روشنایی در معادن – پیشرفت های روشنایی در معادن در قرن بیستم

پیشرفت های روشنایی در معادن در قرن بیستم

در مقاله پیشین راجع به پیشرفت های روشنایی در معادن از ابتدای استخراج تا ابتدای قرن بیستم صحبت کردیم. پیشرفت قابل توجهی در زمینه روشنایی در معدن در طول قرن 20 صورت گرفته است و اکنون در قرن 21، بهبود فناوری های موجود، توسعه فناوری های جدید و پیشرفت ها همچنان ادامه دارد. در این بخش، برخی از پیشرفت های روشنایی در معادن از اوایل قرن بیستم بحث خواهد شد. در مقاله پیشین فقد ابزارهای مورد استفاده توسط معدنکاران مد نظر بود، حالا علاوه بر معدن کاران روشنایی محیط و ماشین آلات معدن نیز مد نظر ما می باشد.

پیشرفت های لامپ کلاه برقی

چراغ معدنی به طور پیوسته به یکی از تجهیزات قابل اعتماد و ایمن برای روشنایی در معادن تبدیل شده است، که تقریبا هر معدنچی فعال در معادن زیرزمینی استفاده می کند. چند تغییر عمده در این فناوری برای چندین سال رخ داده است. پیشرفت های عمده این صنعت در قالب فناوری های جدید لامپ و باتری در حال توسعه است. در اوایل دهه 1980، باتری چراغ معدنی نیکل-کادمیوم توسط USBM و شرکت تحقیقات انرژی تولید شد. این باتری حدود 48٪ کاهش وزن ، 15٪ کاهش حجم و عمر مفید باتری 3 تا 4 سال را فراهم کرده است. یک بازتابنده جدید برای پذیرش لامپ های نوع تنگستن-هالوژن جدید در لامپ های رشته ای دو رشته ای معمولی طراحی شده است. لامپ های تنگستن-هالوژن به جای لامپ های رشته ای معمولی مورد بررسی قرار گرفت. برسی نشان داده است، که لامپ تنگستن-هالوژن قادر است، با مصرف انرژی کمتر نور لامپ معمولی را تولید کند.

از دیگر پیشرفت های طراحی چراغ های معدنی در این زمان می توان به تنظیم ارتفاع لامپ ، تارهای جداکننده و سیم های جداشده با انتهای سیم پیچ اشاره کرد تا کابل بهتر بتواند با بدن معدن کار سازگار باشد. در دهه 1970 لامپ های فلورسنت ساخت و آزمایش شد. USBM مشخصات عملکردی برای تولید چراغ های معدنی که شامل میزان نور، ظرفیت باتری، زمان شارژ، وزن سیستم و سازگاری با سخت افزارهای موجود است را تعیین کرد. چراغ های معدنی با لامپ فلورسنت هرگز نتوانستند به استفاده گسترده در معدن برسند، دلیل آن نیز اندازه ، وزن و هزینه های اولیه بالاتر بود. با این حال، چراغ های معدنی فلورسنت نصب شده برای این نوع چراغ تونلی ها توسط ماشین رواج یافته و امروزه نیز در حال استفاده هستند.

روشنایی در معادن در خدمت ماشین آلات معدنی

در نیمه دوم قرن بیستم ، با افزایش مکانیزه شدن معدن، مزیت آشکار نصب سیستم های روشنایی در معادن روی تجهیزاتی مثل تلفن همراه، تونل ها و LHD ها به رسمیت شناخته شد. در طول دهه 1970 و 1980 ، USBM چندین پروژه را که مورد بررسی نصب فناوری های مختلف روشنایی در ماشین آلات معدن بود، اجرا یا پشتیبانی کرد. در سلسله پروژه هایی روشنایی در معادن که توسط USBM انجام و یا تامین شده است ، سخت افزار روشنایی در دستگاه های معمولی، دستگاه های با زمان کاری طولانی و جبهه های طولانی Long wall نصب شده و مورد ارزیابی قرار گرفته است. این آزمایشات برای روشنایی در مناطق مختلف معادن هم در آزمایشگاه و هم در معادن زغال سنگ، معادن فلزی و غیر فلزی در ابعاد کوچک، متوسط و بزرگ نصب شده است. عملیات در سراسر کشور آمریکا برای معادن و ماسوره های سقفی توسط USBM سیستمهای روشنایی را ، جبهه های کاری طولانی long wall، تجهیزات معدنی معمولی و زغال سنگی ارزیابی شد.

