Безопасная лампа — это любой из нескольких типов ламп , которые обеспечивают освещение в таких местах, как угольные шахты , где воздух может переносить угольную пыль или скопление горючих газов, которые могут взорваться при воспламенении, возможно, от электрической искры. До разработки эффективных электрических ламп в начале 1900-х годов шахтеры использовали пламенные лампы для освещения. Лампы с открытым пламенем могли воспламенять горючие газы, которые собирались в шахтах, вызывая взрывы; безопасные лампы были разработаны для того, чтобы изолировать пламя, чтобы оно не воспламеняло взрывоопасные газы. Пламябезопасные лампы были заменены для освещения в шахтах герметичными взрывозащищенными электрическими лампами, но продолжают использоваться для обнаружения газов.
Шахтеры традиционно называют различные газы, встречающиеся во время добычи полезных ископаемых , словом «демпф», от средненижненемецкого слова «демпф» (что означает « пар »). [1] Демпфы представляют собой различные смеси и являются историческими терминами.
До изобретения безопасных ламп шахтеры использовали свечи с открытым пламенем. Это приводило к частым взрывам . Например, на одной угольной шахте (Киллингворт) на северо-востоке Англии в 1806 году погибло 10 шахтеров, а в 1809 году — 12. В 1812 году 90 мужчин и мальчиков задохнулись или сгорели заживо в шахте Felling Pit около Гейтсхеда , а в следующем году — 22. [2]
Вуд 1853 описывает испытание шахты на наличие рудничного газа. Свеча подготавливается путем обрезки и удаления излишков жира. Ее держат на расстоянии вытянутой руки на уровне пола в одной руке, другой рукой закрывая все, кроме кончика пламени. Когда свеча поднимается, за кончиком наблюдают, и если он не меняется, атмосфера безопасна. Однако если кончик становится голубовато-серым, увеличиваясь в высоту до тонкой вытянутой точки, становящейся более синей, то присутствует рудничный газ. [3] При обнаружении рудничного газа свечу опускают и принимают меры для проветривания помещения или преднамеренного поджигания рудничного газа после окончания смены. [4] Чтобы поджечь газ, человек продвигался вперед с зажженной свечой на конце палки. Он держал голову опущенной, чтобы позволить взрыву пройти над ним, но как только взрыв происходил, вставал как можно прямее, чтобы избежать остаточного газа. Официально известный как пожарный, он также назывался кающимся или монахом из-за капюшона, который он носил в качестве защиты. Защитная одежда была сделана из хорошо смоченной шерсти или кожи. Это была работа с риском для жизни или получения травмы. [4]
Когда они вошли в повседневное использование, барометры использовались для определения низкого атмосферного давления , что могло привести к большему просачиванию рудничного газа из угольных пластов в штольни шахты. Это продолжало быть важной информацией даже после введения безопасных ламп; на Тримдон-Грейндж произошел несчастный случай, связанный с давлением.
Отсутствие хорошего освещения было основной причиной глазного недуга нистагма . Шахтеры, работающие в тонких пластах или при подрезке угля, должны были лежать на боку в стесненных условиях. Кирка была замахнута горизонтально до точки за макушкой. Чтобы видеть, куда они целились (а удары были точны), глазам нужно было напрягаться в том направлении, которое обычно было бы вверху и немного в одну сторону. [5] Это напряжение приводило сначала к временному нистагму, а затем к постоянной инвалидности. Легкий нистагм мог бы сам собой исчезнуть, если бы шахтер прекратил выполнять эту работу, но если его не лечить, он бы заставил человека отказаться от добычи полезных ископаемых. [6] Более низкие уровни света, излучаемые безопасными лампами, привели к увеличению частоты нистагма. [7]
В Европе и Британии использовались сушеные рыбьи шкурки, которые излучали слабую биолюминесценцию (часто называемую фосфоресценцией). [4] [8] [9]
