История создания ламп Miner's и лампы Дэви
В годы зарождения горной промышленности для освещения мест разработок использовались пучки смолистых веток. В те времена в выработках была незначительная циркуляция воздуха (если вообще была), так что опасность от взрывов из-за рудничного газа была невелика в связи с тем, что рудничный газ, прежде чем он становится взрывоопасным, требует определенной пропорции элементов в воздухе.
Несколько позже стали использовать керосиновые лампы – и применяли их до тех пор, пока с улучшением вентиляции в шахтах участившиеся случаи взрывов не привели к использованию вместо ламп сухой рыбьей кожи, имевшей свойство слегка фосфорецировать. Другим безопасным источником освещения в шахтах того времени были бутылки со светлячками внутри. Понятно, что переход к таким методам оставил горняков практически без света.
Взрывы газа и пыли стали часто происходить в Англии и Бельгии в XVII и XVIII веках, особенно когда в этих странах перешли к разработке глубоко залегающих пластов. Надо было найти средство борьбы с этим страшным явлением.
Всё, что поначалу могли придумать – это использовать сальные свечи не только для работ, но и для обнаружения рудничного газа. Небольшого размера свечи вставляли во влажный кусок глины (импровизированный подсвечник) и очень осторожно поднимали свечу наверх. Если над пламенем обозначалась голубая «шапка», это указывало на присутствие горючего газа в воздухе. После этого свеча плавно опускалась, исследователь как можно более спокойно покидал шахту. Если кол-во газа было небольшим, его можно было размести с помощью куска парусины.
Другой способ устранения небольшого количества газа был поджечь его. Специальный человек с хорошей нервной системой, в Англии его называли «пожарным», а во Франции «кающийся грешник» – из-за сходства с одеждой религиозных орденов Римско-католической церкви, – работал ночью. Он был в защитной одежде из мокрой шерсти или кожи. Лицо и голова были защищены маской со стеклом и капюшоном. Используя длинный шест с зажженным факелом на конце, взрывник полз в сторону скопления взрывоопасного газа, голова и туловище прижаты к полу. Сразу после взрыва он принимал вертикальное положение настолько, насколько позволяла высота помещения, чтобы избежать отравления углекислым газом – последствия взрыва... К сожалению, во многих случаях, несмотря на все меры предосторожности, «пожарный» погибал во время взрыва.
В 1760 году в английских шахтах свечи и факелы были заменены так называемым «вертушечным огнивом», автором которого был Спеддинг. При соприкосновении быстро вращающегося стального колеса с кремнем получали сноп искр, который и заменял пламя свечи или факела, а также давал предупреждение об опасности, указывая на присутствие рудничного газа.
Сноп искр вертушечного огнива в то время почему-то считали неопасным. Конечно, в действительности такое освещение не могло оградить рабочих от взрывов рудничного газа. Вера в «Огниво» была разрушена серьезным взрывом на шахте Wallsend Colliery в 1785 году.
Примерно к этому же времени относятся попытки осветить угольные шахты солнечными лучами, отраженными от зеркал.
Первые угольные копи в Донбассе были еще неглубокими. Техника добычи угля была крайне примитивной. Шахтеры пользовались самодельными светильниками — плошка или баночка с мазутом или маслом, а в ней фитилек. Устройство без хитрости, сильно чадит и свет очень слабый. На смену столь примитивным светильникам пришли переносные масляные лампы с закрытым резервуаром, которые использовались вплоть до середины XIX века. В разных странах они отличались друг от друга лишь формой резервуара. Горючим служило сурепное масло, получаемое из семян сурепки и других крестоцветных растений. Такая лампа представляла собой металлический резервуар, в который был вставлен фитиль. К металлическому резервуару был прикреплен небольшой кронштейн, к которому крепился крюк для подвешивания лампы. Пламя лампы ничем не было прикрыто. Поэтому такая лампа была очень взрывоопасна. Среди шахтеров она получила название — «Бог в помощь».