 این ارزیابی ها شامل انواع مختلفی از فناوری های جدید روشنایی مانند بخار جیوه و سیستم های فلورسنت است. در تمام این آزمایشات به قرارگیری چراغ ها، توزیع نور، دوام، قابلیت اطمینان سیستم ها، نگرانی های ایمنی و چندین موضوع دیگر پرداخته شده است. همچنین USBM با ادغام با سازندگان تجهیزات تحقیقاتی و کارخانه سیستم های روشنایی در معادن افزودن پس از وارد کردن لامپ های برقی به بازار بر خلاف کارهای قبلی خود عمل کرد. و محصولات جدیدی را در زمینه نورپردازی چهره و منابع تغذیه DC کار کرد. البته آنها پا در زمینه دیگری گذاشتند و بر روی روشنایی تجهیزات معدنی کار کردند. عملکرد این سیستم ها از نظر دوام، تولید نور، سهولت در نصب، نگهداری و پذیرش توسط کارگران توسط شرکت های معدن بررسی شده است.

ورود کامپیوتر در فناوری روشنایی در معادن

ارزيابي سيستم هاي روشنايي در معادن یک فعالیت زمان بر و پرهزينه بود، زيرا كه اغلب نياز به ساختن دستگاه هاي كامل در يك مقياس واقعی داشت. بنابراین، در سال 1977 یو اس بی ام یک پروژه مشارکتی با گروه برنامه های ریاضی INC، برای ایجاد مدل های عددی برای شبیه سازی هندسه ماشین آلات معدنی و ویژگی های لامپ ها آغاز کرد تا ارزیابی های مبتنی بر رایانه انجام شود. این روش نیاز به استفاده از گونیومتر برای اندازه گیری های تجربی از نمونه های اولیه از  لامپ ها مورد استفاده برای روشنایی در معادن را دارد. کاربران از طریق ترمینال ها به کامپیوتر اصلی متصل شده و اعداد را وارد می کردند و مدل های عددی روی یک رایانه اصلی اجرا می شد.

روش جدید برای ارزیابی روشنایی در معادن از طریق مقایسه اندازه گیری های انجام شده در آزمایشگاه تحقیقاتی پیتسبورگ تایید شد ، با این حال مدل عددی مبتنی بر فریم اصلی کاربرد گسترده ای پیدا نکرد. تا دهه 1990، نرم افزار مبتنی بر رایانه شخصی  (CAP – Crew station Analysis Program) برای طراحی و ارزیابی سیستم های روشنایی در معادن برای ماشین آلات معادن زغالسنگ توسط USBM تهیه شده بود. روی نرم افزار CAP عملکردهای بیشتری اضافه شد و بسیار کاربردی تر از نرم افزارهای مبتنی بر mainframe قبلی بود که در اواخر دهه 1970 توسعه یافت. شکل زیر آنچه کاربر یک نرم افزار CAP در رایانه شخصی خود مشاهده میکند، را نشان می دهد. نرم افزار CAP به لطف تحقیقات یو اس بی ام در زمینه ارزیابی رایانه ای سیستم های روشنایی در معدن، به طور چشمگیری روش طراحی و ارزیابی سیستم های روشنایی در معادن زیرزمینی را تغییر داد. CAP هنوز هم توسط تولید کنندگان روشنایی معادن و MSHA در حال استفاده است. این نرم افزار در معیارهای MSHA برای به دست آوردن داده های بررسی روشنایی در معادن برای اظهارات تست و ارزیابی MSHA مشخص شده است.

