Fonti di luce nel settore minerario

Nel 1879 fu brevettata una pratica lampada a filamento ad incandescenza. Di conseguenza la luce non dipendeva più da una fonte di combustibile. Dalla scoperta di Edison sono state fatte molte scoperte sorprendenti nella conoscenza dell'illuminazione, comprese alcune con applicazioni nelle miniere sotterranee. Ognuno ha vantaggi e svantaggi intrinseci. La tabella 1 elenca i tipi di sorgenti luminose e confronta alcuni parametri.

Tabella 1. Confronto delle sorgenti luminose della miniera

cd = candela, DC = corrente continua; lm = lumen.

La corrente per alimentare le sorgenti luminose può essere alternata (AC) o continua (DC). Le sorgenti luminose fisse utilizzano quasi sempre corrente alternata mentre le sorgenti portatili come le lampade a calotta e i fari dei veicoli sotterranei utilizzano una batteria CC. Non tutti i tipi di sorgenti luminose sono adatti alla corrente continua.

Fonti luminose fisse

Le lampade a filamento di tungsteno sono le più comuni, spesso con una lampadina smerigliata e uno schermo per ridurre l'abbagliamento. La lampada fluorescente è la seconda fonte di luce più comune ed è facilmente distinguibile dal suo design tubolare. I design circolari e a forma di U sono compatti e hanno applicazioni minerarie poiché le aree minerarie si trovano spesso in spazi ristretti. I filamenti di tungsteno e le sorgenti fluorescenti vengono utilizzati per illuminare diverse aperture sotterranee come stazioni di pozzi, nastri trasportatori, percorsi, mense, stazioni di ricarica, depositi di carburante, depositi di riparazione, magazzini, sale attrezzi e stazioni di frantumazione.

La tendenza nell'illuminazione delle miniere è quella di utilizzare fonti di luce più efficienti. Queste sono le quattro fonti di scarica ad alta intensità (HID) chiamate vapori di mercurio, alogenuri metallici, sodio ad alta pressione e sodio a bassa pressione. Ciascuno richiede alcuni minuti (da uno a sette) per raggiungere la piena emissione luminosa. Inoltre, se l'alimentazione alla lampada viene a mancare o viene spenta, il tubo dell'arco deve essere raffreddato prima che l'arco possa essere innescato e la lampada riaccesa. (Tuttavia, nel caso delle lampade al sodio a bassa pressione (Sox), la riaccensione è quasi istantanea.) La loro distribuzione dell'energia spettrale differisce da quella della luce naturale. Le lampade ai vapori di mercurio producono una luce bianca bluastra mentre le lampade al sodio ad alta pressione producono una luce giallastra. Se la differenziazione dei colori è importante nei lavori sotterranei (ad es. per l'utilizzo di bombole del gas con codice colore per la saldatura, la lettura di segnali con codice colore, allacciamenti di cavi elettrici o lo smistamento del minerale per colore), è necessario prestare attenzione alle proprietà di resa cromatica del fonte. Gli oggetti avranno i loro colori superficiali distorti se illuminati da una lampada al sodio a bassa pressione. La tabella 1 fornisce confronti di resa cromatica.

Fonti luminose mobili

Con posti di lavoro sparsi spesso sia lateralmente che verticalmente, e con continue esplosioni in questi luoghi di lavoro, le installazioni permanenti sono spesso ritenute poco pratiche a causa dei costi di installazione e manutenzione. In molte miniere la lampada a berretto a batteria è la fonte di luce singola più importante. Sebbene siano in uso lampade con attacco fluorescente, la maggior parte delle lampade con attacco utilizza lampade con attacco a batteria a filamento di tungsteno. Le batterie sono al piombo acido o al nichel cadmio. Una lampadina alogena al tungsteno in miniatura viene spesso utilizzata per la lampada a cappuccio del minatore. La piccola lampadina consente di focalizzare facilmente il raggio. Il gas alogeno che circonda il filamento impedisce l'ebollizione del materiale del filamento di tungsteno, evitando che le pareti della lampada si anneriscano. La lampadina può anche essere bruciata più calda e quindi più luminosa.

Per l'illuminazione dei veicoli mobili, le lampade a incandescenza sono più comunemente utilizzate. Non richiedono attrezzature speciali, sono economici e facili da sostituire. Le lampade con riflettore parabolico alluminizzato (PAR) vengono utilizzate come fari sui veicoli.