Кремневые и сталелитейные мельницы, представленные Карлайлом Спеддингом (1696–1755) до 1733 года [10], были опробованы с ограниченным успехом. [11] Пример сталелитейной мельницы Спеддинга можно увидеть в музее в Уайтхейвене , где Спеддинг был управляющим угольными шахтами сэра Джеймса Лоутера, 4-го баронета . [12] Стальной диск вращался с высокой скоростью с помощью кривошипного механизма. Нажатие кремня на диск вызывало дождь искр и тусклое освещение. [12] Эти мельницы были сложны в использовании и часто управлялись мальчиком, чьей единственной задачей было обеспечить свет для группы шахтеров. Предполагалось, что искры не имели достаточной энергии, чтобы воспламенить рудничный газ, пока не произошла серия взрывов на угольной шахте Уолсенд в 1784 году; еще один взрыв в июне 1785 года, в котором выжил оператор мельницы, показал, что воспламенение возможно. [13]
Первая безопасная лампа, сделанная Уильямом Ридом Клэнни, использовала пару мехов для нагнетания воздуха через воду к свече, горящей в металлическом корпусе со стеклянным окном. Выхлопные газы выходили через воду. Лампа была внутренне безопасна, если ее держали вертикально, но давала лишь слабый свет. Она была тяжелой и неуклюжей и требовала человека, чтобы постоянно ее накачивать. Это не имело практического успеха, и Клэнни впоследствии изменил основу работы более поздних ламп на свет ламп Дэви и Стефенсона. [11]
Безопасные лампы должны решать следующие проблемы:
Для горения огня необходимы три элемента: топливо, окислитель и тепло; треугольник огня . Уберите один элемент этого треугольника, и горение прекратится. Безопасная лампа должна гарантировать, что треугольник огня поддерживается внутри лампы, но не может выйти наружу.
Поскольку любая пригодная для дыхания атмосфера содержит кислород, а смысл существования безопасной лампы заключается в том, чтобы работать в атмосфере, содержащей также топливо (рудничный газ или угольную пыль), то элемент, который необходимо блокировать, — это тепло. Ключ к производству успешной безопасной лампы — контролировать передачу тепла, при этом позволяя воздуху (необходимому окислителю) входить и выходить из лампы.
Существует три основных пути, по которым необходимо предотвратить выход тепла из лампы:
В лампе Джорди входное и выходное отверстия разделены. Ограничения на входном отверстии гарантируют, что через лампу проходит только достаточно воздуха для горения. Высокий дымоход содержит отработанные газы над пламенем. Если процент рудничного газа начинает расти, в воздухе становится меньше кислорода, и горение уменьшается или прекращается. Ранние лампы Джорди имели простой проколотый медный колпачок над дымоходом, чтобы еще больше ограничить поток и гарантировать, что жизненно важный отработанный газ не улетучится слишком быстро. Более поздние конструкции использовали металлическую сетку или сетку для той же цели, а также как барьер сам по себе. Входное отверстие проходит через несколько тонких трубок (раньше) или через галерею (позже). В случае системы галерей воздух проходит через несколько небольших отверстий в галерею и через проволочную сетку к лампе. Трубки ограничивают поток и обеспечивают охлаждение любого обратного потока. Фронт пламени движется медленнее в узких трубках (ключевое наблюдение Стефенсона) и позволяет трубкам эффективно останавливать такой поток.
В системе Дэви металлическая сетка окружает пламя и простирается на некоторое расстояние сверху, образуя клетку; пламя не проходит через достаточно мелкую сетку. Все, кроме самых ранних ламп Дэви, имеют двойной слой в верхней части клетки. Поднимающиеся горячие газы охлаждаются сеткой, металл отводит тепло и сам охлаждается поступающим воздухом. Нет никаких ограничений на поступление воздуха в лампу; если присутствует рудничный газ, он пройдет через сетку и сгорит внутри самой лампы, но без воспламенения газа снаружи. Поскольку лампа горит ярче в опасной атмосфере, это действует как предупреждение шахтерам о повышении уровня рудничного газа. Конфигурация Клэнни использует короткую стеклянную секцию вокруг пламени с цилиндром из сетки над ним. Воздух втягивается и опускается прямо внутри стекла, проходя вверх через пламя в центре лампы.
Внешние корпуса ламп изготавливаются из таких материалов, как латунь или луженая сталь, которые не создают искры при ударе о камень. [14]
В течение нескольких месяцев после демонстрации Клэнни своей первой лампы были анонсированы две улучшенные конструкции: одна от Джорджа Стефенсона , которая позже стала лампой Джорди , и лампа Дэви , изобретенная сэром Хамфри Дэви . Впоследствии Клэнни объединил аспекты обеих ламп и создал предка всех современных масляных безопасных ламп.
