Источники света в горнодобывающей промышленности
В 1879 году была запатентована практичная лампа накаливания. В результате свет больше не зависел от источника топлива. Со времени открытия Эдисона в знаниях об освещении было сделано много поразительных прорывов, в том числе некоторые из них применительно к подземным шахтам. Каждый из них имеет присущие преимущества и недостатки. В таблице 1 перечислены типы источников света и сопоставлены некоторые параметры.
Таблица 1. Сравнение шахтных источников света
|
Тип источника света |
Приблизительная яркость |
Средний номинальный срок службы (ч) |
источник постоянного тока |
Ориентировочная начальная эффективность, лм·Вт-1 |
Цветопередача |
|
Вольфрамовая нить |
105 в 107 |
750 - 1,000 |
Да |
5 - 30 |
Прекрасно |
|
Лампа накаливания |
2 × 107 |
5 - 2,000 |
Да |
28 |
Прекрасно |
|
Флуоресцентный |
5 × 104 до 2 × 105 |
500 - 30,000 |
Да |
100 |
Прекрасно |
|
Пары ртути |
105 в 106 |
16,000 - 24,000 |
Да с ограничениями |
63 |
Средняя |
|
Металлогалогенные |
5 × 106 |
10,000 - 20,000 |
Да с ограничениями |
125 |
Хорошо |
|
Натрий высокого давления |
107 |
12,000 - 24,000 |
Не рекомендуется |
140 |
Хорошая |
|
Натрий низкого давления |
105 |
10,000 - 18,000 |
Не рекомендуется |
183 |
Не очень |
cd = кандела, DC = постоянный ток; лм = люмен.
Ток для питания источников света может быть как переменным (AC), так и постоянным (DC). В стационарных источниках света почти всегда используется переменный ток, тогда как в переносных источниках, таких как цокольные лампы и фары подземных транспортных средств, используется батарея постоянного тока. Не все типы источников света подходят для постоянного тока.
Фиксированные источники света
Наиболее распространены лампы накаливания с вольфрамовой нитью, часто с матовой колбой и экраном для уменьшения бликов. Люминесцентная лампа является вторым наиболее распространенным источником света, и ее легко отличить по трубчатой конструкции. Круглые и U-образные конструкции компактны и подходят для горнодобывающей промышленности, поскольку районы добычи часто находятся в стесненных условиях. Вольфрамовая нить и люминесцентные источники используются для освещения таких разнообразных подземных выработок, как шахтные станции, конвейеры, проезды, столовые, зарядные станции, топливные отсеки, ремонтные базы, склады, инструментальные цеха и дробильные станции.
Тенденция в шахтном освещении заключается в использовании более эффективных источников света. Это четыре источника разряда высокой интенсивности (HID), называемые парами ртути, галогенидом металла, натрием высокого давления и натрием низкого давления. Каждому требуется несколько минут (от одной до семи), чтобы выйти на полную светоотдачу. Кроме того, если питание лампы пропало или отключилось, трубку дуги необходимо охладить, прежде чем дуга сможет зажечься и лампа снова зажжется. (Однако в случае натриевых (Sox) ламп низкого давления повторный зажигание происходит почти мгновенно.) Их спектральное распределение энергии отличается от распределения естественного света. Ртутные лампы дают голубовато-белый свет, тогда как натриевые лампы высокого давления дают желтоватый свет. Если цветовая дифференциация важна при подземных работах (например, при использовании газовых баллонов с цветовой маркировкой для сварки, чтении цветных знаков, подключении электропроводки или сортировке руды по цвету), необходимо уделить внимание свойствам цветопередачи источник. Цвета поверхности объектов будут искажены при освещении натриевой лампой низкого давления. В таблице 1 приведены сравнения цветопередачи.
Мобильные источники света
Поскольку рабочие места часто разбросаны как по горизонтали, так и по вертикали, а на этих рабочих местах постоянно проводятся взрывные работы, стационарные установки часто считаются непрактичными из-за затрат на установку и обслуживание. Во многих шахтах цокольная лампа с батарейным питанием является наиболее важным единственным источником света. Хотя люминесцентные цокольные лампы используются, в большинстве цокольных ламп используются цокольные лампы с вольфрамовой нитью накаливания, работающие от батарей. Аккумуляторы свинцово-кислотные или никель-кадмиевые. Миниатюрная вольфрамово-галогенная лампа часто используется для шапочного фонаря шахтера. Маленькая лампочка позволяет легко сфокусировать луч. Газообразный галоген, окружающий нить накала, предотвращает выкипание материала вольфрамовой нити, что предотвращает почернение стенок лампы. Лампа также может гореть горячее и, следовательно, ярче.
