Кіріспе

Көмір шахталарында жарық беруге арналған бірнеше шам түрлерінің кез келгені – қауіпсіздік шамдары. Бұл шамдар ауада көмір шаңы немесе жанғыш газдар жинақталуы мүмкін жерлерде, мысалы, көмір шахталарында қолданылады. Егер тұтанса, мұндай газдар электр ұшқынынан жарылуы мүмкін. 1900 жылдардың басында тиімді электр шамдары ойлап табылғанға дейін шахтерлер жалынды шамдарды пайдаланған. Ашық жалынды шамдар шахталарда жиналған жанғыш газдарды тұтандырып, жарылысқа себеп болуы мүмкін болғандықтан, жарылғыш газдардың тұтануын болдырмау үшін жалынды қоршайтын қауіпсіздік шамдары жасалды. Бүгінде жалынды қауіпсіздік шамдарының орнына тау-кен өндірісінде жарылысқа төзімді электр шамдары қолданылады, бірақ олар газдарды анықтау үшін әлі де пайдаланылады.

Тың немесе газдар

Тау-кеншілер дәстүрлі түрде тау-кен өндірісі кезінде кездесетін әртүрлі газдарды дымпф деп атап келген, бұл орта төменгі неміс сөзі dampf ("бу" деген мағынаны білдіреді). Дымпфтер – өзгермелі қоспалар және тарихи терминдер. Жану газы Табиғи түрде кездесетін, негізінен метаннан тұратын жанар қоспалар. Қара газ немесе тұншықтырғыш газ Оттегісіз азот пен көмірқышқыл газы. Жану газының толық жануынан немесе табиғи түрде пайда болады. Көмір ауамен жанасса, баяу тотығады және пайдаланылмаған шахталар желдетілмесе, қара газдың қалталары пайда болуы мүмкін. Кейбір 19 ғасырғы құжаттарда азотты ауа деп те аталған. Ақ газ Көмірдің немесе жану газының толық емес жануынан пайда болады. Қоспада уытты және жарылғыш болуы мүмкін көміртек оксидінің көп мөлшері болуы мүмкін. Иісті газ Табиғи сутек сульфиді және басқа газдар. Сутек сульфиді өте улы, бірақ иісімен оңай анықталады. Басқа газдар жану газы немесе қара газ болуы мүмкін. Жарылыстан кейінгі газ Жану газының немесе көмір шаңының жарылысынан шығатын газ. Құрамында қара және ақ газдың әртүрлі пропорциялары бар, сондықтан ол тұншықтырады, уыттайды немесе жарылысқа әкелуі мүмкін, немесе олардың кез келген комбинациясы. Жарылыстан кейінгі газдың құрамында иісті газ да болуы мүмкін. Жарылыстан кейінгі газ, кейде жарылыстың өзінен де қауіпті болуы мүмкін.

Ашық жалынды жарықтандыру

Қауіпсіздік шамдары ойлап табылғанға дейін шахтерлер ашық жалыны бар шамдарды қолданған. Бұл жиі жарылыстарға себеп болды. Мысалы, Англияның солтүстік-шығысындағы Киллингворт кенішінде 1806 жылы 10, ал 1809 жылы 12 шахтер қаза тапты. 1812 жылы Гейтсхедке жақын орналасқан Феллинг-Питте 90 ер адам мен бала тұншығып немесе өртеліп қайтыс болды, ал келесі жылы 22 адам мерт болды. Бұл, шахтада газдың болуын тексеруді сипаттайды. Шамды кесіп, артық майын алып тастау арқылы дайындалады. Ол бір қолымен еден деңгейінде, қолдың ұзындығындай ұсталады, екінші қолы жалын ұшынан басқасын жабады. Шамды көтергенде, жалын ұшы байқалады. Егер жалын өзгермесе, атмосфера қауіпсіз деп есептеледі. Егер жалын ұшы көкшіл-сұр түске айналып, биіктігі жұқа, созылған нүктеге дейін тереңдеп көгілдір түске енсе, онда газ бар екендігін білдіреді. Газды анықтағанда шам төмен түсіріліп, ауа райын желдету немесе смена соңында газды қасақана жаққызу шаралары қолданылады. Газды жаққызу үшін бір адам шамды таяқтың ұшына бекітіп, алға жылжиды. Жарылыс өзінен өтуі үшін басын төмен ұстап, бірақ жарылыс болған соң мүмкіндігінше тік тұрады. Ресми түрде «өрт сөндіруші» деп аталған ол, киген бас киіміне байланысты «өкініш білдіруші» немесе «монах» деп те аталды. Қорғау киімдері жақсы ылғалданған жүннен немесе былғарыдан жасалған. Бұл жарақат алуға немесе өмірге қауіп төндіретін жұмыс еді. Бұл күш-қуатты жұмыс алдымен уақытша нистагмға, содан кейін тұрақты мүгедектікке әкелді. Шахтер бұл жұмысты тоқтатса, жеңіл нистагм өзін-өзі қалпына келтіре алады, бірақ емдемесе, шахтер кен өндіруден бас тартуға мәжбүр болады. Қауіпсіздік шамдарының аз жарығы нистагмның көбеюіне себеп болды.

