Důlní osvětlování

Ing. K. Pachman, Mor. Ostrava:

Nástin vývoje důlního osvětlování

Začátky důlního osvětlování jsou totožné s po­čátky podnikání hornického vůbec. Zemí nejstar­šího uhelného hornictví jest nesporně Anglie (zprávy datují se již z 9. století), kde příznivé uložení uhel­ných vrstev nutilo k jejich dobývání a použití, pak následuje Belgie a v nejposlednější řadě ostravsko-karvínský revír v druhé polovici osm­náctého století.

Bylo samozřejmé, že týž druh svítiva, který používán byl v tehdejších domácnostech, louče a smolnice, přenesen i do tehdejších štol a mělkých jam a tam používán co důlní svítivo. K loučím přidružily se později lojové a voskové svíce po­čátkem Xlll. století jejichž čadící knot musel býti z příčiny udržení světla stále uštipován. Po vynalezení stearinu franc. chemikem Chevreul-em (1823) i tyto nahraženy stear. svíčkami, hořícími bez kouře a sazí. Mezitím ale vedle loučí užívalo se otevřeného světla napájeného řepným olejem, jehož známý typ jest vedle vyobrazen, t.zv. saská svítilna. Řepnému oleji přimíchávalo se něco pe­troleje, aby náklad na svítivo byl zmenšen. Svítivost takového kahance obnášela 1-4 normální svíčky.

Poněvadž však používání otevřeného světla v dolech s třaskavými plyny bylo nebezpečné z příčiny častých výbuchů třaskavých plynů (statisticky dokázáno činilo % úrazů ve Francii za­viněných otevřeným světlem počínaje rokem 1817 53%), hledal se způsob, jakým by otevřené světlo mohlo býti nahraženo jiným zdrojem světla, bez­pečným při přítomnosti třaskavých plynů. První pokus konal se v tom směru, aby olejové llampy byly nahraženy fosforeskujícími hmotami uza­vřenými mezi 2 skleněnými plotnami, kteréž byly před tím pro delší dobu vystaveny slunečnímu světlu. Svítivost těchto fosforových preparátů byla malá a mimo to malé doby trvání.

Kolem polovice 18. století vynalezl v Angii inženýr Carlyle Spedding ve Whitehaven t. zv. "steelmill", ocelový mlýnek, který spočívá na zná­mém principu křesadla sestávajícího z ocilky a kamene křesacího. Ocelový mlýnek sestával jak vedle znázorněno ze 2 ozubených kol, z nichž větší bylo poháněno ruční klikou. Na hřídeli menšího ozubeného kola bylo upevněno kolo větší, jež bylo při otáčení tlačeno proti kameni, přidržovaného rukou.

Přes to, že tento ocelový mlýnek byl na tehdejší dobu dosti drahý a měl jen malou sví­tivost, byl značně rozšířen, představuje tak první bezpečnostní osvětlení dolu. Udržel se desítky let v anglických dolech a teprve množící se neštěstí následkem většího rozšíření dolů a tím i většího vývinu plynů daly podnět k tomu, že se veřejnost začala ohlí­žeti po lepším důlním osvětlení.

Tak již v roce 1808 bývalý lodní lékař Dr. William Reid Clanny v Bishop-Wearmouth-u jest zaměstnán pokusy směřujícími k vynálezu lampy bezpečné. První jím konstruovaná lampa pozů­stávala ze silného skleněného pouzdra, v kterémž hořela malá olejová lampa neb svíčka. Čerstvý vzduch k plameni byl přiváděn z venčí měchem. Tato lampa neuspokojila samotného vynálezce a proto isoloval plamen tím způsobem, že nahoře i dole uzavřel lampu malou vodní nádržkou. Plyny, které přiváděným vnějším vzduchem do lampy vnikly, shořely za úkazu malé explose, nikdy však nepřenesla se explose na venek. Pla­men ovšem při vnitřní explosi zhasnul. Lampa jeho byla sice oceněna, nemohla se však zavésti pro svoje nevýhody: velká váha, opatrnost při zacházení s nádržkami vodními.

