A Davy lámpa

Egyetemi tanulmányaim során az egyik szakdolgozatom témájául egy igazi technikatörténeti érdekességet választottam, amely ma is nagy tiszteletben áll a robbanásbiztonsággal foglalkozó szakemberek körében, így soha nem feledkeznek el megemlékezni róla. Munkámból adódóan napi szinten robbanásbiztonság technikával foglalkozom, - elsősorban vegyipari területen- de az életkorom miatt a Davy lámpával és a szénbányászattal kapcsolatosan sajnos semmilyen személyes tapasztalatom és érintettségem nincs, viszont megbecsüléssel adózom annak a korszaknak, amikor az emberek úgy szálltak le a bányákba, hogy a szerencséjükön kívül más védelemre nem számíthattak.

A szénbányászatot iparszerűen Angliában kezdték meg a 13. században, de a szenet és a tőzeget esetenként már korábban is használták. Kínában már 3000 évvel ezelőtt is termeltek szénféleségeket. A Római Birodalom fémöntői és kovácsai is ismerték és hasznosították a kőszenet, de az arab világ korai, jó minőségű acéljainak előállításához is kellett a szén. Büszkék lehetünk rá, hogy a középkori magyarországi bányászat olyan nemzetközi hírnévre tett szert, hogy 1452-ben VI. Henrik angol király magyarországi bányamunkásokat telepített Angliába és hasonlóan cselekedett 1488-ban III. Vasziljevics Iván moszkvai nagyfejedelem is, illetve XI. Lajos francia király 1471-ben kiadott rendeleteiben utasításba adta, hogy a francia bányászat ujjászervezésében Magyarország bányászatát követendő mintaként kell tekinteni. Példa a magyarországi bányászat élenjárására, hogy a világ első bányabeli jövesztő-robbantását 1627. február 8-án a bányahatóság kiküldötteinek jelenlétében Selmecbányán hajtották végre. A Kárpát-medencében azóta létezik bányászat, amióta csak megjelentek itt a közösségekben élő fejlett népcsoportok. A magyarországi bányatörténelem a miskolci Avas kovakőbányáitól a felvidéki bányavárosokon át a ma is üzemelő külszíni fejtésekig ível. A szénbányászat történelme azonban nem felhőtlen. Számos tragédia történt a mélyművelésű szénbányákban, amely (ma már jól tudjuk) a metán fel nem ismert megjelenésének volt a velejárója. Európában az első sújtólégrobbanás a feljegyzések szerint 1664. szeptember 9-én történt Ausztria területén, Tirolban, Hallstatt város sóbányájában. Két ott dolgozó bányász csak négykézláb tudott kimenekülni, de súlyos égési sérüléseket szenvedtek „az ellenük rohanó tűzfelhő borzalmaiban”. A helyi bányatiszt a jelenséget az „ördög incselkedésének” tekintette, és annak megfelelően intézkedett. A plébánossal misét mondatott, majd a bányát újraszentelték. Egy héttel a robbanást követően, nagy jutalom felajánlása mellett 8 önként jelentkező bányásszal megtekintették a robbanás helyét, de újabb robbanások következtek be s minden ott tartózkodó súlyos égési sérüléseket szenvedett. A tragédiák megértését nem segítette az akkori műszaki tudomány állása, azonban tény, hogy már 1776-ban Udvari Kamarai rendelet szabályozta a bányaszerencsétlenségek bányahatóságnak történő bejelentését és kivizsgálásának rendjét, valamint 1804-től kezdve, szintén számos Udvari rendelet szabályozta a bányahatóság évenkénti jelentéskészítési kötelezettségét.

A sújtólégveszélyes szénbányákban a veszélyt csak fokozta, hogy szinte minden sújtólégrobbanást szénporrobbanás követett. A szénporrobbanás önállóan nagyon ritkán fordul elő, mivel valamennyi szükséges feltétel egyszerre ritkán van jelen. Leggyakrabban a sújtólégrobbanás kavarja fel a vágatokon leülepedett szénport és azt a jelenlévő gyújtóláng berobbantva a robbanás hatása tovább terjed, miközben távolabbi vágatok felkavart szénpora a robbanás erejét még tovább erősíti. A sújtólég és szénporrobbanásnak a „tiszta” sújtólégrobbanáshoz viszonyítottan sokkal nagyobb az ereje, a romboló hatása. Ilyen robbanások után nemcsak oxigénhiány lép fel, hanem olyan jelentős szénmonoxid mennyiség keletkezik, amely azonnali halált okoz, mivel ilyenkor nincs idő még az önmentő készüléket felvenni sem. A bányaüzemekben, biztonsági okokból a kezdetben kanári madarakat tartottak, a főte alá ketrecben felfüggesztve. A kanári madár viselkedéséből (halálából) vonták le a gáz jelenlétére vonatkozó következtetéseket. Az angliai szénbányákban egyre súlyosabb gonddá vált a sújtólég berobbanása, emiatt az 1800-as évek elején bányákat kellett bezárni. Komoly bizonytalansági tényező lett a biztonságos világítás hiánya, már-már akadályozta a szénbányákban a termelés fokozását. A termeléskiesés és a további tragédiák elkerülése érdekében Angliában a szénbányabeli balesetek megelőzésére alakult társaság felkérte Sir Humphry Davy-t a híres és elismert kémikust, hogy vizsgálja meg, milyen körülmények között robban a bányalég és a levegő elegye. Davy kísérletei kimutatták, hogy sújtólégrobbanás csak akkor következik be, ha a levegő metántartalma 5–15% térfogatszázalék között van. 5% alatt és 15% felett a metán ég. A sújtólég robbanóképessége 9,5% metántartalomnál a legerőteljesebb, az ilyen keverék berobbanása okozza a legnagyobb romboló hatást és ekkor legmagasabb a lánghőmérséklet (1875 °C).

