XXXV. Verfahren, welches zu Douchy befolgt wurde, um beim Abteufen von Schachten durch bedeutende Wasserschichten mittelst comprimirter Luft zu dringen. Aus dem Recueil de la Société polytechnique, 1847, Nr. 30. Mit Abbildungen auf Tab. IV. Verfahren zum Abteufen von Schachten mittelst comprimirter Luft. Der Bergwerks-Ingenieur Blavier erstattete über diesen Gegenstand folgenden Bericht: Die sehr schwammige Beschaffenheit einiger, das obere Stockwerk der Kreideformation bildenden Bänke läßt dort manchmal außerordentlich starke Wasserschichten (Tagewasser) sich ansammeln, welche von den Grubenleuten im Norddepartement Niveaux genannt werden, und durch welche, ungeachtet ihres geringen Abstandes vom Tage, doch nur mittelst mechanischer Mittel von sehr großer Kraft hindurchzugelangen ist. An einigen Stellen der Muthung der Gruben zu Douchy (Nord) haben diese, beinahe an der Oberfläche befindlichen Niveaur eine solche Mächtigkeit, daß es trotz der Anwendung einer Dampfmaschine von 80 Pferdekräften, welche auf 4 Pumpenstiefel von 35 Centimeter Durchmesser wirkte, vor ungefähr 10 Jahren nicht gelang ihrer Herr zu werden und in einer Tiefe von 20 Meter auf feste, wasserdichte Bänke zu stoßen, auf welche man sich setzen könnte, um zu hauen. Man mußte deßhalb auf die Absinkung eines zu diesem Zwecke für nützlich erachteten Schachts verzichten. In der Mitte des letzten Octobers (1846) wurde abermals die Absinkung eines Schachts in derselben Gegend unternommen und durch ein neues, sehr sinnreiches Verfahren mittelst einer einzigen Dampfmaschine von 14 Pferdekräften wurden die Schwierigkeiten besiegt; man konnte 20 Meter tief vom Boden aus auf compacten thonigen Kalksteinen eine mit Spitzen versehene Bühne (trousse picotée) auflegen, auf welche die Schachtverzimmerung fest aufgesetzt werden könnte. Dieses Verfahren soll hier näher beschrieben werden. Wir besichtigten diese Arbeit zu drei verschiedenen Malen, am 17. Oct. 1845, am darauffolgenden 5. und 28. December. Bei unserem ersten Besuch begann die Arbeit; der Boden des angefangenen Schachts (avaleresse) war kaum 1 Meter unter dem obern Niveau des Wassers, also nahezu 2,50 Meter unter dem Erdboden. Am 5. Dec. war man 17 Meter unter dem Boden; man hatte schon ein erstes Niveau von 15,40 Meter Tiefe durchgearbeitet und konnte auf eine Thonbank eine erste mit Spitzen versehene Bühne legen, auf welche die Schachtzimmerung gesetzt wurde, und schon war man im Durcharbeiten des zweiten Niveau begriffen, welches bis auf 20 Meter hinuntergeht. Bei unserm letzten Besuch war man dem Grund des zweiten Niveau schon sehr nahe; man war mit Wiederherstellung einiger bei der Arbeit vorgekommenen Beschädigungen beschäftigt, von welchen weiter unten die Rede seyn wird. Acht Tage nach diesem letzten Besuch war das Niveau durchgearbeitet und die Schachtzimmerung saß auf einer mit Spitzen in gutem Grund (starke Lachter) eingehauenen Bühne. Von da an hielt man die großen Schwierigkeiten für überwunden und die Verfolgung des Schachtbaues schien in eine gewöhnliche Absinkungsarbeit überzugehen.Seitdem überzeugte man sich aber, daß unterhalb der starken Lachter (fortes toises) sich wieder ein Tagwasser befand, und zwar ein noch stärkeres als die obern, dessen man nur mittelst comprimirter Luft Herr werden konnte. Das nun zu beschreibende Verfahren ist eine sehr sinnreiche Modification der Taucherglocke. Zuerst bediente sich desselben der Civil-Ingenieur TrigerPolytechn. Journal Bd. LXXXIII S. 350. im Jahr 1839 im Maine-Loire-Departement, um einen Schacht durch angeschwemmten Sand abzuteufen, welcher auf den sehr zahlreichen, in das Loire-Bett gleichsam gesäeten