Další zlepšení provedeno tím, že vynechány obě nádržky; spodní nahražena olejovou nádrží z níž knot ssál po­třebné svítivo při hoření, vrchní nahražena vy­sokým úzkým komínem, aby při vnitřní explosi plamen nedosáhl okraje komínu. Přes popsaná zlepšení byla lampa ještě stále nepohodlná a Clanny přemýšlel o tom, jak vyřadili působení měchu. Pokusy se přesvědčil, že vzduch vlhký, parami vodními prosycený, nepřipouští explosi třaskavých plynů v lampě. Měch nahradil proto prsténcem kovovým s otvory na obvodě upev­něným jimiž vcházel k hoření potřebný vzduch do rourky nad vrchní nádržku s horkou vodou. Tam se míchal s vodními parami a pak rourkami děrovanými přicházel k plameni lampy. Spotřebovaný vzduch byl odváděn ke komínu Tato lampa hořela 16 hodin.

Mezitím ale byla vynalezena Stephensonem t. zv. "Geordie-ova" lampa bezpečnostní, výsledek to praktických pokusů, která vyznačovala se nevýhodou, že okamžitě ve špatných větrech zhasla.

Všechny však své předchůdce zastínila lampa Davyho s drátěným košem. Anglický fysik Humphrey Davy zjistil pokusy se skleněnými rourami, že smíšeniny plynu v trubkách, jejichž průměr jest menší než 1/8 coulu, neexplodují. Dle tohoto poznatku sestrojil svou první lucernu. Lucerna byla při samém spodku opatřena kanálky pro přívod, stejně tak v komínu pro odchod vzduchu. Později užil místo kanálku kovové dírkované plotny a konečně síťky drátěné s malým mříž­kováním. Teprve začátkem roku 1816 navrhl Davy, aby plamen lampy byl uzavřen do drátěného koše, čímž lampa dosáhla jejího charakteristického tvaru, který z části podržela až do nynější doby. Sestá­vala z nádržky na olej, na níž našroubován byl prsténec se 4 sloupky obepínající drátěný kužel se stříškou a hákem. Nevýhody této lampy byly: malá svítivost, jen asi 30% celé svítivosti proni­kalo přes síťku byla-li vyčištěna, dále, že naděje v ní kladené co bezpečnostní lampy byly pře­ceněny, neboť jen v klidných po případě pomálu pohybujících se třaskavých plynech byla bezpečna. Jakmile ale rychlost proudu dosáhla něco přes 1 a 1/2 m za vteřinu, stávaly se případy, že plyny přes drátěnou síťku od plamene byly za­páleny. Proto zlepšila se značně svítivost, když mezi nádržku a drátěný koš byl vsunut skleněný válec. Jistota lampy proti přebití též stoupla, ne­boť plamen byl do jisté míry od průvanu chrá­něn skleněným válcem. V takovém tvaru docho­vala se nám lampa tato až do let osmdesátých minulého století.

 I tento zdokonalený tvar Davyho lampy zvaný též Clanny nebo Boty lampou měl mnoho vad. Tak předně olejový plamen čadil a vyvinoval mnoho sazí, jež znečistily mřížkování a zúžily dírky, takže ke konci směny svítila lampa asi jen poloviční svítivostí.

Lampy vydávaly se zašroubované a rozžeh­nuté při sjezdu. Zhasla -li lampa na dole, byla zvlášť k tomu určeným synkem odnesena do lampárny, tam znovu rozžehnuta a donesena zpět na pracovní místo, anebo byl-li vývin plynu dotyčného dolu menší, rozžíhali a otvírali lampy dozor­ci v náraží. Často se však stalo, že netrpělivost zví­tězila, dělník lampu otevřel a sám si rozžehl, při čemž, byl-li v třaskavých plynech, nastala explose. Proto dávány lampy na důl uzavřené olověnými plombami a jinými uzávěrkami, aby bylo zabrá­něno svévolnému otevření. Všem těmto nedo­statkům odpomohl epochální vynález Wolfův v roce 1883, který opatřil lampy benzinem co svítivem, magnetickou uzávěrkou a vnitřním rozžehadlem.

Než však Wolfova lampa pronikla do ostravsko-karvínského revíru, byla zde v užívání lampa Müselerova, belgického původu, roku 1843 vy­nalezená.

Význačným na ní jest, že přiváděný vzduch shora (ve směru šipky) od spotřebovaného vzdu­chu jest oddělen plechovým komínem, který sahá 15 mm pod diafragma Větší zásah komínu do skleněného válce zvyšuje sice svítivost plamene, neboť spalné plyny jsou pak lépe odděleny od vstupujícího, k hoření potřebného vzduchu, zmen­šuje se však jistota proti přebití plamene při vnitřních explosích v lampě, jak to pokusy Marsautovy jasně dokázaly.

