Горючий газ в угольных шахтах

Введение

Воспламеняющийся газ, обнаруженный в угольных шахтах

Гризу – это любой воспламеняющийся газ, встречающийся в угольных шахтах, как правило, метан угольных пластов. Он особенно часто встречается в районах с битуминозным углем. Газ накапливается в карманах в угле и прилегающих слоях пород, и его высвобождение при прорыве в эти карманы может вызывать взрывы. В прошлом, если такой карман был сильно нагнетаемым, его называли "мешком зловония".

Имя

Влажный газ — это общее название всех газов (кроме воздуха), встречающихся в угольных шахтах Великобритании и Северной Америки.

Вклад в гибель шахтеров

Огнеупор взрывоопасен при концентрациях от 4% до 16%, при этом большинство взрывов происходит при концентрации около 10%. Он стал причиной многих смертей в угольных шахтах до изобретения лампы Джорди и лампы Дэви. Даже после широкого распространения безопасных ламп, взрывы огнеупора могли быть вызваны искрами, возникающими при ударе металлическим инструментом по углю, загрязненному пиритом. Наличие угольной пыли в воздухе увеличивало риск взрыва огнеупора и могло приводить к взрывам даже при его отсутствии. В угольных шахтах Тайнсайда в Англии сочетались битуминозный уголь, загрязненный пиритом, и большое количество смертей в результате несчастных случаев, вызванных взрывами огнеупора, включая 102 погибших в Уолсенде в 1835 году. В 1733 году Джеймс Лоутер сообщил, что при проходке ствола новой шахты в Салтоме, недалеко от Уайтхейвена, произошел значительный выброс, когда был пробит слой черного камня и достигнута угольная жила. Зажженный свечой, он давал устойчивое пламя "около полуметра в диаметре и почти двух метров в высоту". Пламя было потушено, и после более широкого прохода через черный камень повторное воспламенение газа дало более крупное пламя – около метра в диаметре и трех метров в высоту, которое было потушено лишь с большим трудом. Выброс был отделен от ствола и выведен на поверхность, где более двух с половиной лет спустя он продолжал выходить с той же скоростью, заполняя большой баллон за несколько секунд. Члены общества избрали сэра Джеймса Фэллоу, но не смогли найти решения или опровергнуть утверждение (впоследствии оказавшееся неверным) Карлайла Спеддинга, автора статьи, о том, что "этот вид пара или влажного воздуха не воспламеняется иначе как пламенем; искры не действуют на него, и поэтому часто используют кремень и сталь в местах, подверженных воздействию этого вида влаги, что дает мерцающий свет, который очень помогает рабочим в сложных ситуациях". Значительным шагом вперед в борьбе с проблемой огнеупора стало предложение безопасных ламп, предназначенных для обеспечения освещения, но не способных воспламенить огнеупор, выдвинутое Джорджем Стивенсоном и Хамфри Дэви в ответ на такие катастрофы, как авария на шахте Феллинг возле Ньюкасла-на-Тайне, в которой 25 мая 1812 года погибли 92 человека. Дэви экспериментировал с медной сеткой, определяя максимальный размер ячеек и оптимальную толщину проволоки для предотвращения прохождения пламени через сетку. Если открытое пламя полностью закрыть такой сеткой, то метан мог проникать в лампу и безопасно гореть над пламенем. Лампа Стивенсона (лампа Джорди) работала по другому принципу: пламя было заключено в стекло; доступ воздуха к пламени осуществлялся через достаточно узкие трубки, чтобы пламя не могло вспыхнуть от входящего огнеупора, а выходящие газы содержали недостаточно кислорода для распространения пламени в окружающую атмосферу. Оба принципа были объединены в более поздних версиях безопасных ламп. Даже после широкого внедрения безопасных ламп взрывы продолжались, поскольку первые лампы были хрупкими и легко повреждались. Например, железная сетка лампы Дэви становилась небезопасной, если теряла всего одну проволоку. Кроме того, свет был очень слабым (по сравнению с открытым пламенем), и предпринимались постоянные попытки улучшить конструкцию. Высота конуса горящего метана в пламени безопасной лампы может использоваться для оценки концентрации газа в окружающей атмосфере. Лишь в 1890-х годах в шахтах стали доступны безопасные и надежные электрические лампы. Свисток для обнаружения огнеупора был разработан Фрицем Габером в 1913 году в качестве профилактического индикатора огнеупора, но его калибровка в действующей шахте оказалась непрактичной.

Firedamp is explosive at concentrations between 4% and 16%, with most explosions occurring at around 10%. It caused many deaths in coal mines before the invention of the Geordie lamp and Davy lamp. Even after the safety lamps were brought into common use, firedamp explosions could still be caused by sparks produced when coal contaminated with pyrites was struck with metal tools. The presence of coal dust in the air increased the risk of explosion with firedamp and could cause explosions even in the absence of firedamp. The Tyneside coal mines in England had the deadly combination of bituminous coal contaminated with pyrites and there was a great number of deaths in accidents caused by firedamp explosions, including 102 dead at Wallsend in 1835. and in 1733 James Lowther reported that as a shaft was being sunk for a new pit at Saltom near Whitehaven there had been a major release when a layer of black stone had been broken through into a coal seam. Ignited with a candle, it had given a steady flame "about half a Yard in Diameter, and near two Yards high". The flame being extinguished and a wider penetration through the black stone made, reigniting of the gas gave a bigger flame, a yard in diameter and about three yards high, which was extinguished only with difficulty. The blower was panelled off from the shaft and piped to the surface, where more than two and a half years later it continued as fast as ever, filling a large bladder in a few seconds. The society members elected Sir James Fellow but were unable to come up with any solution nor improve on the assertion (eventually found to be incorrect) of Carlisle Spedding, the author of the paper, that "this sort of Vapour, or damp Air, will not take Fire except by Flame; Sparks do not affect it, and for that Reason it is frequent to use Flint and Steel in Places affected with this sort of Damp, which will give a glimmering Light, that is a great Help to the Workmen in difficult Cases." A great step forward in countering the problem of firedamp came when safety lamps, intended to provide illumination whilst being incapable of igniting firedamp, were proposed by both George Stephenson and Humphry Davy in response to accidents such as the Felling mine disaster near Newcastle upon Tyne, which killed 92 people on 25 May 1812. Davy experimented with brass gauze, determining the maximum size of the gaps and the optimum wire thickness to prevent a flame passing through the gauze. If a naked flame was thus enclosed totally by such a gauze, then methane could pass into the lamp and burn safely above the flame. Stephenson's lamp (the "Geordie lamp") worked on a different principle: the flame was enclosed by glass; air access to the flame was through tubes sufficiently narrow that the flame could not burn back in incoming firedamp and the exiting gases were too low in oxygen to allow the enclosed flame to reach the surrounding atmosphere. Both principles were combined in later versions of safety lamps. Even after the widespread introduction of the safety lamp, explosions continued because the early lamps were fragile and easily damaged. For example the iron gauze on a Davy lamp needed to lose only one wire to become unsafe. The light was also very poor (compared with a naked flame) and there were continuous attempts to improve the basic design. The height of the cone of burning methane in a flame safety lamp can be used to estimate the concentration of the gas in the local atmosphere. It was not until the 1890s that safe and reliable electric lamps became available in collieries. The Firedamp whistle was developed by Fritz Haber in 1913, as a prophylactic indicator of firedamp, but calibration in a working colliery ultimately proved impractical.