Джордж Стефенсон был выходцем из семьи шахтеров и к 1804 году получил должность тормозного кондуктора на угольной шахте Киллингворт. Он присутствовал при взрывах в шахте в 1806 и 1809 годах. К 1810 году он стал машинистом и отвечал за оборудование как над землей, так и под землей. [15] Шахта была газоносной, и Стефенсон возглавил работу по тушению пожара в 1814 году. В течение нескольких лет до 1815 года он экспериментировал с воздуходувками или трещинами, из которых вырывался газ. Он рассуждал, что лампа в дымоходе может создать достаточный восходящий поток, чтобы рудничный газ не проник в дымоход. Дальнейшие наблюдения за скоростью фронтов пламени в трещинах и проходах привели его к разработке лампы с тонкими трубками, пропускающими воздух.
Сэра Хэмфри Дэви попросили рассмотреть проблемы безопасной лампы после взрыва в Феллинге. Предыдущие экспериментаторы неправильно использовали угольный газ (в основном окись углерода), полагая, что это то же самое, что и рудничный газ. Однако Дэви проводил свои эксперименты с образцами рудничного газа, собранными в шахтах. Как химик-экспериментатор, он был знаком с неспособностью пламени проходить через сетку; его эксперименты позволили ему определить правильный размер и тонкость для шахтерской лампы.
Дэви был награжден медалью Рамфорда и 1000 фунтов стерлингов Королевским обществом в 1816 году, а также премией в 2000 фунтов стерлингов от владельцев угольных шахт страны, [16] которые также наградили Стивенсона 100 гиней (105 фунтов стерлингов). Комитет Ньюкасла также наградил Стивенсона премией в 1000 фунтов стерлингов, собранной по подписке. [17] Клэнни был награжден медалью Королевского общества искусств в 1816 году. [11]
Лампы Дэви и Стефенсона были хрупкими. Сетка в лампе Дэви ржавела во влажном воздухе угольной шахты и становилась небезопасной, в то время как стекло в лампе Стефенсона легко разбивалось и позволяло пламени воспламенять рудничный газ в шахте; более поздние конструкции Стефенсона также включали сетчатый экран в качестве защиты от разбития стекла. [18] Разработки, включая лампы Грея, Мюзелера и Марсо, пытались преодолеть эти проблемы, используя несколько сетчатых цилиндров, но стекло оставалось проблемой, пока не стало доступным закаленное стекло . [19]
Неправильное использование безопасных ламп сводило на нет их предназначение и создавало риск. Когда пламя в лампе гасло, у шахтера возникало искушение открыть и снова зажечь ее. Некоторые открывали лампы, чтобы зажечь табачные трубки под землей. [20] Оба эти метода были строго запрещены. Шахтер должен был вернуться в шахту, проделав круговой путь длиной до нескольких миль, чтобы снова зажечь погасшую лампу. Для мужчин, работающих по сдельной оплате за то, что они производили, повторное зажигание могло стоить им, возможно, 10% от их дневной зарплаты, что побуждало их идти на риск. Шахтеры также повреждали сетку, чтобы сделать лампу ярче. [21] Чтобы предотвратить опасное повторное зажигание (или открытие лампы, чтобы зажечь трубку), с середины века и особенно после закона 1872 года лампы должны были иметь запорный механизм, который не позволял шахтеру открыть лампу. Существовало две схемы: либо требовался специальный инструмент, который хранился у вершины шахты, либо открытие лампы гасило пламя. Последний механизм можно увидеть в лампах Мюзелера, Ландау и Йетса ниже. Такая лампа была известна как защитная лампа, термин был взят и использован в качестве названия компании. [22] Только по возвращении в банк человек, работающий с лампой, мог открыть лампу для заправки и обслуживания. Были разработаны различные запирающие механизмы; шахтеры, как правило, были изобретательны в поиске способов обойти их. Несколько дополнительных зажженных ламп должны были сопровождать каждую бригаду рабочих, но ограничение числа было очевидной экономией для владельцев шахт.
Свет, даваемый этими лампами, был слабым (особенно у Дэви, который затемнялся марлей); первые лампы давали меньше света, чем свечи. [23] Эта проблема не была решена до появления электрического освещения около 1900 года и появления аккумуляторных фонарей для касок в 1930 году. Слабый свет был еще одной причиной, по которой шахтеры пытались обойти замки.