Қауіпсіз шамдардың алғашқы сынақтары

Еуропа мен Ұлыбританияда әлсіз биолюминесценция (көбінесе фосфоресценция деп аталады) шығаратын құрғатылған балық терілері қолданылды. Шахталардағы жарық берудің тағы бір қауіпсіз көзі – шамырандар салынған бөтелкелер болды. Карлайл Спединг (1696–1755) 1733 жылға дейін енгізген кремний және болат ұңғымалары шектеулі сәттілікке жетті. Болат дискіні айырбас механизмі арқылы жоғары жылдамдықпен айналдырылатын. Дискіге тас басылғанда, ұшқындар шашырап, әлсіз жарық пайда болатын.

Дамудың уақыт реті

уақыт жолағы бойынша, Шақтаушылар Лампасы комитеті сынақтар жүргізіп, есеп берді және ұсынымдар жасады. 1818 жылы Уолсендте шамдар қызыл ыстық күйде жанып тұрды (бұл күшті метан газының болуын көрсетті). Бір бала (Томас Эллиотт) ыстық шамдарды таза ауаға алып жүріп, салқын шамдарды қайта әкелді. Бір себеппен ол тұмсығып қалды, торшасы зақымданып, зақымдалған шам жарылысқа себеп болды. Тримдон Гранджта (1882) төбе құлауынан ауаның күрт ағыны болды және жалын торша арқылы өтіп кетіп, қасіретті салдарға әкелді (69 адам қаза тапты). Лампа секундына 8-12 фут ағыс жылдамдығында қауіпті болады, бұл Дэви лампасынан шамамен екі есе жоғары. Иінді босату үшін, құыс бұрандаға вакуум қолдану қажет болды – бұл никотинге құштар шахтердің көмір қабатында істей алатын нәрсе емес.

Жақсартылған Кланни шам

Кланни сорғыларын және шамдарын тастап, Дэви мен Джорди шамдарының ерекшеліктерін біріктіретін қауіпсіздік шамдарын жасады. Мұнай шамдары төменнен желдеткішсіз шыны түтігімен қоршалған. Түтіктің үстінде екі қабатты сым торшасы бар цилиндр орналасқан. Ауа жағынан кіріп, пайдаланылған газдар жоғарыдан шығады. Метеоран (көмір газ) болғанда жалын күшейеді. Қалыпты пайдалану кезінде жалынды жеткілікті биіктеп тұру керек, кішкентай жалын жабық кеңістікті метеоран мен ауа қоспасымен толтыруға мүмкіндік береді, ал кейінгі жарылыс тор арқылы өтуі мүмкін. Үлкен жалын жоғарғы бөлігін күйген газдармен толтырады. Кланни шамдары Дэви шамдарынан жарық береді және оны жел соққан жерде тасымалдау оңай. Алайда, Люптон оның басқа ешқандай артықшылығы жоқ екенін, әсіресе сынақ құралы ретінде емес екенін атап өтті. Кейбір Мюзелер шамдары шамның негізін құлыптау механизмімен жабдықталған. Шамның фитилін төмендеткенде негіз босатылады, бірақ сол кезде жалын сөніп, қауіпсіздік қамтамасыз етіледі. Шам 1840 жылы патенттелген, ал 1864 жылы Бельгия үкіметі осы шам түрін міндетті етті. Қоршалған Марсаут шамдары секундына 30 фут ағысқа төтеп береді. Ол қоршалған Кланни шамдарына ұқсас, бірақ шынының үстіндегі тордың сыртында мыс цилиндр бар. Ол желге жақсы төзімді, бірақ жарық аз.