تغییرات در قوانین ، مقررات و دستورالعمل های ایمنی روشنایی در معادن

قوانین ، مقررات و دستورالعمل های ایمنی برای روشنایی در معادن طی قرن بیستم بارها مورد ارزیابی مجدد قرار گرفت و تغییر یافت. این تغییرات با تلاشهای تحقیقاتی BCR در مورد بررسی حداقل میزان نور مورد نیاز کارگران، مشکلات تابش خیره کننده، نورپردازی پس زمینه و سایر موارد بهینه شده است. طبق قراردادهای USBM در سال1977 قسمتی از این آژانس به وزارت کار منتقل و به مدیریت معادن و ایمنی اجباریMESA) –Mining (Enforcement and Safety Administration تغییر نام داد. MESA وظایف ایمنی را که قبلا وجود داشت ، به عهده گرفت. MSHA واحدی از این سیستم بود که وظیفه کنترل، ایجاد و اجرای ضوابط برای روشنایی در معادن را برعهده داشت. تلاش های MSHA در دهه 1970 منجر به تهیه دفترچه راهنما برای طراحی سیستم های روشنایی در معادن برای تجهیزات متحرک معادن زیر زمینی شد.  USBM در سال 1982 کتابچه راهنمای روشنایی معدن زغال سنگ زیرزمینی را منتشر کرد. این کتابچه راهنمای عمل به عنوان مرجع کامل برای اپراتورهای معدن زغال سنگ زیرزمینی و طراحان تجهیزات بود. این کتاب شامل بخش هایی در مورد تاریخچه روشنایی در معادن زیرزمینی، ملاحظات فنی، فیزیک نور، رابطه نور و بینایی و موضوعات تابش خیره کننده است.

دو قانون که روشنایی در معدن را متحول کرد

دو قانون اساسی در آمریکا از نیمه دوم قرن بیستم تصویب شد، که روشنایی در معادن را متحول کرد. این دو قانون، قانون بهداشت و ایمنی معادن زغال سنگ فدرال سال 1969 و قانون ایمنی و بهداشت معدن فدرال 1977 است.

• قانون بهداشت و ایمنی معادن زغال سنگ فدرال سال 1969

آیین نامه هایی برای روشنایی معادن زغال سنگ از قانون بهداشت و ایمنی معدن زغال سنگ در سال 1969، قانون عمومی 91-173 ، که به آن قانون زغال سنگ نیز گفته می شود ، تنظیم شد. این قانون در مورد حداقل روشنایی در معادن بود، که به دلیل اعتراضات شدید مالکین معدن و نداشتن دلیل کافی رد شده و  USBMو MSHA مجبور شدند با همکاری دفتر ملی استاندارد تحقیقات گسترده ای را انجام دهند. که در اکتبر 1976 تحقیقات به نتیجه رسید و میزان حداقل روشنایی در معادن برای انواع مشاغل شش صدم لمبرت پا توصیه شد. این دو نهاد 44 سمینار برای 1000 نفر ترتیب دادند و نفوذ این سمینار ها به حدی بود که معادن زغال سنگ Westmoreland برای آزمایش تجهیزات روشنایی در معادن خود، آزمایشگاه خصوصی تامین کند.

• قانون ایمنی و بهداشت معدن فدرال سال 1977

با توجه به تصویب قوانین برای روشنایی در معادن زیرزمینی ، قانون ایمنی و بهداشت معدن فدرال در سال 1977، قانون عمومی 95-164 را برای تعمیم قانون زغالسنگ به معادن فلزی و غیر فلزی را نیز تصویب کرد. مراحل تعیین پذیرش سیستم های روشنایی در معادن طبق آیین نامه ها در این قانون ارائه شده است. در آیین نامه های توصیه ها و روش های برای تعیین این که آیا سیستم ها سه شرط پذیرش با عنوان مجاز بودن، تامین روشنایی کافی، و به حداقل رساندن ناراحتی و درخشش بود. اندکی پس از این عمل در سال 1977 ، USBM تحقیقات روشنایی برای معادن فلزی / غیر فلزی را آغاز کرد. تمرکز این کار بر ایجاد حداقل میزان درخشندگی بود. این تحقیق به صورت تجربی بر اساس تشخیص موضوع انسانی از خطرات متداول برای معادن فلزی / غیر فلزی انجام شده است. بیش از 13000 اندازه گیری عملکرد تست بصری برای این تحقیق استفاده شده است. در نتیجه ، محدوده های مختلفی از حداقل درخشندگی برای ایمنی برای کارهای بصری رایج که در معادن فلزی و غیر فلزی وجود دارد ، توصیه می شود. وظایف بصری شامل شناسایی ترک سقف، تشخیص حرکت سنگ، تشخیص کف و قلوه سنگ، تشخیص حرکت محیطی و تشخیص بیرون زدگی بود. روش های پیشنهادی روشنایی در معادن برای چراغ های معدنی، چراغهای سوار بر ماشین و چراغ های تونلی قابل حمل / ثابت ایجاد شد.

