Рудничный газ – это любой легковоспламеняющийся газ, обнаруженный в угольных шахтах , обычно это метан угольных пластов . [1] Он особенно встречается в районах, где уголь битуминозный . Газ скапливается в карманах угля и прилегающих пластов, и при проникновении в них выброс может вызвать взрывы. Исторически сложилось так, что если такой карман находился под сильным давлением, его называли «мешком с нечистотами». [2]
Влажность — собирательное название всех газов (кроме воздуха), встречающихся в угольных шахтах Великобритании и Северной Америки. [1]
Помимо рудничного газа, к другим влажным газам относятся черный рудничный газ (непригодная для дыхания смесь углекислого газа , водяного пара и других газов); whitedamp (окись углерода и другие газы, образующиеся при горении); ядовитая, взрывоопасная вонючая сырость ( сероводород ) с характерным запахом тухлых яиц; и коварно смертоносные остаточные газы ( окись углерода и другие газы), которые образуются в результате взрывов рудничного газа или угольной пыли.
Этот термин, часто обозначающий горючий тип подземного шахтного газа, который часто пишут через дефис как «огневой рудник», в первую очередь происходит от древнеанглийского fyr и от протогерманского слова fūr , означающего «огонь» (происхождение одного и того же слова в голландском и немецком языках, с похожим оригинальным написанием на старосаксонском, фризском и скандинавском языках, а также на среднеголландском и древневерхненемецком языках). Во второй части значение слова «влажный» (чаще всего понимаемое как подразумевающее влажность) представляет собой свидетельство того, что оно отделилось от этого нового, несущественного значения, по крайней мере, к первому десятилетию XVIII века, когда исходное значение слова «пар» «также происходит от протогерманского происхождения, дампаза , который дал начало его непосредственному английскому предшественнику, средненижненемецкому сырому (без каких-либо упоминаний о древнеанглийском посреднике). Как и в случае с первым, протогерманское дампаз породило множество других родственных слов, в том числе 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%. Это стало причиной многих смертей на угольных шахтах до изобретения лампы Джорди и лампы Дэви . [4] Даже после того, как лампы безопасности стали широко использоваться, взрывы рудничного газа все еще могли быть вызваны искрами, возникающими при ударе металлическими инструментами по углю, загрязненному пиритом . Наличие угольной пыли в воздухе повышало риск взрыва при наличии рудничного газа и могло вызвать взрывы даже при отсутствии рудничного газа. Угольные шахты Тайнсайд в Англии имели смертоносное сочетание битуминозного угля, загрязненного пиритом, и было большое количество смертей в результате несчастных случаев, вызванных взрывами рудничного газа, в том числе 102 человека погибли в Уоллсенде 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, когда прокладывали шахту для нового карьера в Салтоме недалеко от Уайтхейвена, произошел крупный выброс, когда слой черного камня был прорван в угольный пласт. Зажженный свечой, он давал устойчивое пламя «около половины ярда в диаметре и около двух ярдов в высоту». Когда пламя погасло и более широкое проникновение через черный камень произошло, повторное зажигание газа дало более крупное пламя, ярд в диаметре и около трех ярдов в высоту, которое удалось потушить лишь с трудом. Воздуходувку отделили от шахты панелями и вывели на поверхность, где более двух с половиной лет спустя она продолжала работать с такой же скоростью, как и всегда, заполняя большой баллон за несколько секунд. [6] Члены общества избрали сэра Джеймса Феллоу, но не смогли найти никакого решения или улучшить утверждение (которое в конечном итоге оказалось неверным) Карлайла Спеддинга, автора статьи, о том, что «этот вид пара, или сырости, Воздух не принимает Огонь, кроме как от Пламени; искры не воздействуют на него, и по этой причине часто используют Кремень и Сталь в местах, подверженных такому виду сырости, которые дадут мерцающий Свет, что очень помогает. Рабочие в трудных случаях».
Большой шаг вперед в решении проблемы рудничного газа был сделан, когда Джордж Стефенсон и Хамфри Дэви предложили безопасные лампы , предназначенные для освещения, но не способные воспламенить рудничный газ, в ответ на такие несчастные случаи, как катастрофа на шахте Феллинг недалеко от Ньюкасл-апон-Тайн . в результате которого 25 мая 1812 года погибло 92 человека. Дэви экспериментировал с латунной сеткой , определяя максимальный размер зазоров и оптимальную толщину проволоки, чтобы предотвратить прохождение пламени через сетку. [7] Если бы открытое пламя было полностью закрыто такой марлей, то метан мог бы пройти в лампу и безопасно сгореть над пламенем. Лампа Стефенсона («лампа Джорди») работала по другому принципу: пламя закрывалось стеклом; Доступ воздуха к пламени осуществлялся через достаточно узкие трубы, чтобы пламя не могло возгореться в поступающем рудничном газе, а в выходящих газах было слишком мало кислорода, чтобы позволить закрытому пламени достичь окружающей атмосферы. Оба принципа были объединены в более поздних версиях ламп безопасности.
Даже после широкого внедрения ламп безопасности взрывы продолжались, поскольку первые лампы были хрупкими и их легко повредить. Например, железной сетке лампы Дэви достаточно было потерять всего один провод, чтобы она стала небезопасной. Освещение также было очень плохим (по сравнению с открытым пламенем), и предпринимались постоянные попытки улучшить базовую конструкцию. По высоте конуса горения метана в пламени предохранительной лампы можно оценить концентрацию газа в местной атмосфере. Лишь в 1890-х годах на угольных шахтах стали доступны безопасные и надежные электрические лампы.
Свисток рудничного газа был разработан Фрицем Хабером в 1913 году как профилактический индикатор рудничного газа, но калибровка на действующей шахте в конечном итоге оказалась непрактичной. [8]