Kísérletei során felfedezte, hogy a sűrű szövésű drótszövet a rajta áthatoló lángot annyira lehűti, hogy az a sújtólég gyulladási hőmérsékletét (650 °C) nem éri el. Ez a felismerés vezette a biztonsági lámpa feltalálásához. Sir Humphry Davy 1816-ban megalkotta az első róla elnevezett biztonsági bányalámpát. A Davy-lámpa volt az első világítóeszköz, ami nem robbantotta be a felgyülemlett metánt.

Az 1816-ban bemutatott és használatba vett lámpa alsó része egy olajtartály volt, amibe egy állítható magasságú kanóc merült be. Az égésteret közvetlenül az olajtartályra épített drótháló vette körül, azon egy zárt kosarat alkotva. Az alsó olajtartályt és a drótkosarat egy hordozó szerkezet fogta össze. A lámpa nagy hátránya volt a kis fényerő, amit a drótkosár kormozódása tovább rontott. Hazánkban az első Davy-lámpa – Berks Péter pécsi kincstári bányaigazgató kezdeményezésére − már 1819-ben megjelent a Pécs melletti vasasi kőszénbányában, azonban rendszeres használatuk csak 1830-ban kezdődött meg. Az alkalmazásba vétel első időszakában a bányászoknak kötelezővé tették munkavégzés után a drótkosár alapos kitisztítását a koromtól. Ez az intézkedés nem bizonyult elégségesnek, ezért Davy és John Buddle angol bányamérnök már 1818-ban kialakította a lámpakamrák rendszerét. A bányászok a munkavégzés után leadták a lámpákat egy erre a célra rendszeresített szolgálatnál. A szolgálat dolgozói felülvizsgálták a lámpák állapotát, elvégezték azok kitisztítását, olajjal (később: benzinnel), kanóccal, tűzkővel feltöltötték és lezárták azokat. Kiadáskor a lámpa légzárását erre kialakított szerkezetben az átvevő sűrített levegővel ellenőrizte és meggyőződött a lakatzár zárásáról. A kinevezett bányaaltiszt, a lámpamester kötelessége volt a lámpák használatát munkavégzés közben is ellenőrizni és a meghibásodott vagy sérült lámpákat azonnal kicserélni. A lámpakamrákat minden bánya rövid időn belül alkalmazásba vette.

A bányászok biztonságérzete fokozódott az első lámpákkal, de a könnyelmű bánásmód miatt a bányászatban a balesetek gyakorisága nem csökkent. A lámpa szerkezetét tovább kellett fejleszteni és rendszabályokat kellett bevezetni a biztonságos használat érdekében. Az angol William Clanny 1839-ben az olajtartály és a drótkosár közé egy üveghengert illesztett légmentes zárással. Ezzel a megoldással a lámpa fényereje megnövekedett. A biztonság fokozása érdekében kettős drótkosarat alkalmaztak. Kísérletekkel bizonyították, hogy a lámpa akkor biztonságos, ha a drótkosár 1 cm² felületen 144 egyforma nyílás van (144 csokros szitaszövés) és az elemi szálak 0,2-0,3 mm vastagságúak, anyaguk réz. Wolf német bányamérnök 1884-ben tökéletesítette tovább a biztonsági bányalámpát. Olaj helyett benzint alkalmazott, megoldotta a lámpa meggyújtását annak szétszerelése nélkül, állíthatóvá tette a láng magasságát biztonsági zárszerkezetet alakított ki (mágnes-zár) a lakat-zár helyett, melyet a használó nem tudott kinyitni. Később a kettős drótkosarat légterelő köpennyel fogták körül, hogy az áramló levegő ne sodorja a lángot a drótkosarakhoz.