Сетка в ранних лампах (Davy, Geordie и Clanny) подвергалась воздействию воздушных потоков. Было быстро обнаружено, что воздушный поток может заставить пламя, по сути, проходить через сетку: пламя, играющее непосредственно на сетке, нагревает ее быстрее, чем тепло может быть отведено, повышая ее температуру до достаточной для воспламенения газа снаружи лампы. [24]
Следующие данные взяты из статьи Ханта 1879 года «Безопасные лампы»:
После таких аварий, как Wallsend (1818), Trimdon Grange (1882) и Bedford Colliery Disaster (1886), лампы пришлось экранировать от таких токов. В случае с Davy был разработан «Tin-can Davy», который имел металлический цилиндр с перфорацией в нижней части и стеклянное окно для света от сетки. Лампы, полученные от Clanny, имели металлический «колпак» (обычно из луженого железа) в форме усеченного конуса, покрывающий сетку над стеклянным цилиндром. [25] Важным моментом было то, что никакой прямой поток воздуха не мог попасть на саму сетку. Щиты имели тот недостаток, что не позволяли шахтеру или его помощнику проверить, что сетка на месте и чистая. Поэтому лампы были сделаны так, чтобы их можно было осмотреть, а затем надеть колпак и запереть.
Дэви использовал тонкую проволочную сетку с ячейками 784 отверстий на квадратный дюйм (28 ячеек). Требуемая тонкость ячеек была тщательно изучена Комитетом по лампам шахтеров в 1924 году, через 109 лет после работы Дэви, и была сделана рекомендация использовать более грубую сетку 400 отверстий/кв. дюйм (20 ячеек) из проволоки 27 SWG . Испытанные лампы были такими же безопасными, а освещенность увеличилась, в зависимости от типа лампы, на 16% - 32%. [26]
В лампе Дэви стандартная масляная лампа окружена тонкой проволочной сеткой или марлей, а сверху закрыта двойным слоем марли.
Если в пламя втянуть рудничный газ, он будет гореть ярче, а если пропорции правильные, то он может даже взорваться. Пламя, достигнув сетки, не проходит сквозь нее, и поэтому атмосфера шахты не воспламеняется. Однако, если пламя будет играть на сетке в течение значительного периода времени, оно нагреется, иногда до красного каления. В этот момент оно эффективно, но находится в опасном состоянии. Любое дальнейшее повышение температуры до белого каления воспламенит внешнюю атмосферу. Внезапный сквозняк вызовет локализованную горячую точку, и пламя пройдет сквозь нее. При сквозняке от 4 до 6 футов в секунду лампа становится небезопасной. [46] В 1818 году в Уоллсенде лампы горели докрасна (что указывает на значительное содержание рудничного газа). Мальчик (Томас Эллиотт) был нанят, чтобы выносить горячие лампы на свежий воздух и приносить холодные лампы обратно. По какой-то причине он споткнулся; сетка была повреждена, и поврежденная лампа спровоцировала взрыв. [40] В Тримдон-Грейндж (1882) обрушение крыши вызвало внезапный порыв воздуха, и пламя прошло через марлю, что привело к фатальным последствиям (69 погибших). [45]
Были известны плохие копии и необдуманные «улучшения», но изменение размеров либо уменьшало освещенность, либо безопасность. [46] Плохое освещение по сравнению с Geordie или Clanny в конечном итоге привело к тому, что Davy стали считать «не лампой, а научным инструментом для обнаружения присутствия рудничного газа». [11] Некоторые шахты продолжали использовать свечи для освещения, полагаясь на то, что Davy предупредит людей, когда их следует потушить.
В более ранних лампах Geordie масляная лампа была окружена стеклом. Верхняя часть стекла имела перфорированную медную крышку с металлическим сетчатым экраном над ней. Стекло было окружено перфорированной металлической трубкой для его защиты. Поступление воздуха осуществлялось через ряд трубок у основания.
В более поздних версиях вместо перфорированной металлической трубки использовалась металлическая сетка, чтобы окружить и защитить стекло. Воздух поступал через кольцевую камеру вокруг основания лампы (вместо предыдущих трубок), в которую воздух поступал через небольшие ( 1 ⁄ 20 ") отверстия, а затем проходил через сетку в лампу. Если стекло, окружавшее лампу, разбивалось, Джорди становился Дэви.
