LXXI. Ueber unterirdische Bergwerksmaschinen; von C. James. Nach dem Berichte über die Verhandlungen des South-Wales-Institute of Engineers im Supplement zu Nr. 1361 des Mining Journal; aus der berg- und hüttenmännischen Zeitung, 1861, Nr. 45. James, über unterirdische Bergwerksmaschinen. Die Ausdehnung der Steinkohlenwerke, sowohl in Bezug auf Teufe, als auf Flächenraum, hat die Aufstellung entsprechend kräftiger Maschinen nöthig gemacht. Wenn die Bedürfnisse die Aufstellung derartiger Maschinen über Tage gestatten, so bietet ihre Anlage selten besondere Schwierigkeiten für den Ingenieur, das Bedürfniß nach Betriebskraft beschränkt sich aber keineswegs auf Tagemaschinen. Wasserhaltung und Förderung reichen oft bis zu einigen Hundert Yards Teufe hinab und bis zu 1000 Yards Entfernung von dem Schachttiefsten, und unter solchen Verhältnissen ist oft die Frage nach dem zweckmäßigsten Auswege gar nicht leicht zu beantworten. Die Vortheile der Anwendung von Maschinenkraft werden täglich mehr erkannt, und daher sind unterirdische Maschinen bei uns keine Seltenheit mehr. Dabei ist vorzugsweise die Dampfkraft benutzt worden, und sie ist in der That unter passenden Umständen die zweckmäßigste, weil sie billig und leicht zu handhaben ist. Die meisten derartigen Maschinen werden aus unter Tage aufgestellten Dampfkesseln gespeist, in einigen Fällen wird der Dampf auch von Tage herbeigeführt. Für Letzteres gibt die Deep Duffryngrube ein gutes, wenn auch nicht gerade großartiges Beispiel; hier wird der Dampf in einem 286 Yards tiefen Schacht hinabgeleitet und dann auf der Strecke 260 Yards weit bis zu einer oscillirenden Maschine mit 12zölligem Cylinder und 16 Zoll Hub, welche die Förderung auf einer steigenden Strecke von 480 Yards Länge mit 2 3/4 Zoll Fall pro Yard besorgt. Man fördert 3 Wagen à 1 Tonne Inhalt in 2 1/2 Minuten aufwärts. Der Dampfkessel ist 40 Fuß lang, 5 Fuß weit, und wird mit 60 Pfd. Dampfdruck betrieben; im Dampfcylinder ist der Druck fast ganz genau derselbe, wenn die Maschine steht, sinkt aber zum Ende jeder Arbeitsperiode bis auf 30 Pfd., worauf er in den wenigen Minuten, welche zum Abhängen der Wagen erforderlich sind, wieder auf 60 Pfd. pro Quadratzoll steigt. Die Dampfrohre sind nur 2 Zoll weit. Größere Maschinen werden fast ohne Ausnahme aus Kesseln, welche in ihrer Nähe aufgestellt sind, gespeist, da bei größerer Entfernung durch die Condensation ein namhafter Verlust herbeigeführt wird. Meist verursacht die Ableitung der Verbrennungsproducte nur geringe Schwierigkeiten, weil Kessel und Maschine in der Nähe des Wetterauszugschachtes stehen, wodurch zugleich die Ventilation wirksam unterstützt wird; dagegen entstehen große Uebelstände, wenn der Rauch und die Gase durch eine gewöhnliche Wetterstrecke abgeführt werden, indem die Wärme mit der Feuchtigkeit schnell Dach und Ulmen angreifen und Steinfall erzeugen, der wieder Verstopfungen der Wetterstrecke zur Folge hat. Solche Verstopfungen lassen sich aber nicht beseitigen, ohne daß die Maschine einige Zeit angehalten und der Kessel abgeblasen wird, weil die Luft in der Wetterstrecke so schlecht ist, daß man nicht darin arbeiten kann. Bisweilen läßt man auch trotz der Schwierigkeit, die Wetterstrecken offen zu erhalten, den Rauch auf einem weiten Wege durch alte Baue und Strecken ausziehen, z.B. auf einer Grube in Glamorganshire, wo die Maschine bei 1200 Yards Entfernung vom Wetterschachte steht. Dieselbe wird von einem 33 Fuß langen, 4 1/2 Fuß weiten Kessel gespeist und dient zur Wasserhaltung und Förderung auf einem 47 Yards darunter liegenden Flötze; sie arbeitet im Allgemeinen gut, doch fehlt es in Folge der in den alten Bauen vorkommenden Brüche nicht selten an Zug und die Beseitigung dieser Brüche ist fortwährend Ursache zu ansehnlichen Ausgaben. Eine andere Maschine in Northumberland wurde längere Zeit unter ähnlichen Verhältnissen bei 900 Yards Entfernung vom Wetterschachte ohne Störung in Gang erhalten, zuletzt aber entzündete sich die Kohle auf den Wetterausziehstrecken, wahrscheinlich in Folge des an den Wänden niedergeschlagenen Rußes. Nachdem das Feuer mit großen