Первая попытка использовать лампу в шахтах принадлежит Гумбольдту в 1798 году, однако эта лампа не могла гореть в загрязненном, с примесями, воздухе, поэтому была бесполезна в угольных шахтах.
Первым человеком, продемонстрировавшим возможность применения стабильного освещения в угольных шахтах, был доктор Уильям Рид Клэнни, из Сандерлэнда. 20 мая 1813 года он объявил о своем открытии на заседании Королевского Общества Искусств в Лондоне, когда представил Обществу свою шахтерскую безопасную лампу.
Первой шахтой, в которую была внесена лампа безопасности, была Herrington Mill Pit, это событие произошло 16 октября 1815 года. Лампа была усовершенствованной версией первой безопасной лампы доктора Клэнни. За эту лампу автор был награжден медалью Королевского Общества Искусств в мае 1816. В 1848 году, за 2 года до смерти, Уильям Клэнни получил общественное признание как изобретатель и конструктор первой в мире безопасной лампы. Его лампа состояла из металлического корпуса со свечой внутри. Она была снабжена полукруглым стеклом, воздух подавался с помощью пары мехов.
Первая масляная безопасная лампа, использовавшая цилиндр с металлической сеткой, была изобретена сэром Гэмфри (Хэмфри) Дэви. Он никогда не утверждал, что является создателем безопасной шахтерской лампы. На самом деле, 9 ноября 1815 года, объявив в Королевском обществе про свои открытия о природе и свойствах рудничного газа, он дал описание лампы Клэнни, которую он до этого видел в северной шахте и которую он несколько усовершенствовал. Пламя в лампе Дэви закрыто металлической сеткой – сеткой Дэви – толщина, размер ячеек и теплоёмкость материала которой были подобраны таким образом, чтобы при воспламенении горючего газа, попадающего внутрь сетки, горение не распространялось наружу и не вызывало взрыв газовоздушной смеси. Первая лампы Дэви была испытана на шахте Hebburn 1 января 1816 года. Строго говоря, лампа Дэви – не только лампа, но также газоанализатор, сигнализирующий о присутствии в атмосфере горючих газов своим неравномерным горением, сопровождающимся вспышками и хлопками.
Надо заметить, что все современные безопасные лампы совмещают в себе принципы ламп Клэнни и Дэви.
Дэви отказался патентовать свою лампу, тем самым сделав изобретение общедоступным. За создание лампы он был удостоен звания баронета, а в 1816 году награждён медалью Румфорда, в дополнение к этому богатые шахтовладельцы Англии подарили ему серебряный сервиз.
Первая лампа, сделанная Джорджем Стефенсоном, была протестирована в шахте Killingworth, Northumberland 21 октября 1815 года. Это был провал. Третья версия лампы Стефенсона оказалась более удачной, и 21 декабря 1815 года он представил ее владельцам шахт и официальным лицам в Институте Литературы и Философии в городе Newcastle upon Tyne. Он без тени смущения взял за основу идею металлической сетки, придуманной Дэви. И в общем-то эта лампа, названная «Джорди», была по сути лампой Дэви со стеклянным цилиндром и металлической сеткой. Королевская комиссия в своем отчете, датированном 15 марта 1896 года, отметила: «если стекло разобьется, лампа Стефенсона станет лампой Дэви».
Однако в течение незначительного периода улучшенная вентиляция рудников так сильно увеличила скорость воздушных потоков в угольных шахтах, что ни одна из трех ламп – Дэви, Клэнни, Джорди – уже не справлялась со своими задачами. В некоторых случаях их использование стало снова провоцировать опасность взрыва. А в среде шахтеров и чиновников преобладало невежество в вопросах о характере рудных газов и принципе действия безопасных ламп. В это время взрывы в угольных шахтах учащаются и становятся более разрушительными, чем когда-либо прежде.
