Politechnika Wrocławska Wrocław 27.06.2006r

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

Mail: [e-mail]

Spis treści

1. Wstęp 2. Własności gazów kopalnianych 2.1. Dwutlenek węgla CO2 2.2. Tlenek węgla CO 2.3. Siarkowodór H2S 2.4. Amoniak 2.5. Tlenki Azotu ( NO, NO2, N2O4 ) 2.6. Dwutlenek Siarki SO2 2.7. Metan CH4 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

3 3 3 4 4 4 4 5 5 6-7 7 7 7-8 8 8 8 8 8 8-9 10 10 11 12 12-13 13 14-15 15 15-16 16 16 16-17 17 17 17-18 18 18-19 20 21 21 21 22 22-23 24-25 26 26-27

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. 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.

Mimo iż w miarę postępu techniki udoskonalano każdy rodzaj oświetlenia to i tak stanowił on potencjalne źródło zapłonu gazów pożarowych [3].

Rys.1. Neolityczni górnicy [29]

2. Własności gazów --> kopalnianych [1][Author:FR]

Gazy kopalniane wchodzą w skład powietrza kopalnianego, które wypełnia podziemne wyrobiska górnicze. Wyróżniamy następujące gazy wchodzące w skład gazów kopalnianych

2.1. Dwutlenek węgla CO₂ [1]

- jest gazem bezbarwnym o smaku kwaśnym

- jest gazem bezzapachowym

- gęstość względna (względem powietrza) - 1,52

- jest gazem niepalnym

- jest gazem nie wybuchowym

- jest gazem toksycznym: duszącym

- najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) - 1 %

2.2. Tlenek węgla CO [1]

- jest gazem bezbarwnym i nie ma smaku

- jest gazem bezzapachowym

- gęstość względna - 0,967

- jest gazem palnym: o temperaturze zapłonu 605 ^ºC

- jest gazem wybuchowym: przy granicy wybuchowości 12,5 ÷ 74 %

- jest gazem toksycznym: silnie trującym

- najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) - 0,0026 %

2.3. Siarkowodór H₂S [1]

- jest gazem bezbarwnym o smaku słodkawym

- jest gazem o zapachu zgniłych jaj

- gęstość względna - 1,19

- jest gazem palnym: o temperaturze zapłonu 270 ^ºC

- jest gazem wybuchowym: przy granicy 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 względna - 0,59

- jest gazem palnym: o temperaturze zapłonu 680 ^ºC

- jest gazem wybuchowym: przy granicy wybuchowości 15 ÷ 28 %

- jest gazem toksycznym: silnie trujący podrażnia błony śluzowe i skórę

- najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) - brak

2.5. Tlenki Azotu ( NO, NO₂, N₂O₄ ) [1]

- są to gazy o brunatnym kolorze

- są to gazy o ostrym zapachu

- gęstość względna - 1,34 ÷ 2,7

- nie są to gazy palne

- nie są to gazy wybuchowe

- są to gazy toksyczne: bardzo silnie toksyczne podrażniające błony śluzowe oczu, dróg oddechowych oraz płuca.

- najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) - 0,00026

2.6. Dwutlenek Siarki SO₂ [1]

- jest gazem bezbarwnym o kwaśnym smaku

- jest gazem o drażniącym zapachu

- gęstość względna - 2,23

- 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 CH₄ [1]

- jest gazem bezbarwnym, bez smaku

- jest gazem bez zapachu

- gęstość względna - 0,55

- jest gazem palnym: o temperaturze zapłonu 595 ⁰C

- jest gazem wybuchowym: przy granicy wybuchowości 5 ÷15%

- nie jest gazem toksycznym

- najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) < 2

Tab.1. Własności gazów kopalnianych [1]