Достаточно сильный поток воздуха мог проходить через трубки (позднее отверстия и галерею) и увеличивать пламя, в конечном итоге приводя к тому, что оно становилось раскаленным докрасна. [47] Лампа становилась небезопасной при токе от 8 до 12 футов в секунду, что примерно вдвое больше, чем у лампы Дэви. [47]
Развитием лампы Джорди стала лампа Пёрди. Камбуз с проволочной сеткой обеспечивал входное отверстие, над стеклом находилась дымоходная труба с перфорированным медным колпачком и наружной сеткой. Латунная трубка защищала верхние части, экранировала их и удерживала в зафиксированном положении. Подпружиненный штифт запирал все вместе. [48] Штифт можно было освободить, только применив вакуум к невыпадающему полому винту; это было не то, что мог сделать изголодавшийся по никотину шахтер в угольном забое [ требуется ссылка ] .
Клэнни отказался от своих насосов и свечей и разработал безопасную лампу, которая сочетала в себе черты как Дэви, так и Джорди. Масляная лампа была окружена стеклянной трубой без вентиляции снизу. Над трубой находится цилиндр из проволочной сетки с двойным верхом. Воздух поступает сбоку, а отработанные газы выходят сверху. В присутствии рудничного газа пламя усиливается. Пламя должно поддерживаться довольно высоким при нормальном использовании, небольшое пламя позволяет замкнутому пространству заполниться смесью рудничного газа и воздуха, и последующая детонация может пройти через сетку. [49] Большее пламя будет поддерживать верхнюю часть полной сгоревшего газа. Клэнни дает больше света, чем Дэви, и его легче переносить на сквозняке. Однако Лаптон отмечает, что она не превосходит ни в каком другом отношении , особенно как испытательный прибор. [49]
Стекло на Clanny было закреплено латунным кольцом большого диаметра, которое было трудно надежно затянуть. Если бы на конце трещины появился осколок или любая другая неровность, то уплотнение могло бы быть нарушено. Такой инцидент произошел в Nicholson Pit в 1856 году с лампой, которую использовал надсмотрщик для проверки на наличие рудничного газа. Инспектор шахт рекомендовал использовать только лампы Stephenson для освещения и Davys для проверки. В частности, «надсмотрщики ... чьи лампы в основном используются для обнаружения присутствия газа [ sic ], должны избегать таких [Clanny] ламп». [18]
Лампа представляет собой модифицированную модель Clanny, разработанную бельгийцем Матье-Луи Мюзелером. Пламя окружено стеклянной трубкой, увенчанной цилиндром с проволочной сеткой. Воздух поступает сбоку над стеклом и стекает вниз к пламени, прежде чем подняться и выйти в верхней части лампы. Пока что это просто Clanny, но есть внутренняя труба, отделяющая восходящие продукты сгорания от входящего воздуха. Труба поддерживается сетчатой полкой, через которую должен проходить входящий воздух, образуя второй барьер для распространения пламени назад. [50] Некоторые лампы Mueseler были оснащены механизмом, который блокировал основание лампы. Поворот фитиля в конечном итоге освобождал основание, но к тому времени пламя уже гасло и, следовательно, было безопасно. [51]
Лампа была запатентована в 1840 году, а в 1864 году бельгийское правительство сделало этот тип ламп обязательным. [51]
При наличии рудничного газа взрывоопасная смесь протягивается через две сетки (цилиндр и полку), сгорает, и затем в дымоходе остаются только сгоревшие газы, а не взрывоопасная смесь. Как Clanny и Davy до него, он действует как индикатор рудничного газа, горя ярче в его присутствии. Более поздние модели имели градуированные щитки, с помощью которых заместитель мог определять концентрацию рудничного газа по усилению пламени. В то время как Clanny будет продолжать гореть, если его положить на бок, потенциально треснув стекло; Mueseler погаснет сам из-за остановки конвекционных потоков. Лампа безопасна при токах до 15 футов в секунду. [50]
Лампа Marsaut — это Clanny с несколькими сетками. Две или три сетки вставлены друг в друга, что повышает безопасность на сквозняке. Однако несколько сеток мешают потоку воздуха. Marsaut была одной из первых ламп, оснащенных экраном, на иллюстрации (справа) можно увидеть колпак, окружающий сетки. [52] Экранированная лампа Marsaut может выдерживать ток силой 30 футов в секунду. [25]