Inseln über dem festen Gestein eine 15–16 Meter dicke Fläche bildet, die durch leichtstattfindende Infiltrationen mit dem Fluß in unmittelbarer Verbindung steht. Doch mußten, obgleich das Verfahren in dem Loire- und im Nord-Departement dem Principe nach gleich war, örtlicher Verhältnisse, besonders der Natur des Bodens wegen, in letzterm Departement viele Modificationen eintreten. So bediente man sich im Maine-Loire-Departement, um durch den Sand zu arbeiten, als Schachts einer Röhre oder eines Cylinders von Eisenblech von 1,5 Met. Durchmesser, welche durch die Alluvial-Ablagerung eingetrieben wurde. Im Nord-Departement hingegen war ein großer Schacht erforderlich; man konnte nicht daran denken eine Röhre von 3 Meter Durchmesser durch Kreidebänke einzutreiben; man machte einen gezimmerten Schacht, welcher auf gewöhnliche Weise aus aneinander gefügten Vierungen zusammengesetzt wurde. Das Princip des neuen Verfahrens ist einfach. Statt das Wasser aus der in den Boden gemachten Höhlung auszuziehen (auszupumpen), um sie trocken zu erhalten, damit die Bergleute arbeiten können, wird mittelst einer Luftpumpe in dieselbe Höhlung Luft eingetrieben, um das Wasser auf den Wegen, die es herbeiführten, wieder zurückzutreiben; dasselbe wird also durch die Spannung der comprimirten Luft im Gleichgewicht erhalten. Um dieses Resultat zu erhalten und zugleich das Ein- und Austreten der Arbeiter und das Herausschaffen des beim Aushöhlen der Grube sich ergebenden Abraums möglich zu machen, bedient man sich eines gußeisernen Cylinders von 2 Meter Durchmesser und 3,60 Meter Höhe; es ist dieß die sogenannte Luftkammer (sas à air). Dieselbe ist oben und unten verschlossen. Die wesentlichen Theile an diesem Cylinder a, a, a, a Fig. 2 sind folgende: 1) Ein Sicherheitsventil b. 2) Zwei Thüren oder Klappen c, d, welche an der oberen und unteren Basis der Kammer angebracht sind und sich an Scharnieren öffnen, die obere von außen nach innen, die untere von innen nach außen; diese Thüren sind Rechtecke und so groß, daß Menschen und prismatische Kästen mit rechteckigen Endflächen von etwa ½ Hektoliter Rauminhalt zum Ausbringen des Abraums hindurch können. 3) Eine Röhre e zum Eintreiben von Luft in den Apparat. Diese Röhre, welche durch die Kammer geht und über deren untere Endfläche nur um zwei Decimeter hinausreicht, ist in Verbindung mit einer doppeltwirkenden Luftpumpe (Druckpumpe), die durch eine Dampfmaschine von 14 Pferdekräften in Bewegung gesetzt wird. Der Durchmesser des Kolbens der Luftpumpe beträgt 0,41 Meter, der Kolbenlauf 0,90 Meter. Dieselbe Röhre ist mit einem Hahn g versehen, damit man beim Eintritt eines Unfalls oder bei einer Reparatur am Blasecylinder den Druck unterhalten kann. 4) Zwei Hähne h, h′ an der obern und untern Endfläche der Kammer dienen zu dem unten angegebenen Zweck. 5) Eine Röhre f, welche durch die Kammer bis auf den Grund der Ausgrabung hinunter geht, hat den Zweck daß in gewissen Fällen das Wasser in ihr aufsteigt, um die Reinigung des Schachtbodens zu erleichtern und den Boden trocken zu legen. An dieser Röhre ist ein Hahn j angebracht, welcher geöffnet wird, wenn man Wasser auslaufen lassen will. 6) Zum Hinaufziehen des beim Ausgraben sich ergebenden Abraums mittelst der erwähnten prismatischen Kästen wurde in der Luftkammer eine Winde angebracht, wie sie die Abbildung zeigt, und ein mit einer viereckigen Oeffnung versehener Fußboden t, worauf sich die Männer stellen, welche diese Winde in Bewegung zu setzen haben. Auf diesen Fußboden wird auch ein Theil der mit Abraum angefüllten Kästen abgestellt, ehe man sie zu Tage fördert. Die Behandlung des Apparats ist