Gaz	Własności	Gęstość względna (pow. = 1)	NDS %	Granice wybuch. %	Własności toksyczne	Źródło powstawania
Tlenek węgla (CO)	Bez barwy, smaku i zapachu	0,967	0,0026	12,5 ÷ 74,0	Silnie trujący	Roboty strzelnicze, pożary, wybuchy metanu i pyłu węglowego, praca silników spalinowych
Siarkowodór (H2S)	Bez barwy, o słodkawym smaku i charakterystycznym zapachu zgniłych jaj	1,19	0,0007	4,3 ÷ 45,5	Silnie toksyczny, podrażnia drogi oddechowe i oczy	Pokłady soli, gnicie substancji organicznych, pożary, rozkład materiałów wybuchowych, wody gruntowe
Amoniak (NH3)	Bez barwy o ostrym, charakterystycznym zapachu, dobrze rozpuszczalny w wodzie	0,59	-	15,0 ÷ 28,0	Trujący, silnie podrażnia błony śluzowe i skórę	Roboty strzelnicze, gaszenie pożarów wodą
Tlenki azotu (NO, NO2, N2O4)	Brunatny kolor i ostry zapach	13,4 ÷ 2,7	0,00026	-	Bardzo silnie toksyczne, podrażniają błony śluzowe oczu, dróg oddechowych oraz płuca	Roboty strzelnicze, silniki spalinowe
Dwutlenek siarki (SO2)	Bezbarwny, o bardzo drażniącym zapachu i kwaśnym smaku	2,23	0,000075	-	Silnie trujący, podrażnia błony śluzowe dróg oddechowych i oczu	Pożary kopalniane, roboty strzelnicze
Dwutlenek węgla (CO2)	Bez barwy i zapachu, o smaku słabo kwaśnym, łatwo rozpuszczalny w wodzie	1,52	1,0	-	Duszący	Wydziela się z węgla i skał, powstaje w czasie pożarów, wybuchów metanu lub pyłu węglowego i robót strzelniczych
Metan (CH4)	Bez barwy, smaku i zapachu	0,55	< 2	5,0 ÷ 15,0	-	Występuje w górotworze w stanie wolnym lub sorpcyjnym

3. Elementy niezbędne do powstania wybuchu gazów kopalnianych

Potrzebne są trzy elementy [2]:

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
Powyższe trzy elementy występujące razem są zbiorem wystarczającym do wyzwolenia wybuchu, który może się przenieść na dane środowisko.

Rys.2. Trzy elementy powodujące wybuch gazów kopalnianych [2]

Tab.2. Elementy niezbędne do powstania wybuchu gazów

kopalnianych [2]

Gaz	Temp. zapłonu ^ºC	Granice wybuch. %
Tlenek węgla (CO)	605	12,5 ÷ 74,0
Siarkowodór (H2S)	270	4,3 ÷ 45,5
Amoniak (NH3)	680	15,0 ÷ 28,0
Metan (CH4)	595	5,0 ÷ 15,0

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 nie metanowych. 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 Davyego mogły potencjalnie zapalać gazy pożarowe w sytuacji kiedy ochronne druciane siatki nie były wymieniane, taka siatkę powinno się wymieniać raz na 100 dniówek w przeciwnym razie dochodziło do ich odkształceń i poszczególne druty ulegały kruszeniu 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 [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 elektryfikacja wyrobisk, powstało nowe zagrożenie mianowicie przewody doprowadzające energie elektryczna 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[Author:FR]

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 do 150 cm o przekroju poprzecznym prostokątnym. 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 wiązki. Kiedy zabrakło drewna bogatego w żywicę, owijano drewniany kij szmatami, które nasycone były woskiem, tłuszczem, naftą lub smołą tworząc w ten sposób pochodnie [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 zawiną w rurkę i umieścił w cylindrycznym zbiornik, 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 [7], [6].

Rys.3. Oświetlenie kopalni soli [30]

Rys.4. Zbiornik na olej [18] Rys.5. 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 i sierści zwierzęcej a w późniejszych czasach z włókna roślinnego lub wysuszonej żyły zwierzęcej. Knot nasiąkał tłuszczem i dawał słaby płomień [3]

Rys.6. 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 utrzymanie je 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 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 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].