Schwierigkeiten und Kosten gelöscht war, wurde die Maschine wieder angefeuert, jedoch nicht, ohne daß man den ganzen 900 Yards langen Weg des Rauches mit einem doppelten Bogen ausgemauert hatte, um einer Wiederholung dieses Unfalles vorzubeugen. Aus derselben Ursache sind schon viele unterirdische Brände entstanden, die nicht selten selbst Menschenleben gekostet haben, woraus die dringende Mahnung ergeht, Alles mit größter Vorsorge und Umsicht anzuordnen, wenn es sich um die Anlage von großen Dampfkesseln in der Nähe von Steinkohlenflötzen handelt. Die Entfernung, in welcher man eine Maschine vom Tiefsten des Schachtes aufstellen darf, hängt von mehreren Umständen ab, nämlich von dem Zuge im Schachte, von der Beschaffenheit des Terrains und somit von der Möglichkeit, die Wetterstrecke in gutem Zustande zu erhalten. Natürlich vermehrt sich aber die Schwierigkeit eines guten Betriebes der Dampfmaschine mit der Entfernung und, wenn dieselbe sehr groß ist, so kann bei starken Maschinen der Kostenaufwand für die gefahrlose Abführung so großer Quantitäten heißer Gase so bedeutend werden, daß andere Auswege ergriffen, oder die Anwendung von Maschinen gänzlich aufgegeben werden muß. Von den hierzu vorgeschlagenen und angewendeten Methoden ist wohl die einfachste die Uebertragung der Kraft der an einem ganz ungefährlichen Orte stehenden Dampfmaschine vermittelst Drahtseilen, wie man sie mehrfach zur Förderung und Wasserhaltung angewendet hat. Einige Beispiele dürften nicht uninteressant seyn. Auf der Shotton-Kohlengrube in Durham besorgt eine unterirdische Maschine, welche nahe beim Schachttiefsten steht, mittelst Seilen die Förderung aus der großen Entfernung von 2300 Yards, wobei die Neigung der Bahn auf 1400 Yards Länge 3/16 Zoll pro Yard, auf 700 Yards Länge 3/8 Zoll und auf 200 Yards horizontal ist. 64 Wagen à 8 1/2 Cwts. Kohle werden zusammen aufwärts gezogen und die leeren Wagen gehen zurück mit Hülfe eines 4600 Yards langen Hinterseiles, welches auf Rollen zur Seite der Bahn läuft. In unserem eigenen Districte ist wohl das Seil des Dowlais Brewhouse Horizontes das längste (3000 Yards); es windet bei jeder Fahrt 30 bis 35 Gefäße oder circa 36 Tonnen Kohle auf. Drahtseilgezeuge sind, wie ich glaube, in Cornwall häufiger, als in Wales zu finden, haben aber einen erfolgreichen Abbau an Punkten ermöglicht, wo andere Hülfsmittel kaum anwendbar waren. Ein derartiges Gezeug gibt es auf einer 180 Yards tiefen Steinkohlengrube des Swansea'er Thales, am unteren Ende einer 210 Yards langen fallenden Strecke mit 13 Zoll Fall pro Yard; das 1 1/2 Zoll starke Drahtseil bewegt eine Druckpumpe mit 6 Zoll Kolbendurchmesser und 5 Zoll Hub. So nützlich indessen Drahtseilübertragungen sind und, so häufige und vortheilhafte Anwendung sie schon gefunden haben, so beseitigen sie doch nicht alle Schwierigkeiten, wenn die Maschine sehr weit vom Schachte aufgestellt werden muß. Für solche Fälle, und wenn sonst Dampf nicht verwendbar erscheint, hat man hydraulische Motoren verschiedener Construction in Gebrauch. In solchen Fällen, wo die Maschine nahe beim Kunstschacht gebraucht wird und der Wetterausziehschacht weit davon entfernt ist, wo also die Anwendung von Dampf gar nicht günstig seyn wird, sind hydraulische Maschinen besonders empfehlenswerth. Hier wird der Druck der Wassersäule im Schachte die Betriebskraft abgeben, und das gebrauchte Wasser von den Pumpen wieder zu Tage gehoben werden. Man hat verschiedene Vorschläge für solche Maschinen gemacht, indessen nur die Armstrong'schen AufzugsmaschinenMan sehe „Armstrong's Anwendung des Wasserdruckes als bewegende Kraft, insbesondere für Aufzugsmaschinen“ im polytechn. Journal Bd. CLIII S. 169. haben wirklich Eingang gefunden. Dieselben bestehen aus zwei oder drei Wassersäulenmaschinen, welche auf ein und dieselbe Welle wirken, deren Drehung dann verschieden benutzt werden kann. Diese Maschinen waren ursprünglich zum Oeffnen großer Schleußenthore und ähnlicher Vorrichtungen bestimmt, werden auch zum Drehen der Drehscheiben, zum Waarenladen in Lagerhäusern u.s.w. auf den größeren Eisenbahnstationen verwendet; als Fördermaschinen