leicht zu verstehen. Angenommen die Arbeit sey im Gange. Der Boden des Schachts liegt trocken; die Arbeiter stehen auf dem Boden und graben aus. Unter diesen Umständen ist die obere Thüre c geschlossen und die untere d offen. Der Hahn h an der obern Basis der Kammer ist geschlossen; hinsichtlich des untern Hahns h′ ist es gleichgültig ob er offen oder geschlossen ist. Daß der Hahn j der aufsteigenden Säule geschlossen ist, versteht sich von selbst. Wenn der beim Ausgraben entstandene Abraum mittelst der Windevorrichtung und der prismatischen Kästen hinaufgezogen ist und, wie eben gesagt, auf dem Fußboden t steht und die Arbeiter also ihre Aufgabe (Schicht) beendigt haben, so müssen die gefüllten Kästen zu Tage gefördert, leere dafür hergeschafft, und die Arbeiter durch eine neue Post ersetzt werden. Zu diesem Behufe wird die untere Thüre d der Kammer geschlossen; man sperrt den untern Hahn h′ ab und stellt, indem man den obern Hahn h ein wenig öffnet, eine Verbindung zwischen der Kammer und der äußern Atmosphäre her. Die comprimirte Luft in der Kammer tritt dann wegen ihrer Spannung mit einem scharfen und lange andauernden Pfeifen aus. Man öffnet den Hahn h immer mehr. Nach Verlauf von 15–20 Minuten ist das Gleichgewicht zwischen dem äußern und innern Druck der Kammer vollkommen hergestellt, die Thüre c öffnet sich durch ihr eigenes Gewicht und die Arbeiter verlassen die Kammer. Mittelst eines außen aufgerichteten Aufzugs (einer Winde) i werden die mit Abraum gefüllten Kästen aufgezogen. Man ersetzt dieselben sogleich durch andere leere Kästen und die Arbeiter der neuen Schicht steigen in die Kammer hinab. Hierauf wird umgekehrt verfahren; man schließt die obere Thüre c, sperrt den Hahn h ab und öffnet allmählich den untern Hahn h′. Augenblicklich dringt die comprimirte Luft der Grube durch letztern in die Kammer, worin der Druck stufenweise zunimmt, bis das Gleichgewicht zwischen dem Raum unter ihr und im Innern der Kammer wiederhergestellt ist. In diesem Augenblick öffnet sich die untere Thüre d durch ihr eigenes Gewicht, und die Arbeiter steigen auf Leitern auf den Boden des Schachtes hinab. Sowohl während der Zeit, als das beschriebene Manöver dauert, als vorher und nachher, kurz immer oder so lange der Schacht trocken erhalten werden soll, muß die Dampfmaschine im Gang seyn und die Druckpumpe durch das Einführungsrohr Luft eintreiben; denn sobald darin eine Unterbrechung stattfindet, steigt das Wasser im Schacht, aber langsam, weil es durch die Spannung der Luft Widerstand erfährt. Hätte die Luft gar keinen Ausweg, so wäre das zwischen dem Luftdruck und dem Wasser hergestellte Gleichgewicht permanent, und würde der Schacht ohne neues Luftauslassen trocken bleiben. Durch die Poren des Erdreichs geht aber sowohl im Boden als seitlich eine bedeutende Menge Luft verloren; man kann dieß nach der Luftmenge bemessen, die man unaufhörlich in den Schacht treiben muß, um darin einen constanten Druck zu unterhalten. Diese Luftmenge ist nach der Tiefe, zu welcher man gelangte, sehr verschieden; so war, wenn der Manometer 1¼ Atmosphären Druck anzeigte, die Anzahl der erforderlichen Kolbenhube des Blascylinders, um den Schacht trocken zu erhalten, sehr nahezu 50, während sie 80 betrug, wenn der Manometer 2½ Atmosphären Druck anzeigte; es gingen also im ersten Fall ungefähr 5,85 Kubikmeter Luft und im zweiten 9,36 Kubikmeter per Minute verloren. Das Steigrohr f kommt nur dann in Gebrauch, wenn durch irgend einen Zufall, durch eine Unterbrechung der Blasemaschine oder sonst eine Ursache, das Wasser in dem Schacht auf eine gewisse Höhe gestiegen ist, und man denselben trocken legen will. Wenn