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
2.2. Tlenek węgla CO
2.3. Siarkowodór H
2
S
2.4. Amoniak
2.5. Tlenki Azotu ( NO, NO
2
, N
2
O
4
)
2.6. Dwutlenek Siarki SO
2
2.7. Metan CH
4
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]
Rys.3. Oświetlenie świecami w kopalni Arizona [26]
Rys.2. Neolityczna lampa olejowa [31]
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].
Mimo iż w miarę postępu
techniki udoskonalano rodzaj
oświetlenia to i tak stanowił on
potencjalne źródło zapłonu gazów
pożarowych
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
2
[1]
- jest gazem bezbarwnym o smaku kwaśnym
- jest gazem bezzapachowym
- gęstość w war. normalnych (fizycznych) –
1,977 kg/m
3
- 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.
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
3
- 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
2
S [1]
- jest gazem bezbarwnym o smaku słodkawym
- jest gazem o zapachu zgniłych jaj
- gęstość w war. normalnych – 1,52 kg/m
3
- gęstość względna - 1,19
- jest gazem palnym: o temperaturze zapłonu 270
°
C
- 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
3
- gęstość względna - 0,596
- jest gazem palnym: o temperaturze zapłonu 680
°
C
- 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
2
, N
2
O
4
) [1]
- są to gazy o brunatnym kolorze
- są to gazy o ostrym zapachu
- gęstość względna – 1,342,7
- 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
2
[1]
- jest gazem bezbarwnym o kwaśnym smaku
- jest gazem o drażniącym zapachu
- gęstość w war. normalnych – 2,86 kg/m
3
- 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
4
[1]
- jest gazem bezbarwnym, bez smaku i zapachu
- gęstość w war. normalnych – 0,716 kg/m
3
- 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
Rys.4. Trzy elementy powodujące wybuch gazów kopalnianych
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]
Rys.5. Oświetlenie kopalni soli [30]
Rys.6. Zbiornik na olej [18]
Rys.7. Lampa olejowa [18]
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].
Lampy kaganki zwane także żabami [18]
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].
Rys.10. Lampa kapliczka [18]
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].
Rys.11. Mosiężna lampa olejowa tzw. „olejarka” [18]
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].
Rys.12. Lichtarz [18]
Rys.13. Oświetlenie świecami w kopalni Rossland [17]
Rys.14. Oświetlenie świecami w kopalni Arizona [26]
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].
Rys.15. „Młynek krzemienny” [19]
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].
Rys.16. Lampa karbidowa [18]
Rys.17. Lampa karbidowa [18]
Rys.18. Pojemnik na karbid [18]
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].
Rys .19. Lampa Clanny’ego [20]
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].
Rys.20. Lampa
Davy’ego [22]
[23]
Rys.21. Lampa
Davy’ego
[24]
Rys.22. Lampa Davy’ego
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].
Rys.23. Lampa Stephensona [25]
Rys.24. Porównanie lamp Davy’ego i Stephensona
[31]
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].
Rys.25. lampa Wolfa [18]
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].
Rys.26. Lampy elektryczne [20]
Rys.27. Przenośne lampy
akumulatorowe [18]
Rys.28. Przenośne
lampy akumulatorowe [18]
Rys.29. Elektryczne lampy stałe [18]
Rys.30. Elektryczne lampy stałe [18]
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].
Rys.31. Pokutnicy [27]
Rys.32. Pokutnicy [28]
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].
Pomimo wprowadzenia tak
bezpiecznego oświetlenia w dalszym
ciągu prowadzone są prace nad
udoskonalaniem lamp. Miejmy
nadzieję, że dzięki ludziom, którzy
nad tym pracują, oświetlenie w
kopalniach nie będzie stanowiło
żadnego zagrożenia.
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 //
[14]
http://www.minerslamps.net/homepage/SafetyLa
mps.htm
[15]
http://www.dmm.org.uk/archives/a_clan11.htm
[16]
http://www.mininginstitute.org.uk/lamps/Clanny.h
tml
[17]
http://www.royalbcmuseum.bc.ca/mh_papers/letth
erebelight.html
[
18]
http://www.miningartifacts.org/index.html
[19]
http://www.mining-memorabilia.co. uk/
[20]
http://www.minersmuseum.com/hof_equipm
[21]
http://www.scienceandsociety.co.uk/results.a
sp?
image=10304358&wwwflag=2&imagepos=
1
[22]
http://www.scienceandsociety.co.uk
/results.asp?image=10304355&wwwflag=2&imagepos
=1
[23]
http://www.scienceandsociety.co.uk/results.asp?im
[24]
http://www.scienceandsociety.co.uk
/results.asp?image=10321191&wwwflag=2&
=11
[25]
http://www.mininginstitute.org.uk
[26]
[26]
http://www.azcu.org/historyofmining
[27]
http://jv.gilead.org.il/la-foire/indes/07.html
[28]
http://www.pitwork.net/poetry.htm
[29]
.com/gallery/collection/?collection_id=8677
[30]
http://www.deutsches-museum.de/ausstell/
[31]
http://www.arteprimitivo.com/scripts/largeimg.
[31]
http://www.northtyneside.gov.uk/libraries/colltxt/s
aflamp.htm