Bainbridge — это усовершенствованная модель Stephenson. Пламя окружает конический стеклянный цилиндр, а над ним находится латунная трубка. Верх трубки закрыт горизонтальной сеткой, прикрепленной к корпусу лампы небольшими прутьями для отвода тепла. Воздух поступает через ряд небольших отверстий, просверленных в нижнем латунном кольце, поддерживающем стекло. [24]
Лампа частично является развитием Джорди. Воздух поступает в кольцо около основания, которое защищено проволочной сеткой или перфорированной пластиной. Воздух проходит вниз по боковой стороне лампы, проходя через ряд отверстий, покрытых сеткой, и поступает в основание через еще один ряд отверстий, покрытых сеткой. Любая попытка отвинтить основание заставляет рычаг (показанный на рисунке как f ) погасить пламя. Покрытые сеткой отверстия и проходы ограничивают поток до необходимого для сгорания, поэтому если какая-либо часть кислорода заменяется рудничным газом, то пламя гаснет из-за недостатка окислителя. [24]
Верхняя часть лампы использует дымоход, как в лампах Мюзелера и Моргана. Поднимающиеся газы проходят вверх по дымоходу и через сетку. В верхней части дымохода тарельчатый отражатель отводит газы вбок через ряд отверстий в дымоходе. Затем газы начинают подниматься вверх по промежуточному дымоходу, прежде чем выйти через другую сетку. Газ, наконец, проходит вниз между самым внешним дымоходом и промежуточным дымоходом, выходя немного выше стекла. Таким образом, внешний дымоход фактически является экраном. [24]
Лампа Йетса является развитием лампы Клэнни. Воздух поступает через нижнюю часть марлевой крышки и выходит через верхнюю часть; дымоход отсутствует. Однако нижняя стеклянная часть лампы претерпела некоторые изменения. Она заменена посеребренным отражателем с сильной линзой или мишенью для выхода света. Результатом стало заявленное 20-кратное улучшение освещения по сравнению с лампой Дэви. Йетс утверждал, что «искушение выставить пламя напоказ, чтобы получить больше света, устранено». [24]
В основании также имелся блокировочный механизм, который обеспечивал опускание фитиля и выключение лампы при любой попытке ее открыть.
Лампа была «гораздо дороже, чем те виды ламп, которые сейчас широко используются, но г-н Йейтс утверждает, что экономия масла, достигаемая при ее использовании, за год окупит дополнительные расходы» [24] .
Лампа, разработанная и изготовленная Эваном Томасом из Абердэра [53], похожа на экранированную Клэнни, но снаружи сетки над стеклом находится латунный цилиндр. Она хорошо противостоит сквознякам, но освещение плохое. [54]
Morgan — это нечто среднее между Mueseler и Marsaut. Это экранированная лампа с серией дисков наверху, чтобы выпускать отработанные пары, и серией отверстий ниже экрана, чтобы впускать воздух. Есть внутренний и внешний экран, так что воздух не может дуть прямо на проволочную сетку, а должен сначала найти свой путь через тонкую камеру. Есть несколько сеток, как у Mersaut, и есть внутренняя труба, как у Mueseler. Нет «полки», поддерживающей трубу, вместо этого она висит на перевернутом конусе из сетки. [55]
Morgan будет сопротивляться воздуху со скоростью до 53 футов в секунду и «достаточно безопасен для любых практических целей» . [55]
У Clifford также есть двойной экран, но с простым плоским верхом. Дымоход довольно узкий с проволочной сеткой, покрывающей верх. Внизу дымохода есть стеклянный колокол, покрывающий пламя. Дымоход поддерживается на сетчатой полке. Воздух поступает через нижнюю часть внешнего экрана, через проход и в лампу через внутренний экран. Он втягивается вниз через сетку, затем проходит через пламя и поднимается по дымоходу. Наверху он выходит через сетку и верхнюю часть двойного экрана. Внутренний дымоход сделан из меди, покрытой плавким металлом: если лампа становится слишком горячей, металл плавится и закрывает воздушные отверстия, гася лампу. [56]
Лампа была испытана и, по словам Лаптона , «успешно выдержала все попытки взорвать ее до скорости более 100 футов в секунду» . [56]