Šíření se vnitřních explosí komínem do vrchní části drátěného koše zabra­ňují spalné plyny, kteréž kužel plechový a vrchní část koše vyplňují. Prostor pod plamenem ve skleněném válci plní se při delším hoření těž­kými produkty spálení a tvoří při vnitřních vý­buších jistou elastickou podušku, která bezpečnost lampy ještě zvyšuje. Nevýhody lampy spočívají v tom, že při nachýlení lehce zhasne z příčiny porušené cirkulace vzduchu dále, že není bez­pečná v proudícím větrním proudu s třaskavými plyny. V klidně stojících třaskavých plynech jest Müselerova lampa bezpečna, v explosivních směsích zhasne buď sama vnitřní explosí nebo udusí plamen spalné plyny vyvíjející se ve větším množství. Vzhledem k dříve zmíněné lampě "Clanny-Boty" s jedním košem, jest Müselerova lampa bezesporně ve výhodě, neboť i když při lampě Clanny plamen zhasne, hořící aureoly udržují se v koši, při čemž drát se rozžhaví a způsobí probití plamene na venek.

Ve východní části revíru ostravsko-karvínského (Petřvald, Doubrava, Karvín) byla krátký čas před lampou Wolfovou v používání lampa "Marsaut-ova" Tato pozůstávala ze dvou do sebe vsunutých drátěných košů, při čemž vnitřní koš zastupoval diafragma lampy Müselerovy. Tímto uspořádáním svítivost se zmenšila, za to ale do­sáhlo se větší bezpečnosti proti probití plamene při vnitřních lampových explosích. Další výhoda vnitřního koše byla ta, že lampa při nachýlení nezhasla tak lehce, jak lampa Müselerova. Drá­těné koše obepínal plechový kužel (plášť), který na svém vrchním i spodním okraji byl opatřen otvory pro přívod resp. odvádění vzduchu. Při použití tohoto ochranného pláště ukázala se lampa bezpečnou proti probití i při největších rychlo­stech větrního proudu 14-15 m za vteřinu, což byla hlavní dobrá stránka lampy Marsautovy.

Obě zde krátce uvedené lampy byly překo­nány objevem Karla Wolfa ve Zvikavě v Sasku, jenž, jak již zaznamenáno, použil benzinu co sví­tiva a opatřil mimo to lampu vnitřním rozžehadlem a magnetickou uzávěrkou. Přes to, že učinil Wolf epochální vynález, nebylo zavedení této lampy snadné.

Přihlédneme-li blíže k Wolfové lampě vidíme, že se skládá ze čtyř částí a sice: nádobky, skle­něného válce, drátěných košů a vrchní části se sloupky, která se dá na vrchní okraj nádobky našroubovati. V nádobce jest upevněno rozžehadlo a ustalovací šroub pro regulování velikosti pla­mene. Vnitřek nádobky vvplněn jest vatou, která jest nassáta benzinem. Do vaty zasahuje knot. který přivádí benzin k plameni. Na nádobku těsné přiléhá broušený skleněný válec, který nese dva drátěné do sebe vsunuté koše. Tyto koše zaru­čují lampě bezpečnost proti přebití a to tím větší, čím více tepla mohou přijmouti a také čím rychleji toto teplo mohou svému okolí sděliti. Jinými slovy řečeno, čím větší povrch košů, čím větší počet oček na 1 cm2  tím lépe bude lampa pře­bití vzdorovati. Pokusy dokázaly, že nejlépe vy­hovují koše mající 144 oček na 1 cm2 o síle drátu 0,3 — 0,4 mm.

 

Jistě nikde jinde není osvětlení pracovního místa tak důležito, jak právě v hornictví. Dobrým osvětlením, a toho se dostalo právě zavedením benzinového svítiva na místo dřívějšího olejového, vyvarovali se havíři mnohým nebezpečím, které by jinak vznikly spadnutím stropního kamene, mimo to důlní dělníci mohli své práce mnohem lépe a výhodněji pořídili při dobře svítící lampě. Jak známo, objevovala se u havířů starších oční nemoc, t. zv. »Nystagmus«, kteráž byla zaviněna nedostatečným osvětlením pracovního místa Pro tyto lidi znamenalo zavedení lepšího osvětlení znatelnou úlevu. Lampa benzinová dávala jas­nější světlo než olejová, nečadila a její svítivost byla dvojnásobná lampy olejové.