В Бельгии и Франции, где шахты были наиболее глубокими и огнеопасными, правительства обеих стран снова подняли вопрос безопасности ламп для применения их в шахтах. Было протестировано большое число разных моделей, и, наконец, обе страны остановились на лампе Mueseler. Использование других видов ламп было запрещено. Однако это не предотвратило повторение ужасных взрывов, и выяснилось, что в некоторых условиях лампа Mueseler была даже более опасной, чем лампы, которые она заменила. Лампа Mueseler – по сути лампа Клэнни, но с дымоходом внутри.
В 1884 году британское правительство создало Королевскую комиссию, «чтобы расследовать происшествия в шахтах и найти средства предотвращения их повторения или хотя бы ограничения их катастрофических последствий». В ходе расследования они обнаружили, что «по крайней мере 60% от числа смертей происходит в результате взрывов рудничного газа». Было доказано, что в значительной степени эти бедствия случаются из-за неэффективной или дефектной конструкции безопасных ламп. Комитет постановил уделить особое внимание вопросу реальной безопасности ламп.
Члены комиссии взялись протестировать каждую разновидность находившихся в практическом использовании безопасных ламп, чтобы решить, какая из них наиболее полно следует необходимым требованиям. Они пригласили производителей, изобретателей и пользователей безопасных ламп в Великобритании, Бельгии, Франции и Германии, чтобы отправить их светильники на экспертизу. В результате протестировано было более 250 ламп. Эллис Левер, понимая важность поставленной задачи, предложил приз в 500 фунтов стерлингов за лучшую безопасную лампу. Экспертиза проводилась в Вулиджском Арсенале.
Еще до того как Комиссия начала проводить испытания, французский горный инженер M.J.B. Marsuat доказал путем сложных экспериментов, что принцип выбора безопасной лампы был в корне неверен. Он однозначно утверждал, что в воздушных потоках шахты нет равномерной скорости, и лампа, сконструированная безопасно для горения в сильном постоянном воздушном потоке, оказывается источником опасности при использовании в стоячей атмосфере взрывоопасных газов.
Члены Королевской Комиссии признали свою ошибку. В своем докладе они заявили: «Эксперименты, проведенные М.Марсуа, были настолько полными, что мы решили, нет необходимости предпринимать новое исследование. Однако мы повторили несколько его экспериментов и результаты в целом совпали с данными, полученными от него». Таким образом, Королевская комиссия и Вулиджский Арсенальный комитет не нашли ни одной находящейся в использовании лампы, которая соответствовала бы уточненным требованиям. Премия в 500 фунтов стерлингов присуждена не была.
Однако в конце концов Королевская комиссия приняла решение в пользу четырех ламп, «в которых качество безопасности в выдающейся степени сочетается с простотой конструкции наряду с силой света, не уступающей лампам, использовавшимся до сих пор. Эти четыре лампы – лампа Грея, лампа Эвана Томаса №7, лампа Марсуа и лампа Мюзелер Бонне. В наших экспериментах лампа Эвана Томаса №7 показала наилучшие результаты».
Они доложили, однако, что использование лампы Мюзелер сопряжено с определенным риском, так как в ее случае следует соблюдать большую осторожность, чтобы не допускать значительного отклонения лампы от вертикального положения… по поводу лампы Марсуа они заявили, что в этом случае нет вероятности взрыва в любых обстоятельствах нормального использования. Эти заявления были полностью подтверждены Комитетом Вулиджского Арсенала.
Анализ отчета Королевской комиссии показывает, что хотя и было протестировано около 250 ламп, все они, в большей или меньшей степени имели существенные точки сходства. Все лампы можно было разделить на 6 типов: 3 английские и 3 бельгийские. К английским относились «Дэви», «Стефенсон» и «Клэнни», к бельгийским – «Мюзелер», «Боти» и «Элоин». «Элоин», запатентованная в 1850 г., во многом была похожа на «Стефенсон», «Боти» – в общем виде напоминали лампы «Клэнни», а «Мюзелер» вела своё происхождение от «Клэнни». Таким образом, все лампы, широко используемые в то время в Европе, были производными от трех оригинальных английских ламп.
