耐火ガス

耐火ガスとは、炭鉱で見つかる可燃性ガスのことで、典型的には炭層メタンです。^{[1]特に石炭が}瀝青質の地域で見つかります。このガスは石炭と隣接地層のポケットに蓄積され、そこを突き抜けると放出されて爆発を引き起こす可能性があります。歴史的には、このようなポケットが高圧になると「悪臭の袋」と呼ばれていました。^[2]

名前

湿気は、イギリスと北アメリカの炭鉱で見つかるすべてのガス（空気以外）の総称です。^[1]

防火性ガスの他に、他のガスとしては、黒ガス（二酸化炭素、水蒸気、その他のガスの非呼吸性混合物）、白ガス（燃焼によって生成される一酸化炭素およびその他のガス）、特徴的な腐った卵の臭いを伴う有毒で爆発性のある悪臭ガス（硫化水素）、防火性ガスまたは石炭粉塵の爆発後に生成される、知らぬ間に致命的な後ガス（一酸化炭素およびその他のガス）などがあります。

語源

よくハイフンで区切られて fire-damp と表記されるこの用語は、可燃性の地下鉱山ガスを指し、前半は古英語のfyrを経て、ゲルマン祖語の「火」を意味するfūrに由来している（この語源はオランダ語とドイツ語で同じ。元の綴りは古期サクソン語、フリジア語、ノルウェー語、中期オランダ語、古期高ドイツ語でも同様）。後半の「damp」（湿気を意味すると最も一般的に理解されている）の意味は、少なくとも 18 世紀の最初の 10 年間までに、より新しい無関係な意味から切り離された証拠を示している。このとき、「vapor」の元の関連する意味もゲルマン祖語の語源であるdumpazに由来しており、この語源は英語の直前の語源である中期低ドイツ語のdump を生み出した（古期英語の媒介語の記録はない）。最初の語源と同様に、ゲルマン祖語のdampazは、古高ドイツ語のdamph、古ノルド語のdampi、現代ドイツ語のDampfなど、多くの同義語を生み出した。Dampfは現在でも「蒸気」と翻訳されている。^[3]

地雷による死亡への寄与

可燃性ガスは濃度4%から16%で爆発性があり、爆発のほとんどは濃度10%前後で起こる。ジョーディランプやデービーランプが発明される前は、炭鉱で多くの死者を出した。^[4]安全ランプが一般的に使用されるようになった後も、黄鉄鉱に汚染された石炭を金属工具で叩いたときに発生する火花によって可燃性ガス爆発が起こる可能性があった。空気中に石炭の粉塵が存在すると可燃性ガスによる爆発の危険性が高まり、可燃性ガスがなくても爆発を引き起こす可能性があった。イギリスのタインサイド炭鉱では、黄鉄鉱に汚染された瀝青炭という致命的な組み合わせがあり、可燃性ガス爆発による事故で多数の死者が出た。1835年にはウォールセンドで102人が死亡した。 ^[4]

鉱山の可燃性ガスの問題は、 1677年までに王立協会の注目を集めており^[5]、1733年にジェームズ・ローサーは、ホワイトヘブン近郊のサルトムで新しい坑道の坑道を掘っていたとき、黒い石の層が石炭層に突き破られ、大規模なガス放出があったと報告した。ろうそくで点火すると、「直径約0.5ヤード、高さ約2ヤード」の安定した炎が上がった。炎が消え、黒い石をより広く貫通したため、ガスが再点火され、直径1ヤード、高さ約3ヤードの大きな炎が上がり、消火に苦労した。送風機は坑道からパネルで仕切られ、地上にパイプで接続されたが、2年半以上経った後も、送風機は以前と同じ速さで継続し、数秒で大きな袋を満たした。^[6]協会のメンバーはサー・ジェームズ・フェローを選出したが、論文の著者であるカーライル・スペディングの「この種の蒸気、または湿った空気は、炎以外では火がつきません。火花も影響しません。そのため、この種の湿気の影響を受ける場所では火打ち石と火打ち金がよく使用され、かすかな光を与え、困難な状況にある作業員に大きな助けとなります。」という主張（最終的には誤りであることが判明）を改善することも、解決策を見つけることもできなかった。

1812年5月25日に92人が死亡したニューカッスル・アポン・タイン近郊のフェリング鉱山事故などの事故を受けて、ジョージ・スティーブンソンとハンフリー・デービーの両名が、安全ランプを提案し、可燃性ガスに引火することなく照明を提供することを目的とした安全ランプが誕生した。デービーは真鍮の金網を使って実験し、炎が金網を通り抜けないようにするための隙間の最大サイズと最適なワイヤの太さを決定した。^[7]裸炎がこのように金網で完全に囲まれていれば、メタンがランプ内に入り込み、炎の上で安全に燃焼することができた。スティーブンソンのランプ（「ジョーディ・ランプ」）は別の原理で作動した。炎はガラスで囲まれ、空気は十分に狭い管を通って炎に通じるため、炎は入ってくる可燃性ガスの中で逆火することはなく、また排出されるガスは酸素が少なすぎて囲まれた炎が周囲の大気に達することはなかった。安全ランプの後のバージョンでは、両方の原理が組み合わされました。

安全ランプが広く導入された後も、初期のランプは壊れやすく、簡単に破損したため、爆発は続きました。たとえば、デイビーランプの鉄の網は、ワイヤーが 1 本外れただけで安全ではなくなりました。また、光も非常に弱く (裸火に比べて)、基本設計を改善する試みが続けられました。安全ランプの炎で燃えるメタン円錐の高さから、その地域の大気中のガスの濃度を推定できます。安全で信頼性の高い電球が炭鉱で利用できるようになるのは、1890 年代になってからでした。

防火ガス笛は1913年にフリッツ・ハーバーによって防火ガスの予防的指標として開発されましたが、炭鉱での校正は最終的に非実用的であることが判明しました。^[8]

参照

参考文献

^ ab "damp | Infoplease". www.infoplease.com . 2022年9月28日閲覧。
^ William Stukeley Gresly (1882)。「Bag of foulness」。石炭採掘用語集。ロンドン：E. & FN Spon。
^ Harper, D. (nd). fire-damp の語源。オンライン語源辞典。2022年1月6日にこのリンクから取得。
^ ab ホランド、ジョン（1841）。英国の化石燃料、炭鉱、石炭貿易の歴史と説明。ロンドン：ウィテカーアンドカンパニー（デジタル版クレスビジネス経済図書館、ハーバード大学）。pp. 267–8。
^ 「鉱山の湿気について」R・モスリン(?)著 (第136号、p890、第12巻 (1677)) が、1665年の創刊以来、1800年にロンドン王立協会の哲学論文集に再録された。ロンドン: CRハットン。1809年。pp. 398–401。- フリントシャーのモスリンでの出来事を報告している。ここでも著者名でも、モスティンの方がもっともらしい。
^ローザー、ジェームズ ( 1733)。「ジェームズ・ローザー卿の炭鉱の湿った空気に関する報告。海から 20 ヤード以内に沈没。ローザー卿から王立協会に伝えられた」。哲学論文集。38 (427–435): 109–113。Bibcode : 1733RSPT ...38..109L。doi :10.1098/rstl.1733.0019。JSTOR 103830。S2CID 186210832 。
^ ハンフリー・デイビー (1816)。石炭鉱山の火災時の蒸気について: 王立協会の哲学論文集より。鉱山労働者に危険を及ぼすことなく鉱山を照らし、火災時の蒸気を消費する発明に関する説明を含む広告付き。ブルマー。
^ Margit Szöllösi-Janze: Fritz Haber 1868-1934: Eine Biographie、Verlag CHBeck、1998、ISBN 978-3406435485、p. 240-242

「実験で炭鉱でガスが爆発する様子がわかる」、月刊ポピュラーサイエンス、1919 年 2 月、ページ番号なし、Google ブックスでスキャン: https://books.google.com/books?id=7igDAAAAMBAJ&pg=PT21

[:0-1] "damp | Infoplease". www.infoplease.com . 2022年9月28日閲覧。

[2] William Stukeley Gresly (1882)。「Bag of foulness」。石炭採掘用語集。ロンドン：E. & FN Spon。

[3] Harper, D. (nd). fire-damp の語源。オンライン語源辞典。2022年1月6日にこのリンクから取得。

[Holland-4] ホランド、ジョン（1841）。英国の化石燃料、炭鉱、石炭貿易の歴史と説明。ロンドン：ウィテカーアンドカンパニー（デジタル版クレスビジネス経済図書館、ハーバード大学）。pp. 267–8。

[5] 「鉱山の湿気について」R・モスリン(?)著 (第136号、p890、第12巻 (1677)) が、1665年の創刊以来、1800年にロンドン王立協会の哲学論文集に再録された。ロンドン: CRハットン。1809年。pp. 398–401。- フリントシャーのモスリンでの出来事を報告している。ここでも著者名でも、モスティンの方がもっともらしい。

[6] ^ローザー、ジェームズ ( 1733)。「ジェームズ・ローザー卿の炭鉱の湿った空気に関する報告。海から 20 ヤード以内に沈没。ローザー卿から王立協会に伝えられた」。哲学論文集。38 (427–435): 109–113。Bibcode : 1733RSPT ...38..109L。doi :10.1098/rstl.1733.0019。JSTOR 103830。S2CID 186210832 。

[Davy1816-7] ハンフリー・デイビー (1816)。石炭鉱山の火災時の蒸気について: 王立協会の哲学論文集より。鉱山労働者に危険を及ぼすことなく鉱山を照らし、火災時の蒸気を消費する発明に関する説明を含む広告付き。ブルマー。

[8] Margit Szöllösi-Janze: Fritz Haber 1868-1934: Eine Biographie、Verlag CHBeck、1998、ISBN 978-3406435485、p. 240-242