Jak již bylo vzpomenuto u dřívějších typů lamp, zhasla-li na dole, nemohla býti v místě znovu rozžehnuta, nýbrž musela býti vydána do lampárny. Tuto vadu odstranil vynálezce vnitřního rozžehadla, jež umožňovalo zhasnutou lampu bez otevření a nebezpečí i v směsi plynů rozžehnouti. Konstrukce vnitřního rozžehadla po­drobena byla ve svém vývoji některým změnám Uvádím zde pouze poslední vývojovou fási, kdy třecí zapalovadlo s parafinovým páskem posetým kolečky zápalné látky bylo vystřídáno jiskrovým zapalovačem s použitím cerové slitiny (70% Ce a 30% Fe, Fe nahraženo později lehkými kovy).  Další vymožeností nové lampy Wolfovy by|a její magnetická uzávěrka. Jen silným podkovitým magnetem bylo možno uzavřenou lampu otevři« tím způsobem, že západková páka jsoucí pod stálým tlakem péra byla jedním svým pravoúhle zahnutým koncem z odpovídajícího zářezu vyzdvižena.

Lampa dala se bez použití magnetu uza­vřiti, což znamená zkrácení manipulační doby v lampárně, ne však otevřiti. Tímto bylo zabráněno samovolnému a nebezpečnému otevření lampy benzinové na dole, jež dříve často bylo prová­zeno neštěstím z příčiny zapálení třaskavých plynů.

 

 

 

 

 

 

 

Velkou předností benzinové lampy jest mož­nost přesné indikace na plyny dle velikosti nesvítivého kužele nad plamenem lampy. Každý důlní dělník ví, jak dobrým ukazatelem jest mu lampa benzinová a dovede odhadnouti při správ­ném posouzení výšky kužele již 1 % CH4 zcela bezpečně. Kdežto při lampách dřívějších napáje­ných olejem (na příkl. Müselerově) bylo mu možno teprve 2-3 % CH4 zjistiti. A poněvadž často se stávalo, že havíři na dole pracující vzdor příkazům zkoušeti častěji ve směně na plyny nečinili tak, bylo uvažováno o tom spojiti úkazu prodloužení plamene za přítomnosti plynů na lampě benzinové s akustickým varovným znamením. Profesor Dr. Fleissner v Lubně sestrojil lampu, která vy­hověla oběma požadavkům.

Zevnějšek lampy Fleissnerovy liší se od oby­čejné benzínky pouze svou výškou, potřebnou k zabudování systému rourek. Vzduch musí procházeli směry znázorněnými ve vedlejším řezu lampou. Vstupuje z boku, padá k hořáku a vy­stupuje v prvé trubičce upevněné kolem hořáku nahoru, prochází pak co spalné plyny druhou trubičkou nad první a uniká košem ven. Vnikne li do lampy směs vzduchu s methanem, zvětší se jak známo plamen benzínový, v úzké trubičce povstane chvění částic vzduchu, jež vyluzuje pí­skání. Aby plamen byl citlivější, opatřuje se drá­těnou spirálou. Lampa začíná zvučeti jakmile ob­sah methanu neb jiného plynu ve vzduchu do­sáhl 4% nastala-li tedy explosivní směs. Pokusy se zjistilo, že lampa Fleissnerova jest úplně spo­lehlivým oznamovatelem třaskavých plynů, ve svém nynějším provedení však nevyhovuje podmínce bezpečnosti tou měrou jak obyčejná lampa ben­zinová. Bezpečnostní lampa benzinová používá svého jména ne plným právem, neboť neposkytuje do­statečné ochrany proti třaskavým plynům, jakmile drátěný koš neb skleněný válec byl hrubým za­cházením s ní na dole poškozen. Mimo to dává málo světla a jak statisticky dokázáno, zavinuje skoro 70% všech explosí na dole.

Proto není se co diviti rychlému rozšíření elektrické důlní lampy zvláště, když její hlavní součástky - žárovka a akumulátor - podařilo se průmyslu dodati v ta­kovém provedení, že odpovídá všem v hornictví na ně kladeným požadavkům. Rozšíření elektrické důlní lampy možno se stanoviska hospodářského a sociálního jen vítati, neboť jejich používáním klesl počet úrazů značně. Elektrická lampa nezhasne při explosi tlakem vzduchu a hoří ve směsi, v které by lampa benzinová zhasla. Mimo to i svítivost lampy elektrické jest značné vyšší, čímž se samovolně zvyšuje bezpečnost lidí na dole pracujících proti pádu kamene. Z různých lamp uvedených v provoz uhelných dolů nejlépe se osvědčila lampa fy. Wolfovy.