Эффективная безопасная лампа – не просто механическое устройство, дающее освещение в угольной шахте, это полноценный инструмент, сконструированный в соответствии с физическими законами и обеспечивающий безопасное пламя в присутствии взрывоопасных газов, путем регулировки поступления воздуха и безопасного выхода продуктов сгорания. Если атмосфера концентрированно заполнена газами, их присутствие будет отмечено в изменении длины и цвета язычков пламени и, в отсутствие исключительных обстоятельств, шахтер получает достаточное предупреждение для своевременного обеспечения безопасности.
Пропорция эта была очень точно определена путем полевых испытаний, и любое отклонение от установленных норм негативно влияет как на осветительную мощь лампы, так и на показатели безопасности.
Наиболее вопиющим отклонением от установленных норм оказался случай с шотландской версией «Дэви», эта лампа была сконструирована с прямым нарушением законов физики. Сэр Хэмфри Дэви заявил, что в результате экспериментов выяснил, что цилиндрическая сетка должна быть не более 2 дюймов в диаметре, в случае с бОльшим диаметром возгорание рудничного газа слишком сильно нагревает верхнюю часть лампы. Шотландская «Дэви», между тем, была сделана с диаметром от 2,9 до 3,3 дюймов. Дэви утвердил высоту цилиндра в 7 дюймов, в шотландской версии высота была 10 дюймов.
В 1914 году железные, паянные медью, лампы стоили от 90 копеек до 1 рубля, а медные — около 4 руб. Высшего качества сурепное масло для них стоило 8–9 рублей за пуд. Фитильная бумага — 16 рублей за пуд. За смену (10–11 часов) в таких лампах выгорало 0,5 фунта масла. Можно представить, какой свет от такой лампы. Сколько надо таких ламп развесить в штреке, чтобы создать хоть какое-то освещение. Тогда появилась профессия лампоноса. В его обязанности входило развешивать светильники по штреку, чтобы тому же откатчику мало-мальски было видно дорогу, по которой вывозили добытый уголь. Лампонос за смену не один десяток ламп переносил, по всему штреку развешивал, цепляя за огнивы, или непосредственно в забое лавы или печи. По ходу движения он их подправлял, чтобы не затухли, и за исправностью следил. Так что лампонос был в среде шахтёров вполне почётной фигурой!
Лампоносы шахты Бутовка. г. Сталино
С увеличением добычи угля шахты становились все глубже. В шахтах стал появляться метан. Первые вспышки рудничного газа в Донбассе датируются 1878 годом. В 1890 году адъютант-профессором Н.Д. Коцовским и академиком Н.С. Курнаковым, обследовавшими шахты Донбасс, было установлено наличие значительного выделения газа, неудовлетворительное проветривание шахт и предложено в качестве меры борьбы с метаном его выжигание.
«Выжигальщик» надевал кожух и факелом из пакли, навернутой на палку и смоченной в мазуте, поджигал метан, скапливающийся обычно в тупиковом забое. Единственной защитой при этом у «выжигальщика» от возможного взрыва был кожух.
Реклама шахтной предохранительной лампы в магазине К.А. Семадени, Юзовка
По существовавшим тогда Правилам безопасности надзор шахты должен был привлекаться к ответственности за допущение на работу шахтеров без предварительного выжигания газа в забоях. Такая борьба с газом проводилась обычно между сменами, когда в забоях не было шахтеров. Но выжигание метана особо не спасало. Требовались светильники, которые могли работать в метановой среде.
Поэтому дальнейшая эволюция шахтерских ламп шла по двум главным направлениям: изоляция открытого пламени и усовершенствование конструкции. Искали и более подходящие горючие материалы.
• davylamp.ru • minerslamp.ru •