Морган

Морган – Мюзелер мен Марсоуттың араласуынан туған шам. Бұл қалқанды шам, жоғарғы бөлігінде пайдаланылған газдардың шығуына арналған бірнеше дискілер орналасқан, ал қалқанның төменгі жағында ауа кіруі үшін тесіктер бар. Сымға тікелей ауа тимейін деп, ішкі және сыртқы қалқандар қарастырылған, бірақ ауа ең алдымен тар камерадан өтуі керек. Мерсо сияқты бірнеше торлар және Мюзелер сияқты ішкі түтікше бар. Түтікшені тіреп тұру үшін "алқап" жоқ, ол кері конус тәрізді газбен жасалған тордан ілінген. Морган секундына 53 футқа дейін соққан ауаға төтеп береді және "практикалық тұрғыдан қауіпсіз". Луптонның айтуынша, "секундына 100 футтан жоғары жылдамдықпен жарылысқа қарсы тұрды". Бірақ бұл сөз соңынан дұрыс емес болып шықты, сенімділік пен экономикаға жету жолында қиындықтар туды. Суссман лампасы 1893 жылы Ұлыбританияға әкелінді және Дархемдегі Муртон кенішінде сынақтан өткеннен кейін кеңінен қолданылатын электр лампасына айналды, 1900 жылы компания 3000-ға жуық шам қолданыста екенін хабарлады. Дегенмен, 1910 жылы барлық типтегі электр шамдарының саны 2055-ке жетеді. 1911 жылы британ үкіметі арқылы аты-жөні белгісіз кен иесі, ең жақсы шам үшін 1000 фунт стерлинг (1911 жылғы 1000 фунт стерлинг қазіргі шақта <есептелген сомаға> тең) сыйлық тағайындады. Барлығы 195 өтінім келіп түсті. Жеңімпаз – неміс инженері, қолда ұсталатын CEAG лампасымен, ол май шамдарынан екі есе жарық береді және 16 сағатқа дейін батареясы толық зарядталған күйде жұмыс істейді. Тағы 8 шам жүлдегерлердің талаптарына сай келді. Бұл жаңалықты дамытуға ынталандырды, келесі бірнеше жылда электр шамдарын, әсіресе CEAG, Gray Sussmann және Oldham шамдарын пайдалану өсті, сондықтан 1922 жылы Ұлыбританияда 294,593 шам қолданылды. 1913 жылы Томас Эдисон кеншінің каскасына орнатылатын параболалық рефлектормен жұмыс істейтін, арқаға тасымалданатын жеңіл батареяны ойлап тапқаны үшін Ратеман медалін алды. Көптеген сынақтардан өткеннен кейін, 1916 жылға қарай АҚШ-та 70 000 берік конструкция қолданыста болды. Ұлыбританиядағы алғашқы электр шамдары қолда ұсталатын болды, себебі кеншілер оған үйренген, ал каска шамдары АҚШ сияқты елдерде каска (қалпақ) шамдарының қалыпты жағдай болғаннан кейін ғана кеңінен таралды. Қазіргі уақытта қауіпсіздік шамдары көбінесе электрлі болып келеді және дәстүрлі түрде кеншілердің каскаларына орнатылады (мысалы, Уит лампасы немесе Олдхэм каскасы), газдың шам корпусына еніп, электр ұшқынынан тұтанбауы үшін герметикалық жабылады. Жарық көзі ретінде қолданылуы электр жарығымен алмастырылғанымен, отты қауіпсіздік шамдары кендерде метанды және қара тұнбаны анықтау үшін қолданыла береді, бірақ көптеген заманауи кендер бұл мақсатта күрделі электрондық газ детекторларын пайдаланады. Жаңа жарық көзі – жарықдиод (LED) қауіпсіздік шамдары үшін артықшылықтар береді, негізінен жоғары тиімділік, бір батареядан жарықтандыру уақытын ұзартады. Батареялар да жақсарды және салмақ бірлігіне көбірек энергия береді; LED-тер, мысалы, қайта зарядталатын литий блоктарымен бірге қауіпсіздік шамдарын қолдануда жақсы нәтижелер береді. Америка Құрама Штаттарының Еңбек қауіпсіздігі және денсаулық сақтау жөніндегі басқармасы (OMSHR), Ұлттық еңбек қауіпсіздігі және денсаулық сақтау институтының (NIOSH) (өзі Ауруларды бақылау және алдын алу орталықтарының бөлігі) бөлігі, LED каска шамдарының артықшылықтарын зерттеп жатыр. Кен өндірісіндегі мәселе – кеншілердің орташа жасы өсуде (2013 жылы АҚШ-та 43,3 жас), ал көру қабілеті жасқа байланысты нашарлайды. LED технологиясы сүректі шамға қарағанда физикалық тұрғыдан берік және ұзақ қызмет етеді: 1000-3000 сағатқа қарағанда 50 000 сағат. Ұзақ қызмет ету мерзімі шамдарды күтіп-ұстауды және бұзылуларды азайтады; OMSHR мәліметтері бойынша АҚШ-тағы кендерде жарықпен байланысты жылына орташа есеппен 28 апат орын алады. NIOSH "егде жастағы адамдардың қозғалыс қаупін 15% -ға, ал сүріну қаупін 23,7% -ға анықтау қабілетін жақсартады" деген шамдар жүйесін жасауға көмектесті. Дәстүрлі шамдар тар сәуле шығарады; NIOSH LED шамдары кеңірек, шашыраңқы сәуле шығаруға арналған, бұл нысандарды қабылдауды 79,5% жақсартады.