Рудничный газ — это любой горючий газ, встречающийся в угольных шахтах , обычно метан угольных пластов . [1] Он особенно распространен в районах, где уголь битуминозный . Газ скапливается в карманах в угле и прилегающих слоях, и когда они проникают, выброс может вызвать взрывы. Исторически, если такой карман находился под высоким давлением, его называли «мешком грязи». [2]
Сырость — это собирательное название всех газов (кроме воздуха), обнаруженных в угольных шахтах Великобритании и Северной Америки. [1]
Помимо рудничного газа, к другим видам отложений относятся черный газ (негорючая смесь углекислого газа , водяного пара и других газов); белый газ (угарный газ и другие газы, образующиеся при сгорании); ядовитый, взрывоопасный вонючий газ ( сероводород ) с характерным запахом тухлых яиц; и смертельно опасный остаточный газ ( угарный газ и другие газы), который образуется в результате взрывов рудничного газа или угольной пыли.
Часто употребляемый через дефис как fire-damp, этот термин для обозначения горючего типа подземного рудничного газа в первой части происходит через древнеанглийское fyr и от протогерманского fūr для «огня» (происхождение того же слова в голландском и немецком языках, с похожими исходными написаниями в древнесаксонском, фризском и норвежском, а также в средненидерландском и древневерхненемецком языках). Во второй части значение слова «damp» (чаще всего понимаемое как подразумевающее влажность) представляет собой свидетельство того, что оно было отделено от этого более нового, нерелевантного значения по крайней мере к первому десятилетию XVIII века, где первоначальное релевантное значение слова «vapor» также происходит от протогерманского происхождения, dumpaz , которое дало начало его непосредственному английскому предшественнику, средненижненемецкому damp (без каких-либо записей о древнеанглийском посреднике). Как и в случае с происхождением первого слова, протогерманское слово dumpaz дало начало многим другим родственным словам, включая древневерхненемецкое dumph , древнескандинавское dumpi и современное немецкое Dampf , последнее из которых до сих пор переводится как «пар». [3]
Рудничный газ взрывоопасен при концентрации 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 . [4] Даже после того, как безопасные лампы стали широко использоваться, взрывы рудничного газа все еще могли быть вызваны искрами, возникающими при ударе по углю, загрязненному пиритом, металлическими инструментами. Присутствие угольной пыли в воздухе увеличивало риск взрыва рудничного газа и могло вызвать взрывы даже при отсутствии рудничного газа. Угольные шахты Тайнсайда в Англии имели смертельную комбинацию битуминозного угля, загрязненного пиритом, и было большое количество смертей в результате несчастных случаев, вызванных взрывами рудничного газа, включая 102 погибших в Уолсенде в 1835 году. [4]
Проблема рудничного газа в шахтах была доведена до сведения Королевского общества в 1677 году [5] , а в 1733 году Джеймс Лоутер сообщил, что при прокладке шахты для нового карьера в Салтоме около Уайтхейвена произошел крупный выброс, когда слой черного камня был пробит в угольный пласт. Подожженный свечой, он дал устойчивое пламя «примерно пол-ярда в диаметре и около двух ярдов в высоту». Когда пламя погасло и произошло более широкое проникновение через черный камень, повторное зажигание газа дало большее пламя, ярд в диаметре и около трех ярдов в высоту, которое было потушено с трудом. Воздуходувка была отгорожена от шахты и выведена на поверхность, где более двух с половиной лет спустя она продолжала работать так же быстро, как и прежде, заполнив большой пузырь за несколько секунд. [6] Члены общества избрали сэра Джеймса Феллоу, но не смогли придумать никакого решения или улучшить утверждение (в конечном итоге оказавшееся неверным) Карлайла Спеддинга, автора статьи, что «этот вид пара или влажного воздуха не воспламеняется, кроме как от пламени; искры не влияют на него, и по этой причине часто используют кремень и сталь в местах, затронутых этим видом сырости, которые дают мерцающий свет, что является большой помощью для рабочих в трудных случаях».
Большой шаг вперед в борьбе с проблемой рудничного газа был сделан, когда безопасные лампы , предназначенные для освещения, будучи неспособными воспламенять рудничный газ, были предложены Джорджем Стефенсоном и Хамфри Дэви в ответ на такие несчастные случаи, как катастрофа на шахте Феллинг около Ньюкасл-апон-Тайн , в результате которой погибло 92 человека 25 мая 1812 года. Дэви экспериментировал с латунной сеткой , определяя максимальный размер зазоров и оптимальную толщину проволоки, чтобы предотвратить прохождение пламени через сетку. [7] Если таким образом полностью закрыть открытое пламя такой сеткой, то метан мог проникать в лампу и безопасно гореть над пламенем. Лампа Стефенсона («лампа Джорди») работала по другому принципу: пламя было закрыто стеклом; доступ воздуха к пламени осуществлялся через трубки, достаточно узкие, чтобы пламя не могло сгореть во входящем рудничном газе, а выходящие газы были слишком бедны кислородом, чтобы позволить закрытому пламени достичь окружающей атмосферы. Оба принципа были объединены в более поздних версиях безопасных ламп.
Даже после повсеместного внедрения безопасной лампы взрывы продолжались, поскольку первые лампы были хрупкими и легко повреждались. Например, железной сетке на лампе Дэви достаточно было потерять всего один провод, чтобы стать небезопасной. Свет также был очень слабым (по сравнению с открытым пламенем), и предпринимались постоянные попытки улучшить базовую конструкцию. Высота конуса горящего метана в безопасной лампе пламени может быть использована для оценки концентрации газа в местной атмосфере. Только в 1890-х годах безопасные и надежные электрические лампы стали доступны в угольных шахтах.
Свисток для рудничного газа был разработан Фрицем Габером в 1913 году как профилактический индикатор рудничного газа, но калибровка в рабочей шахте в конечном итоге оказалась непрактичной. [8]