Для освещения мобильных транспортных средств чаще всего используются лампы накаливания. Они не требуют специального оборудования, недороги и легко заменяются. Лампы с параболическим алюминиевым отражателем (PAR) используются в качестве фар на транспортных средствах.
Стандарты шахтного освещения
Страны с хорошо развитой подземной горнодобывающей промышленностью обычно весьма специфичны в своих требованиях относительно того, что представляет собой безопасная система шахтного освещения. Это особенно верно для шахт, из выработок которых выделяется метан, обычно из угольных шахт. Газ метан может воспламениться и вызвать подземный взрыв с разрушительными последствиями. Следовательно, любые светильники должны быть спроектированы либо как «искробезопасные», либо как «взрывозащищенные». Искробезопасный источник света - это источник, в котором ток, питающий свет, имеет очень небольшую энергию, поэтому любое короткое замыкание в цепи не вызовет искры, которая может воспламенить газообразный метан. Чтобы лампа была взрывозащищенной, любой взрыв, вызванный электрической активностью лампы, находится внутри устройства. Кроме того, само устройство не станет настолько горячим, чтобы вызвать взрыв. Лампа дороже, тяжелее, с металлическими деталями, как правило, из литья. У правительств обычно есть испытательные лаборатории, чтобы удостовериться, можно ли классифицировать лампы для использования в загазованной шахте. Натриевая лампа низкого давления не может быть сертифицирована, поскольку натрий в лампе может воспламениться, если лампа сломается и натрий соприкоснется с водой.
Страны также законодательно устанавливают стандарты количества света, необходимого для различных задач, но законодательство сильно различается в отношении количества света, которое должно быть размещено на различных рабочих местах.
Руководства по освещению шахт также предоставляются международными организациями, занимающимися вопросами освещения, такими как Общество инженеров по освещению (IES) и Международная комиссия по освещению (CIE). CIE подчеркивает, что качество света, получаемого глазом, так же важно, как и его количество, и предлагает формулы для определения того, могут ли блики влиять на зрительную работоспособность.
Влияние освещения на несчастные случаи, производство и здоровье
Можно было бы ожидать, что лучшее освещение уменьшит количество несчастных случаев, увеличит производительность и снизит опасность для здоровья, но обосновать это непросто. Прямое влияние освещения на эффективность и безопасность подземных работ трудно измерить, поскольку освещение является лишь одной из многих переменных, влияющих на производительность и безопасность. Имеются хорошо задокументированные данные, свидетельствующие о том, что дорожно-транспортные происшествия уменьшаются с улучшением освещения. Аналогичная корреляция была отмечена на фабриках. Однако сама природа добычи полезных ископаемых диктует, что рабочая зона постоянно меняется, поэтому в литературе можно найти очень мало сообщений, касающихся несчастных случаев на шахтах с молнией, и эта область исследований остается в значительной степени неисследованной. Расследования несчастных случаев показывают, что плохое освещение редко является основной причиной подземных аварий, но часто является сопутствующим фактором. Хотя условия освещения играют определенную роль во многих несчастных случаях на шахтах, они имеют особое значение при авариях, связанных с падением грунта, поскольку из-за плохого освещения легко пропустить опасные условия, которые в противном случае можно было бы исправить.
До начала двадцатого века горняки обычно страдали нистагмом глазного заболевания, от которого не было известного лекарства. Нистагм вызывал неконтролируемые колебания глазных яблок, головные боли, головокружение и потерю ночного зрения. Это было вызвано работой при очень низком уровне освещения в течение длительного периода времени. Шахтеры были особенно восприимчивы, так как очень мало света, падающего на уголь, отражается. Этим шахтерам часто приходилось лежать на боку при работе с низким содержанием угля, что также могло способствовать заболеванию. С введением в шахтах электрических цоколей нистагм у шахтеров исчез, что устранило важнейшую опасность для здоровья, связанную с подземным освещением.
Благодаря недавним технологическим достижениям в области новых источников света возродился интерес к освещению и здоровью. Теперь можно иметь уровни освещения в шахтах, которые раньше было бы чрезвычайно сложно достичь. Основная проблема - это блики, но также высказывались опасения по поводу радиометрической энергии, излучаемой огнями. Радиометрическая энергия может воздействовать на рабочих, воздействуя непосредственно на клетки на поверхности кожи или вблизи нее, или вызывая определенные реакции, такие как биологические ритмы, от которых зависит физическое и психическое здоровье. Источник света HID все еще может работать, даже если стеклянная оболочка, содержащая источник, треснула или сломалась. В этом случае рабочие могут подвергаться опасности получения доз, превышающих пороговые значения, особенно потому, что эти источники света часто нельзя устанавливать очень высоко.