man die Blasemaschine in Thätigkeit setzt, so wird allerdings das Wasser in die Canäle, welche es herbeiführten, zurückgetrieben; zuweilen aber, wenn der Boden nicht sehr offen, nicht sehr rissig ist, geht diese Zurücktreibung sehr langsam von Statten. In diesem Fall nun öffnet man den Hahn j und das auf seiner Oberfläche gepreßte Wasser steigt dann in der Röhre hinauf und wird so rascher aus dem Schacht hinaus getrieben. Es könnte scheinen, daß es nicht vortheilhaft sey, das Austreiben des Wassers auf diese Weise zu bewerkstelligen, weil dasselbe beinahe 4 Meter über sein natürliches Niveau gehoben werden muß, damit es außerhalb der Luftkammer ablauft; dieser Einwand ist aber nicht begründet, denn man bringt das Wasser durch eine sehr sinnreiche Vorkehrung auf eine viel bedeutendere Höhe, als dem vom Manometer angezeigten Druck entspricht. Das Mittel hierzu besteht darin, daß man in die Entleerungsröhre in der Nähe des Wasserspiegels, etwas darüber, kleine Löcher bohrt, durch welche etwas Luft eindringt. Bei seinem raschen Eindringen zieht dieser Luftstrom das Wasser nach, und überdieß wird durch die vielen circulirenden Luftblasen ein Medium erzeugt, dessen mittleres specifisches Gewicht geringer ist als dasjenige des Wassers. Durch allmähliches Verstopfen einer mehr oder weniger großen Anzahl kleiner Löcher mit Thon und Beobachten des Erfolgs, nämlich des zunehmenden Sinkens des Wassers, ist der Arbeiter bald im Stande die Luftmenge genau zu bestimmen, welche man bei einer gegebenen Tiefe eintreten lassen muß, um das Maximum der Wirkung hervorzubringen. Wir haben nun zu erklären, wie das Absinken und successive Setzen der Vierungen der Schachtzimmerung bewerkstelligt wird. Die 10 Stücke, aus welchen jede Vierung (Rahmen der Schachtzimmerung) besteht, wurden mittelst an den Ecken angebrachter eiserner Bänder miteinander verbunden. Trotz des Beschlägs würde der Druck auf die Theile der Zimmerung dieselben aber doch auseinander reißen und die Luft mit Gewalt entweichen und die Operation unausführbar machen, wenn man die Ecken nicht mit festem Lehm bestreichen und jede Fuge welche durch einen gellenden Pfiff angezeigt wird, sorgfältig verschließen würde. Denken wir uns die Zimmerung in einer gewissen Tiefe, so wird die Absinkung auf folgende Weise fortgesetzt. Die Arbeiter höhlen den Boden mittelst der gewöhnlichen Werkzeuge aus; sobald durch die Arbeit im ganzen Umkreis des Schachts und in einem hinlänglich großen Durchmesser das Gestein 1 Fuß tief bloßgelegt ist, wird der Boden 4–7½ Zoll dick mit compactem Lehm (diève) ausgelegt und auf diese künstliche Wand setzt man eine (zehneckige) Bekleidung aus 2 Zoll dicken Buchenbrettern. Nachdem man etwas über einen Meter unter der letzten Vierung abgeteuft hat, setzt man die Zimmerung ein, indem man, wie bemerkt, die Stücke woraus sie besteht, mit Beschlägen versieht, und alle Ecken und Zwischenräume mit Kupfer belegt. Im obern Theil des Schachts, nämlich unmittelbar unter der Luftkammer, wurde mittelst sich verengernder Vierungen (welche 4 Meter unter der Basis der Luftkammer wieder so weit als der Schacht wurden) eine dichte innere Verkleidung von Lehm angebracht, um so viel als möglich jedes Entweichen von Luft zu verhindern. Mittelst dieser Vorkehrungen ging die Arbeit bis auf eine Tiefe von 17–18 Meter unter dem Boden ziemlich leicht vor sich. Als man an dem Punkt anlangte, wo der in die Luftkammer gebrachte Manometer 2 6/10 Atmosphären anzeigte, traten einige Unfälle ein; der ganze obere Apparat sammt allem, was er einschloß, wurde erschüttert, aus seiner Stellung gebracht, ja sogar etwas gehoben; durch die Spalten, welche