Rys.7. 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.8. 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 blacha 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 główna 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 zaleta 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 obejką w kształcie rurki lub spirali. W miejscu pracy szpikulec wbijano w obudowę lub szczelinę skalna, 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 przyczyna 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. Lampy karbidowe [18]

Rys.17. Pojemnik na karbid [18]

--> 5.2. Lampy z płomieniem zabezpieczonym

5.2.1. Olejowe lampy bezpieczeństwa

5.2.1.1. Lampa Humboldt'a[Author:FR]

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.18. Lampa Clanny'ego [21]

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 [10]. 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% CO₂) i spadku zawartości tlenu (gaśnie przy zawartości 17% O₂), 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.19. Lampa Davy'ego [22], [23], [24]

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. Dzięki temu nie dochodziło do eksplozji gazów we wnętrzu lampy[10]. Nie istniało niebezpieczeństwo uszkodzenia siatki i przedostania się rozgrzanych gazów na zewnątrz lampy. Stephenson w odróżnieniu od Davy'ego ( Davy robił lampę 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.20. Lampa Stephensona [25] Rys.21. 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 światło [7].

Rys.22. 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 miedzy 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 górna 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 konsystencje żelatyny utrudniającą jego wypływ przez nieszczelności.

Światło wytwarza się w skutek promieniowania ciał stałych rozgrzanych do wysokiej temperatury. Zalicza się je do źródeł światła temperaturowych [6].

5.3.3. Lampy jarzeniowe

W lampach tych światło wytwarza się w skutek promieniowania gazów i par pod wpływem wyładowań elektrycznych [5] Najnowsza odmiana lamp jarzeniowych są lampy fluoryzujące. Lampy te opierają się na świeceniu bez temperaturowym wynikające 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.23. Lampy elektryczne [20]

Rys.24. Przenośne lampy akumulatorowe [18]

Rys.25. 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].

Jednym z urządzeń dzięki któremu można było zaobserwować obecność gazów w podwyższonym stężeniu był młynek krzemienny. Zmiana koloru sypiących się iskier wskazywała obecność gazów.

Dopiero w roku 1816 wynalezione zostały lampy bezpieczeństwa które miały ogromny wpływ na informowaniu górników czy istnieje zagrożenie wybuchem czy też zapalenia się gazów.

Rewolucje w bezpieczeństwie pracy pod ziemia zapewniło wynalezienie elektryczności i żarówki przez Edisona. 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.

Rys.26. Pokutnicy [28]

Rys.27. Pokutnicy [27]

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. Nieco później zaczęto wykorzystywać ścieki na wodę, wycinane w spągu chodników przewozowych natomiast 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, Wrocław 1975

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

[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 „O 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/SafetyLamps.htm

[15] http://www.dmm.org.uk/archives/a_clan11.htm

[16] http://www.mininginstitute.org.uk/lamps/Clanny.html

[17] http://www.royalbcmuseum.bc.ca/mh_papers/lettherebelight.html

[18] http://www.miningartifacts.org/index.html

[19] http://www.mining-memorabilia.co.uk/FlameSafetyLamps.htm

[20] http://www.minersmuseum.com/hof_equipment.htm

[21] http://www.scienceandsociety.co.uk/results.asp?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?image=10307491&wwwflag=2&imagepos=3

[24]

http://www.scienceandsociety.co.uk/results.asp?image=10321191&wwwflag=2&imagepos=11

[25] http://www.mininginstitute.org.uk/lamps/Stephenson.html

[26] http://www.azcu.org/historyofmining/index.html#partone

[27] http://jv.gilead.org.il/la-foire/indes/07.html

[28] http://www.pitwork.net/poetry.htm

[29] http://www.fotolibra.com/gallery/collection/?collection_id=8677

[30] http://www.deutsches-museum.de/ausstell/dauer/bergbau/e_berg1.htm

[31] http://www.northtyneside.gov.uk/libraries/colltxt/saflamp.htm

Oświetlenie a bezpieczeństwo przewietrzania kopalń na przestrzeni dziejów

4

niedopuszczalny sposób umieszczania odnośników do literatury

niedozwolona zbitka tytułów

niedozwolona zbitka tytułów !!!

---