تحقیقات روشنایی معادن در زمان حال

امروزه در آمریکا NIOSH به منظور بهبود ایمنی معدنچیان ، به پیشبرد تحقیقات روشنایی در معادن ادامه می دهد. امروزه فناوری جدید نورپردازی LED ها مطرح تر هستند. و آن ها توانسته اند روشنایی در معادن را متحول کنند. ال ای دی های سفید در مقایسه با یک لامپ رشته ای ، به طور کلی مقاوم تر هستند و می توانند بیش از 50000 ساعت عمر کنند، در حالی که لامپ های رشته ای  1000 تا 3000 کار می کنند. محققان NIOSH در حال بررسی موضوعات انسانی و جنبه های فناوری LED برای بهبود ایمنی معدنچیان هستند. مسائل مربوط به عوامل انسانی عملکرد بینایی مرتبط با سن برای شناسایی خطرات معدن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج یک مطالعه مقایسه ای با استفاده از یک چراغ معدنی رشته ای، یک لامپ LED در دسترس تجاری و یک چراغ معدنی LED نمونه اولیه NIOSH بیانگر پیشرفت های قابل توجهی برای افراد مسن هنگام استفاده از چراغ های معدنی LED نمونه اولیه NIOSH است. تشخیص خطر حرکت 15.0٪ بهبود یافته است ، تشخیص خطر رانش لایه ها 23.7٪ بهبود یافته است، و تابش ناراحت کننده که چشم را خسته می کند 45.0٪ کاهش یافته است. چراغ معدنی LED همچنین برای درک بهتر فناوری برای اطمینان از کاربرد مناسب برای استخراج معادن مورد بررسی قرار گرفته است. تحقیقات NIOSH در معادن فلزی،غیر فلزی و معادن زغال سنگ برای روشنایی در معادن با LED نصب شده در ماشین آلات معدن در حال گسترش است.

کلام آخر

تحقیقات در زمینه روشنایی در معادن توسطUSBM  بسیاری از موارد از جمله مجاز بودن، جنبه های عوامل انسانی در عملکرد بینایی، منابع انرژی لامپ الکتریکی و فن آوری های جدید روشنایی را بطور خلاصه بررسی کرده است. صنعت معدن براساس تحقیقات USBM ساخت لامپ های رشته ای را اصلاح و بهبود داد تا خطر ایجاد انفجار در صورت خرابی لامپ به حداقل برسد. یو اس بی ام با تعیین اینکه چراغ برقی ایمن و قابل اعتماد است ، راه را برای پذیرش روشنایی برقی در صنعت معدن هموار کرد و تحقیقات مربوط به فن آوری های جدید روشنایی مانند لامپ های تنگستن-هالوژن و روشنایی فلورسنت ، و همچنین نرم افزار های فناوری روشنایی را برای لامپ های نصب شده در ماشین انجام داد. پیشرفت چراغ معدنی شامل فناوری باتری Ni-Cd است که باعث کاهش وزن باتری 48٪ می شود. بسیاری از فناوری هایی که USBM مورد تحقیق قرار داده است ، هنوز هم در حال استفاده از نرم افزار مبتنی بر رایانه CAP هستند که هنوز ابزاری de-facto است که برای ارزیابی روشنایی در معدن مورد استفاده قرار می گیرد. مقررات فدرال برای روشنایی معدن که آمریکا و حتی ایران امروز از آن استفاده می کنیم هنوز بر اساس الزامات روشنایی تعیین شده توسط USBM است.