Hlavní součástku elektrické důlní lampy tvoří akumulátor, který jest zdrojem světla žárovky. Rozeznáváme dva druhy akumulátorů a sice olo­věný, staršího původu a novější alkalický. Olo­věný akumulátor pozůstává ze dvou elektrod, kladné a záporné, lité do tvaru mřížek, jež jsou vyplněny aktivní hmotou (kysličník olovnatý a minium). Aktivní hmota elektroda měněna jest v kyselině akumulátorové procházejícím proudem na kysličník olovičitý PbO, v kladné a na ko­vové olovo v záporné elektrodě. Po vybití a opět­ném formování elektrod v kyselině akumulátorové jest akumulátor tak dalece hotov, že může býti kyselina nahražena elektrolytem, který se želatinuje přísadou vodního skla, takže více neteče. Stále se opakující chemický proces při nabíjení akumulátorů podmiňuje, že doba trvání elektrod jest krátká, okrouhle po 250. vybití musejí býti nahraženy novými. Zvláště trpí kladná elektroda. Mimo to svítivost lampy jest omezena její váhou, která vzhledem k její potřebě co přenosné lampy je rovněž ohraničena.

Aby se dostalo elektrické lampě větší svíti­vosti při menší váze a jejím elektrodám skoro neomezené doby trvání, opatřena důlní elektrická lampa nikl-kadmiovým akumulátorem. Elektrody jsou masivní niklové plotny, proto jejich doba trvání skoro neohraničena. Aktivní hmota kladné elektrody pozůstává z hydroxydu niklového, zá­porné elektrody pak z jemně rozptýleného kadmia. Vnitřní vodivé spojení v každé elektrodě obsta­rává proužek čistého niklu, vnější mezi kladnou a zápornou elektrodou louh draselnatý 25 Bé, dle něhož akumulátor nazván alkalickým. Při nabíjení okysličuje se hydroxyd v kysličník nikličitý, současně redukuje se aktivní hmota záporné elektrody v kadmium. Při vybíjení nebo-li svícení elektrické lampy jest postup opačný. Značné jsou výhody tohoto druhu elektrických lamp vzhledem k dříve popsaným lampám s olověným akumulá­torem a sice: menší váha při větší svítivosti, doba trvání elektrod desítinásobná a žádné vybití aku­mulátoru, nepoužije-li se. Hodí se nejen pro vše­obecné osvětlování dolu nýbrž zvláště pro zá­chranné sbory, které potřebují lampy, která jednou nabita po delší době nepoužívání je ještě schopna svícení.

Výhody elektrického důlního světla způsobily, že toto z větší části vytlačilo benzinové lampy z důlního osvětlování. Přes to však na všech dolech s třaskavými plyny jisté procento benzinových lamp muselo zůstati vzhledem k nutné indikaci plynů v pracovních místech. Nechybělo pokusů tuto dobrou vlastnost benzinové bezpeč­nostní lampy aplikovati na lampu elektrickou. V Německu konána v tom směru řada pokusů, které řídily se dvěma markantními vlastnostmi methanu. Předně jeho menší hustotou a pak jeho slučovací schopností s kyslíkem za úkazu vydávání tepla (shoření). Výsledkem někdy obtíž­ných pokusů byla řada el. oznamovatalů třaska­vých plynů vynálezců Nelissen, Martienssen a řady jiných. Také v našem ostravsko-karvínském revíru věnována věci patřičná pozornost, jejímž výsledkem jest vynález inž. R. Winklera ukazatele třaskavých plynů

 

 

Tento ukazatel používá drátku z katalytického kovu ovinutého, kolem tepelného článku, jenž měří rychle a přesně zvýše­nou teplotu drátku shořením methanu způsobe­nou. K porovnání jest vedle zabudována normální žárovka, která slouží zároveň ku svícení, jak da­lece jest tento ukazatel třaskavých plynů způso­bilým při všeobecném rozšíření nahraditi benzi­novou lampu v její schopnosti indikační v důlním provozu, ukáže nám blízká budoucnost. Bylo by si jen přáti v zájmu každého důlního podnikání, aby linie rychlého vývoje důlního osvětlování nebyla přerušena, aby cíl, jejž jme si vytkli: dáli dělníku na dole pracujícímu účinnou zbraň proti jeho úhlavnímu nepříteli, třaskavým plynům, byl brzy dosažen.

Původní článek z roku 1926 přepsal roku 2020 pro Malodoly Ing.Kestner