diese Verrückung verursachte, drang die Luft gewaltsam heraus und erzeugte eine Art heftigen und plötzlichen Sturms, wobei ein beträchtlicher Theil der Lehmbekleidung weggeschleudert wurde, indem sie um den Schacht herum in einem Durchmesser von 10–12 Meter durch die aus den Spalten des Bodens hervordringende Luft aufgerissen wurde. Die Kammer mußte nun wieder lothrecht eingesetzt werden, wobei man sie mit der untern Zimmerung mittelst eiserner Stangen verband. Man stellte die auseinandergerissenen Theile der Zimmerung wieder her, erneuerte die obere Lehmbekleidung, indem man den Schacht mittelst der beschriebenen Verfahrungsweisen allmählich entleerte und vermochte so mit dem Absinken wieder fortzufahren, welches man bis auf 20 Meter fortsetzte. In dieser Tiefe konnte man, wie gesagt, ein Bühnloch mit Spitzen legen, auf welches die Zimmerung gesetzt wurde. Der stärkste Druck auf welchen die Luft gegen das Ende der Arbeit gebracht wurde, war 3 Atmosphären (2 wirkliche Atmosphären); nach den Erscheinungen beim Abteufen, den Unfällen welche sich dabei ereigneten, dem Zustand der Arbeiter etc., ist anzunehmen daß man ziemlich an die Gränze der Tiefe gelangte, welche nach den Boden- und andern Verhältnissen zu Douchy mittelst comprimirter Luft erreichbar ist. Um diesen Bericht zu vervollständigen, haben wir noch einige physische oder physiologische Wirkungen zu besprechen, welche sich bei der Arbeit in comprimirter Luft einstellen. Sobald man in der Luftkammer nach Absperrung der äußern Luft, den untern Hahn öffnet, empfindet man auf dem Trommelfell eine sehr unangenehme Wirkung, eine Art schmerzhaften Summens. Dieses Gefühl dauert höchstens 20–30 Secunden; man vermindert die Dauer desselben, wenn man heftig einathmet und den Speichel oft und schnell hinunterschluckt. Ist dieses Gefühl vorüber, so empfindet man keinen Schmerz und überhaupt keine unangenehme Empfindung mehr, so lange man auch in der comprimirten Luft bleibt. Wir verweilten zwei Stunden unausgesetzt darin, ohne das mindeste zu empfinden. Die Arbeiter verweilen sechs Stunden darin, ohne einen Schmerz zu empfinden. Doch, scheint es, athmet man etwas schwieriger als in freier Luft; denn man empfindet ein Wohlbehagen, wenn man, um sich zum Austreten vorzubereiten, in der Kammer die comprimirte Luft verdünnt. In comprimirter Luft von 2½ und 3 Atmosphären, ist man, wenn man einen Ton von sich zu geben versucht, in einen außergewöhnlichen physiologischen Zustand versetzt. Umsonst versucht man zu pfeifen, die Luftsäule kann nicht in Schwingung versetzt werden und das Sprechen erfordert eine gewisse Anstrengung. Die Circulation des Bluts scheint in der comprimirten Luft weder beschleunigt noch langsamer zu werden; wir zählten nämlich dem Director der Anstalt und dem Aufseher, welche uns begleiteten, ehe wir in die Kammer eintraten, die Pulsschläge, und fanden nach einem stundelangen Aufenthalt in der auf 2,6 Atmosphären comprimirten Luft gar keine Veränderung. Dieselbe Beobachtung machten wir auch an uns selbst. Wenn man aus der Luftkammer zu Tage steigen will, und den, die Verbindung der Kammer mit der äußern Luft herstellenden Hahn auch nur ein wenig öffnet, so wird der Cylinder von einem dichten Nebel erfüllt und man fühlt eine empfindliche Kälte in Folge des Wärmeverlusts, welchen jeder Körper in einer Luft erleidet, die sich zu verdünnen strebt bis das Gleichgewicht des Drucks zwischen innen und außen hergestellt ist. Daraus daß die Wirkungen der comprimirten Luft auf die thierische Oekonomie, so lange als man sich gewöhnlich in ihr befindet, nicht wahrnehmbar sind, darf man jedoch nicht folgern, daß sie ohne Einfluß auf dieselbe ist; nach Erkundigungen, welche wir einzogen, glauben wir annehmen zu dürfen, daß nur junge, sehr starke Leute die Arbeit in comprimirter Luft eine Zeit lang aushalten können; die meisten bei dem Verfahren zu Douchy beschäftigten Leute, obgleich aus den stärksten und gesündesten gewählt, empfanden eine Stunde nach ihrem Austritt aus der Luftkammer, entweder Schwere im Kopf, oder Schmerz in den Gliedern. Ein einziger von ihnen empfand 12 Stunden lang eine völlige Lähmung der Arme und Beine. Der Director des Bergwerks behauptet, daß die von den Arbeitern in Folge ihres Verweilens in comprimirter Luft verspürten Wirkungen beinahe immer mit einem Exceß zusammenhängen, welchen sie in der Zwischenzeit ihrer Dienste begangen hatten. Uebrigens wichen diese geringern oder stärkern Schmerzen jedesmal den Einreibungen mit irgend einem Spirituosum. Diese mehr oder weniger schlimmen Wirkungen waren nach der Constitution des Individuums verschieden. Unserer eigenen Erfahrung zufolge können wir behaupten, daß ein etwas langer Aufenthalt in comprimirter Luft allerdings mehr oder weniger große Störungen in der thierischen Oekonomie verursacht. Nach unserm ersten Besuch der Arbeiten am 5. Dec. empfanden wir nichts; am andern Tag aber verspürten wir Schmerzen an der linken Seite, welche mehrere Tage andauerten. Um uns zu überzeugen ob etwa eine Erkältung die Veranlassung dazu gab, wiederholten wir nach vollkommenem Aufhören dieser Schmerzen am 28. Dec. den Versuch, beobachteten aber beim Ausfahren aus dem Schacht größere Vorsicht, um uns gegen jede Erkältung zu schützen. Dessenungeachtet empfanden wir am andern Tag, beinahe zur selben Zeit, nämlich etwa 20 Stunden nach dem Austritt aus der comprimirten Luft, auf der rechten Seite dieselben Schmerzen wie früher, welche uns 4–5 Tage lang Frost verursachten. Wir müssen daher unsern Aufenthalt in comprimirter Luft als die Ursache der zweimaligen Störung unserer Gesundheit betrachten. Hr. Ingenieur Comte behauptet, daß er in Folge seiner Besuche des Schachts zu Douchy eine mehr oder weniger anhaltende Schwere des Kopfs empfunden habe und ihm sehr lange eine außerordentliche Empfindlichkeit, eine Art Reizbarkeit der Gehörorgane geblieben sey, welche ihm beim Vernehmen eines trockenen und plötzlichen Geräusches Schmerz verursachte. Im allgemeinen geht aus den mitgetheilten Thatsachen hervor: 1) daß das Verfahren mittelst comprimirter Luft vortheilhaft angewandt werden kann, um durch große Tagwasser hindurchzuarbeiten, welche im Nord-Departement häufig in den höhern Bänken des Kreidegebirges vorkommen und das Abteufen von Grubenschächten durch diese Bänke so schwierig und kostspielig machen; 2) daß man mit Beihülfe festen Lehms, mit welchem man zuerst die Zwischenräume des Bodens und dann die Ecken der Vierungen ausstreicht, große von Holz gezimmerte Schächte anwenden kann, wie sich ihrer die Bergleute im Nord-Departement schon seit langer Zeit mit Erfolg bedienen; 3) daß die Tiefe welche unter dem natürlichen Niveau des Wassers hindurchzuarbeiten ist, um eine feste, vom Wasser nicht durchdringliche Bank zu erreichen, auf welche man sich fetzen kann, bei diesem Verfahren 20 Meter nicht viel übersteigen darf; 4) daß die Bergleute, wenn sie von starker Constitution sind und mäßig leben, ohne bedeutenderes und bleibendes Uebelbefinden befürchten zu müssen, bei zwei wirklichen Atmosphären Druck, wenigstens eine gewisse Zeit lang, 1 bis 2 Monate, in comprimirter Luft arbeiten können. Das beschriebene Verfahren ist daher als eine sehr nützliche Verbesserung in der Kunst, Schächte durch sehr wasserreiche Schichten abzusinken, zu betrachten.