez
kloszy [4].

8. Literatura:

[1] Nędza Z. i Rosiek F. „Wentylacja Kopalń cz. 1”,

Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1975

[2] Strumiński A. „Pożary podziemne”, Wyd.

Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1986

[3] Piątek E. „Z Historii Górnictwa „Historia

Oświetlenia Kopalń”, Wiadomości Górnicze nr

9/1997 str. 408-418

[4] Chudek M., Zyliński R., Wilczyński S. „Podstawy

Górnictwa”, Wyd. „Śląsk”, Katowice 1979

[5] Gluziński W. „Elektryfikacja Podziemi Kopalń

Węgla cz.2” Wyd. „Śląsk”, Katowice , 1986

[6] Budyk W., Lesiecki W., Nowak J. „Oświetlenie

i Sygnalizacja cz. 1” , Wyd. Górniczo-Hutnicze,

Katowice 1956

[7]” Gierlotka S. „Lampy osobiste w kopalniach i

ich historia” Przegląd Górniczy 5/2006 str. 37

[8] Bednarski M. „Górnictwo Ogólne cz. I, II

wyd. IV”, Akademia Górniczo-Hutnicza w

Krakowie, Skrypty Uczelniane Nr. 91

[9] „Borecki M. „Poradnik Górnika tom 3

Wydanie drugie całkowicie zmienione i

uzupełnione”, Wyd. Górniczo-Hutnicze,

Katowice 1959

[10] Piątek Z. Gawędy o dawnym Górnictwie

i Górnikach „Oświetlenie W Kopalniach
Metanowych od XVII do początku XIX w.”
Gwarek Dolnośląski // z prywatnych
zbiorów Dyrektora Muzeum Przemysłu i
Techniki w Wałbrzychu //

[11] Piątek E. Gawędy o dawnym Górnictwie

i Górnikach „Od Kaganka Do
Elektryczności” Gwarek Dolnośląski // z
prywatnych zbiorów Dyrektora Muzeum
Przemysłu i Techniki w Wałbrzychu //

[12] Piątek Z. Gwarek Dolnośląski Gawędy o

dawnym Górnictwie i Górnikach „Oświetlenie
w kopalniach metanowych w XIX w.” Gwarek
Dolnośląski // z prywatnych zbiorów
Dyrektora Muzeum Przemysłu i Techniki w
Wałbrzychu //

[13] Piątek E. Gwarek Dolnośląski Gawędy o

dawnym Górnictwie i Górnikach „Źródła
Światła W Kopalni- Łuczywa Kaganki Świece”
Gwarek Dolnośląski // z prywatnych zbiorów
Dyrektora Muzeum Przemysłu i Techniki w
Wałbrzychu //

Document Outline