Standard per l'illuminazione delle miniere

I paesi con un'industria mineraria sotterranea ben consolidata sono generalmente piuttosto specifici nei loro requisiti in merito a ciò che costituisce un sistema di illuminazione sicuro per miniere. Ciò è particolarmente vero per le miniere che hanno gas metano sprigionato dalle lavorazioni, solitamente miniere di carbone. Il gas metano può incendiarsi e provocare un'esplosione sotterranea con risultati devastanti. Di conseguenza, tutte le luci devono essere progettate per essere "a sicurezza intrinseca" o "a prova di esplosione". Una sorgente luminosa a sicurezza intrinseca è quella in cui la corrente che alimenta la luce ha un'energia molto bassa in modo che qualsiasi cortocircuito nel circuito non produca una scintilla che potrebbe accendere il gas metano. Affinché una lampada sia a prova di esplosione, qualsiasi esplosione innescata dall'attività elettrica della lampada è contenuta all'interno del dispositivo. Inoltre, il dispositivo stesso non si surriscalda abbastanza da provocare un'esplosione. La lampada è più costosa, più pesante, con parti metalliche solitamente realizzate in fusioni. I governi di solito dispongono di strutture di prova per certificare se le lampade possono essere classificate per l'uso in una miniera gassosa. Una lampada al sodio a bassa pressione non può essere certificata in quanto il sodio nella lampada potrebbe accendersi se la lampada si rompesse e il sodio venisse a contatto con l'acqua.

I paesi legiferano anche sugli standard per la quantità di luce richiesta per vari compiti, ma la legislazione varia notevolmente nella quantità di luce che dovrebbe essere collocata nei vari luoghi di lavoro.

Le linee guida per l'illuminazione delle miniere sono fornite anche da organismi internazionali che si occupano di illuminazione, come la Illumination Engineering Society (IES) e la Commission internationale de l'éclairage (CIE). La CIE sottolinea che la qualità della luce ricevuta dall'occhio è importante quanto la quantità e fornisce formule per accertare se l'abbagliamento può essere un fattore nelle prestazioni visive.

Effetti dell'illuminazione su incidenti, produzione e salute

Ci si aspetterebbe che una migliore illuminazione riduca gli incidenti, aumenti la produzione e riduca i rischi per la salute, ma non è facile dimostrarlo. L'effetto diretto dell'illuminazione sull'efficienza e sulla sicurezza del sottosuolo è difficile da misurare perché l'illuminazione è solo una delle molte variabili che influenzano la produzione e la sicurezza. Esistono prove ben documentate che dimostrano che gli incidenti stradali diminuiscono con una migliore illuminazione. Una correlazione simile è stata notata nelle fabbriche. La natura stessa dell'estrazione mineraria, tuttavia, impone che l'area di lavoro sia in continua evoluzione, quindi in letteratura si possono trovare pochissimi rapporti relativi agli incidenti in miniera con l'illuminazione e rimane un'area di ricerca che è stata in gran parte inesplorata. Le indagini sugli incidenti mostrano che la scarsa illuminazione è raramente la causa principale degli incidenti sotterranei, ma spesso è un fattore che contribuisce. Sebbene le condizioni di illuminazione svolgano un ruolo in molti incidenti in miniera, hanno un significato speciale negli incidenti che comportano cadute di terra, poiché una scarsa illuminazione rende facile perdere condizioni pericolose che potrebbero altrimenti essere corrette.

Fino all'inizio del ventesimo secolo, i minatori soffrivano comunemente della malattia degli occhi nistagmo, per la quale non esisteva una cura conosciuta. Il nistagmo produceva oscillazioni incontrollabili dei bulbi oculari, mal di testa, vertigini e perdita della visione notturna. È stato causato dal lavorare con livelli di luce molto bassi per lunghi periodi di tempo. I minatori di carbone erano particolarmente sensibili, poiché viene riflessa pochissima luce che colpisce il carbone. Questi minatori spesso dovevano sdraiarsi su un fianco quando lavoravano a basso contenuto di carbone e anche questo potrebbe aver contribuito alla malattia. Con l'introduzione della lampada elettrica nelle miniere, il nistagmo del minatore è scomparso, eliminando il più importante pericolo per la salute associato all'illuminazione sotterranea.

Con i recenti progressi tecnologici nelle nuove sorgenti luminose, l'interesse per l'illuminazione e la salute è stato ripreso. Ora è possibile avere livelli di illuminazione nelle miniere che prima sarebbero stati estremamente difficili da raggiungere. La preoccupazione principale è l'abbagliamento, ma è stata espressa preoccupazione anche per l'energia radiometrica emessa dalle luci. L'energia radiometrica può influenzare i lavoratori agendo direttamente sulle cellule sulla o vicino alla superficie della pelle o innescando determinate risposte, come i ritmi biologici da cui dipende la salute fisica e mentale. Una sorgente luminosa HID può ancora funzionare anche se l'involucro di vetro che contiene la sorgente è incrinato o rotto. I lavoratori possono quindi correre il rischio di ricevere dosi superiori ai valori limite di soglia, soprattutto perché queste sorgenti luminose spesso non possono essere montate molto in alto.

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