A biztonsági benzinlámpák használata nagymértékben növelte a sújtólégveszélyes bányákban a biztonságot, új művelési lehetőséget teremtett, de hamis biztonságérzetet is keltett, és helytelen használata sok sújtólégrobbanás, halálos baleset okozójává is vált. Legnagyobb hibája, hogy amennyiben a lámpa tartósan sújtólégveszélyes légtérben működik, úgy bekövetkezik a fémháló erős felmelegedése és akkor a lámpa már képes a sújtólég begyújtására! Ennek ellenére a 19. század végéig kizárólag ez a lámpa tette lehetővé a sújtóléges bányák művelését, mint egyetlen biztonságos világítóeszköz. Az alkalmazás gyakorlata hamarosan bebizonyította, hogy a lámpa a világításon kívül a bányalevegő metántartalmának mérésére is alkalmas.

A Davy-lámpa többszöri módosításokkal ugyan, de az 1980-as évekig rendszeresítve volt a magyar bányászatban is mint a bányalevegő metánmennyiségét meghatározó, az oxigénhiányt és széndioxid jelenlétét azonnal kimutató munkahelyi eszköz. A munkahelyen a metán %-os mennyiségének meghatározása legegyszerűbben és legkönnyebben ugyanis a biztonsági lámpával volt végezhető. Ha metántartalmú levegő került be a lámpába, a metán a lámpa lángjánál meggyulladt, emiatt a láng megnyúlt, és a lámpa sárgásfehér színű lángját a metán elégésétől eredő halvány kékes-ibolya színű lángkúp, az aureola vette körül. Az aureola annál magasabb volt, minél nagyobb volt a bányalevegő metántartalma, ezért az aureola magasságából következtetni lehetett a %-os metántartalomra. Mérési határa 1,0-4,5% metántartalom, a mérés pontossága 0,5%. Napjainkban a robbanásbiztonság technika fejlődésével, sokkal korszerűbb és megbízhatóbb eszközök állnak a rendelkezésünkre a robbanásveszélyes környezetben való munkavégzésre. A szénbányászat Magyarországon szinte teljesen megszűnt a gazdaság helyzete miatt, bár napjainkban egyre erősödnek a szénbányák feltámasztásáról szóló hangok. A Davy lámpa által elindított technikai fejlődés alapozta meg a vegyiparban is használatos robbanásbiztos készülékek általános használatát. A korszerű elektronikus gázérzékelő rendszerek képesek olyan gázkoncentrációt is érzékelni, amelynél a munkavégzés még biztonságosan elvégezhető, vagy olyan intézkedések tehetők (pl: mesterséges szellőztetés), hogy a veszélyes gázkoncentráció megszűnjön.

A robbanásbiztos készülékek használata ma már hétköznapi szinten is megvalósul, elég csak a benzinkutak töltőoszlopaira gondolni, amelyek szintén robbanásbiztos gyártmányok. A 21. században is folyamatosan fejlődik az a tudomány és technika, amelynek sarokköve a Davy lámpa volt. A robbanásbiztos gyártmányok alkalmazásának kötelezőségét Európában egységes ATEX direktívák tartalmazzák. Az ezredforduló előtti évek általános gyakorlata szerint a potenciálisan robbanásveszélyes atmoszférában működő berendezések közül a villamos berendezéseket tartották igazi veszélyforrásnak, abból a meggondolásból, hogy ezek döntő része üzemszerűen tartalmazott melegedő részeket, szikrákat képező szerkezeteket kapcsolókat. Ezzel szemben a tervezési paramétereknek megfelelően üzemeltetett, jól karbantartott gépészeti rendszerek szokásosan nem jelentettek gyújtóforrást, kivéve a durva meghibásodások eseteit.

A szemlélet mára alapvetően megváltozott az ATEX 94/9 direktíva életbe léptetésével, ami már nem tesz különbséget robbanásvédelmi szempontból villamos és nem villamos (gépészeti) berendezés között. A hivatkozott rendelet a gyártó kötelességévé teszi, hogy a potenciálisan robbanásveszélyes területen alkalmazni kívánt, nem villamos berendezésekre is, megfelelő robbanásbiztos kivitelű szerkezeteket alakítson ki. A gyártónak kötelessége, hogy a szándékolt alkalmazásnak megfelelően elvégezze a lehetséges gyújtóforrások azonosítását és ezek hatásossá válásának értékelését normál működés, előre látható valószínűsíthető meghibásodások, illetve ritkán előforduló meghibásodások esetén.

A Davy lámpa felfedezése óta eltelt közel két évszázadban felerősödött a törekvés az élet minden területén a biztonság növelésére, az emberi élet védelme érdekében. Sir Humphry Davy találmánya egy olyan korban született, ahol ezek a törekvések még gyermekcipőben jártak, ami csak növeli a Davy lámpa fontosságát és értékét.

Drahos Mihály