Только после того, как вольфрамовые нити заменили углеродные, портативный электрический свет стал реальностью. [ необходима цитата ] Одним из первых пионеров был Джозеф Суон, который выставил свою первую лампу в Ньюкасл-апон-Тайн в 1881 году [44] и усовершенствовал ее в последующие годы. Королевская комиссия по несчастным случаям на шахтах, созданная в 1881 году, провела обширные испытания всех типов ламп, и в окончательном отчете в 1886 году было отмечено, что был достигнут значительный прогресс в производстве электрических ламп, дающих свет, превосходящий свет масляных ламп, и ожидалось, что экономичные и эффективные лампы вскоре станут доступны. [57] Это оказалось не так, и прогресс в достижении надежности и экономичности был медленным. Лампа Сассмана [58] была представлена в Великобритании в 1893 году и после испытаний на угольной шахте Муртон в Дареме стала широко используемой электрической лампой, в 1900 году компания сообщила о 3000 используемых лампах [59]. Однако к 1910 году использовалось всего 2055 электрических ламп всех типов — около 0,25% всех безопасных ламп. [60] В 1911 году анонимный владелец угольной шахты через британское правительство предложил премию в размере 1000 фунтов стерлингов (что эквивалентно 129 000 фунтов стерлингов в 2023 году [37] ) за лучшую лампу, соответствующую указанным требованиям. Было подано 195 заявок. Ее выиграл немецкий инженер с лампой CEAG [61] , которая была ручной и обеспечивала в два раза больше освещения, чем масляные лампы, со сроком службы батареи 16 часов. [62] Награды были вручены еще 8 лампам, которые соответствовали критериям судей. [63] Очевидно, это стимулировало развитие, и в течение следующих нескольких лет наблюдался заметный рост использования электрических ламп, особенно CEAG, Gray-Sussmann и Oldham, так что к 1922 году в Британии их использовалось 294 593. [64]
В 1913 году Томас Эдисон получил медаль Ратемана за изобретение легкой аккумуляторной батареи, которую можно было носить на спине и которая питала параболический рефлектор, устанавливаемый на каску шахтера. [65] После обширных испытаний к 1916 году в США использовалось 70 000 надежных конструкций. [66]
Первые электрические лампы в Британии были ручными, поскольку шахтеры к этому привыкли, а фонари на касках стали распространены гораздо позже, чем в таких странах, как США, где фонари на касках (колпачках) были нормой. [67]
В настоящее время защитные лампы в основном электрические и традиционно устанавливаются на касках шахтеров (например, лампа Уита или налобный фонарь Олдхэма [68] ), герметично закрывая корпус, чтобы предотвратить проникновение газа в корпус, где он может воспламениться от электрической искры.
Хотя электрическое освещение вытеснило использование огнезащитной лампы в качестве источника света, ее продолжают использовать в шахтах для обнаружения метана и черного газа , хотя во многих современных шахтах для этой цели теперь используются сложные электронные газоанализаторы .
Новый источник света, светодиод (LED), имеет преимущества для безопасных ламп, в основном более высокую эффективность, обеспечивающую гораздо более длительное время освещения от той же батареи. Батареи также улучшились и обеспечивают больше энергии на единицу веса; светодиоды в сочетании с батареями, такими как перезаряжаемые литиевые блоки, обеспечивают гораздо лучшую производительность в приложениях с безопасными лампами. [69]
Управление по безопасности и гигиене труда в шахтах (OMSHR), часть Национального института по безопасности и гигиене труда (NIOSH) (который сам является частью Центров по контролю и профилактике заболеваний) в Соединенных Штатах, изучает преимущества светодиодных фар. Проблема в горнодобывающей промышленности заключается в том, что средний возраст шахтеров увеличивается (43,3 года в США в 2013 году), а зрение ухудшается с возрастом. [70] Светодиодная технология физически прочнее по сравнению с лампой накаливания и имеет более длительный срок службы: 50 000 часов по сравнению с 1000–3000. Увеличенный срок службы снижает необходимость в обслуживании освещения и количество отказов; по данным OMSHR, в шахтах США в среднем происходит 28 несчастных случаев в год, связанных с освещением. NIOSH спонсировал разработку систем колпачковых ламп, которые, по их словам, улучшают «способность пожилых людей обнаруживать движущиеся опасности на 15% и опасности споткнуться на 23,7%, а дискомфорт от ослепляющего света был снижен на 45%». [70] Обычные лампы создают узкий луч; светодиодные лампы NIOSH разработаны для создания более широкого, более рассеянного луча, который, как утверждается, улучшает восприятие объектов на 79,5%. [70]
{{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )