Už jste viděli výbuch uhelného prachu?

Práce hluboko pod zemí je nebezpečná, to si uvědomuje snad každý. Horníka může něco zasypat, může dojít k průvalu vody, požárům, důlním otřesům, horník se může nadýchat nějakých plynů a v neposlední řadě může dojít k výbuchu. Jak se bránit?

Když pomineme trhaviny, tak vybuchnout mohou dvě věci – metan a uhelný prach.

Že je metan nebezpečný, horníci věděli už dávno, vždyť i ve středověku se v rudných nebo solných dolech metan občas objevil. Metan je hořlavý plyn, proto ho také máme v plynových sporácích. Ale když je koncentrace metanu ve vzduchu mezi 4,5–15 %, tak může vybuchnout, stačí malá jiskérka. Někde dokonce existovali zvláštní horníci (nebo ve Francii odsouzenci), kteří procházeli dolem se zapálenou pochodní a vypalovali metan. Když metanu bylo hodně, tak naopak on vypaloval horníky.

Že je uhelný prach výbušný, horníci velmi dlouho nevěděli. Však také uhelné doly začínají ve větší míře vznikat až na přelomu 18. a 19. století. Že je uhelný prach výbušný, si horníci uvědomili až na začátku 20. století, kdy během jednoho výbuchu na dole Courières ve Francii v roce 1906 zahynulo 1099 horníků. Jak je to možné?! Vždyť ten důl není plynující!

K výbuchům v uhelných dolech docházelo od začátku, ale vždy se to svádělo na důlní plyny, jak se tenkrát říkalo metanu. Ale už v roce 1803 bylo vysloveno nesmělé podezření, že přinejmenším za některé výbuchy snad může uhelný prach. Ve 40. letech 19. století anglický fyzik a chemik Michael Faraday vyslovil domněnku, že při výbuších podstatnou roli hraje právě uhelný prach. To se však nelíbilo ani majitelům dolů (museli by činit nějaká opatření) ani jiným vědcům. Ještě v roce 1882 známí vědci Ernest-François Mallard a Henry Le Châtelier oponovali Faradayovi, že prý uhelný prach za žádný výbuch nemůže.

U dalších výbuchů se už uhelný prach bral v úvahu, například 2. dubna 1903 v německém Horním Slezsku po výbuchu na dole Královna Luisa ve městě Zabře (mezi Katovicemi a Glivicemi, dnes Polsko), kdy zemřelo 23 horníků. Byl to důl, kde se metan nevyskytoval. Přeživší horníci potom uváděli, že krátce před výbuchem ucítili silný závan vzduchu, který jim zhasl lampy. Jeden z nich měl dokonce dojem, že situace připomíná výbuch plynu v roce 1899.

Postupně byly vyloučeny různé jiné příčiny jako právě metan (v dole se metan nevyskytoval), takže vlastně zbyla jediná možnost – výbuch uhelného prachu. Pravděpodobně došlo k tomu, že při trhacích pracích výbuch jedné nálože zvířil všude ležící usazený uhelný prach a druhý výbuch zapálil směs uhelného prachu a vzduchu. Taková směs hoří velmi prudce. Tak prudce, že to vnímáme jako výbuch.

Po katastrofě byla přijata různá opatření – horníci měli kropit chodby vodou, uhelný prach se měl vyvážet nahoru a také bylo zakázáno ucpávat nálože v otvorech uhelným prachem, což bylo častou praktikou (nálož se musí ucpat, aby výbuch šel do horniny nebo uhelné sloje, nikoliv vyvrtaným otvorem ven, to by pak fungovalo jako hlaveň pušky). A také byla zřízena komise ze zástupců důlních inženýrů ze státních i soukromých dolů, která měla zkoumat nebezpečí vyplývající z uhelného prachu a navrhnout potřebná opatření.

Nevím, zda komise stačila k něčemu dospět, ale přišel rok 1906 a s ním katastrofa, která už všechny o nebezpečí uhelného prachu přesvědčila. Na francouzském dole Courières 10. března 1906 při výbuchu zahynulo 1099 horníků. K výbuchu uhelného prachu došlo pravděpodobně opět v důsledku trhacích prací.

Potvrdilo se to, co už o více než půl století dříve tvrdil anglický vědec Michael Faraday, totiž že uhelný prach je také nebezpečný, dokonce nebezpečnější než metan.

Všechno zlé je k něčemu dobré. Po této katastrofě byla přijata různá opatření, která měla zmírnit riziko výbuchu uhelného prachu a navíc začalo vznikat organizované báňské záchranářství (ano, do té doby neexistovalo). Ve zmiňovaném Horním Slezsku vznikla Ústřední báňská záchranná stanice už v roce 1907.

Dobrá, známe příčinu, tak teď musíme hledat nějaké řešení, které by zabránilo výbuchům nebo alespoň jeho následkům. Něco lepšího než pouhé kropení vodou. A na to přišel polský profesor Wacław Cybulski, který si uvědomil, že výbuch má dvě fáze – nejprve letí tlaková vlna a teprve potom oheň, který má teplotu 1200 °C nebo i vyšší.

Ty dvě fáze jsou vidět i na následujícím videu z pokusného dolu Barbora v Polsku, kde mají na takovéto výzkumy pokusnou štolu.

Video: Výbuch uhelného prachu v pokusné štole. K výbuchu bylo použito 65 kg uhelného prachu, na prvních 10 metrech bylo uhelného prachu 15 kg a na zbývajících 90 metrech rozsypali 50 kg.

Wacław Cybulski tedy začal na pokusném dole instalovat dřevěné nosníky, na kterých volně ležela prkna a na nich byl nasypaný kamenný prach – velmi jemně mletý jako hladká mouka. Princip je takový: tlaková vlna shodí prkna s kamenným prachem, který se zvíří a vytvoří hustý oblak, v němž je málo kyslíku, a právě to ten oheň zastaví. Česky se tomu říká protivýbuchová uzávěra.

Avšak na dolech s vysokou vlhkostí kamenný prach vlhl a začal tvořit hrudky, a hrudky už nedokázaly vytvořit tak hustý oblak prachu, který by byl schopen zastavit oheň. Muselo se tedy vymyslet něco jiného - korýtka (vaničky) s vodou. Ale princip byl stejný – tlaková vlna opět shodila korýtka, voda se rozprskla, vytvořila aerosol, mlžku, a to opět bylo schopno zastavit oheň.

Jeden nosník s kamenným prachem nebo korýtky nestačí, musí jich být celá řada [3]. Na fotografii z jednoho polského dolu je vidět, že tam měli 18 nosníků (polic, półek), na každé bylo 81 kg kamenného prachu, takže dohromady 1458 kg jemně mletého kamenného prachu. Tedy skoro 1,5 tuny kamenného prachu!

Problém byl vyřešen. Nyní jsou v evropských dolech prachové uzávěry, vodní uzávěry (v korýtkách nebo nověji vacích, z nichž se voda neodpařuje), chodby se zkrápějí vodou a poprašují kamenným prachem, aby se uhelný prach zředil a nebyl výbušný. Zajímavé je, že v USA bezpečnostní předpisy žádné protivýbuchové uzávěry nenařizují, tam jen poprašují [4].

To, zda dojde k výbuchu uhelného prachu a jaké bude mít následky, dnes už záleží především na dodržování předpisů.