sind zwei solche Maschinen einige Zeit auf den Gruben South Hetton und Allenheads in Gang gewesen. Die Maschine zu South Hetton ist neuerdings durch eine Dampfmaschine ersetzt worden, deren Handhabung uns länger bekannt und gewohnt ist, und es ist mir nicht bekannt, ob anderwärts noch solche Maschinen in Gang sind. Ob sie gleich ein vorzügliches Mittel zur Fortsetzung der Bewegung bieten, so haben sie doch für Gruben den Nachtheil, daß sie eine Menge Wasser in die Baue führen, dessen Entfernung oft eben so große Schwierigkeiten verursacht, als die Abführung der Verbrennungsproducte einer unterirdischen Dampfmaschine. Zur Zeit ist noch wenig Hoffnung vorhanden, daß eine praktisch brauchbare und billige elektromagnetische Maschine erfunden werden werde, so viel Genie und Geschicklichkeit auch bereits darauf verwendet worden sind; für Niemanden würde aber vielleicht eine solche Maschine von größerer Bedeutung seyn, als für den Bergmann. Denn eine solche, an jedem Orte aufstellbare, weder Hitze, noch andere lästige Producte ausgebende Maschine würde die zahlreichsten Anwendungen gestatten. Vor der Hand müssen wir uns mit unvollkommenen Ausführungen dieses Princips begnügen. Ein derartiger Apparat, bei welchem die Elektricität allerdings nur die Nebenrolle spielt, ist die bekannte Lenoir'sche Gasmaschine. Eine solche Maschine könnte natürlich nie mit einer Dampfmaschine concurriren, namentlich nicht auf Steinkohlengruben, aber wenn man sie kräftig genug herstellen kann, so dürfte sie doch auch für Kohlengruben nützlich werden, da man das Leuchtgas jederzeit mit größter Leichtigkeit überallhin in der Grube leiten kann und doch nur wenig Hitze und Rauch zu beseitigen hat. Die beste und praktischste Maschine jedoch, welche man bis jetzt für unterirdische Arbeiten, wo Dampf nicht brauchbar war, angewendet hat, ist die Luftmaschine, ein Motor, der mit über Tage comprimirter atmosphärischer Luft betrieben wird, und dessen Anwendung jedenfalls immer allgemeiner werden wird. Der Umstand, daß die ebenfalls auf der Anwendung von atmosphärischer Luft beruhenden atmosphärischen Eisenbahnen sich als unpraktisch bewiesen haben, darf in Bezug auf die Luftmaschine nicht einschüchtern, denn dort wurde die Luft aus einer Röhre ausgepumpt, so daß als Betriebskraft nur der atmosphärische Druck benutzt werden konnte, womit niemals auch nur 15 Pfd. pro Quadratzoll zu realisiren waren; bei der Maschine mit comprimirter Luft aber läßt sich ohne Weiteres ein Druck von 100 bis 120 Pfd. pro Quadratzoll benutzen. Die Luft, welche über Tage durch Dampf- oder Wasserkraft comprimirt und in Röhren nach der in der Grube aufgestellten Luftmaschine geführt worden ist, wird darin genau so wie hochgespannter Dampf verwendet und zwar mit derselben Leichtigkeit. Die Idee dieser Anwendung ist keineswegs neu, vielmehr sind schon lange die in den Sammlungen aufgestellten kleinen Modelle von Dampfmaschinen auf diese Weise mit comprimirter Luft in Gang gesetzt worden, und ich habe mir erzählen lassen, daß vor einigen Jahren in Konstantinopel eine Maschine in der Pulvermühle des Gouvernements so betrieben wurde. Dagegen ist dieses Princip erst neuerdings in England in größerem Maaßstabe angewendet worden, und zwar wurde die erste Luftmaschine im Jahr 1849 von Randolph, Elder und Comp. auf der Govan-Kohlengrube bei Glasgow ausgeführt. Eine Beschreibung derselben wurde im Jahre 1857 der Institution of Mechanical Engineers vorgetragen (und im polytechn. Journal Bd. CXLIV S. 321 mitgetheilt). Später (im J. 1855) wurden auf der Haigh-Kohlengrube bei Wigan Luftmaschinen aufgestellt, zu welchen zwei Compressionsmaschinen gehören. Die eine von letzteren ist eine Condensationsmaschine von 23 Pferdekräften, bei welcher die Luftpumpe am Ende des Balanciers angehangen ist; die andere ist eine horizontale Hochdruckmaschine, bei welcher der Kolben der Compressionspumpe durch die am hinteren Ende des Dampfcylinders austretende Kolbenstange bewegt wird, und welche circa 7 Pferdekräfte auf die Compression der Luft verwendet, übrigens aber auch noch zur Wasserhebung mit 10 zolligen Pumpen aus 100 Yards Tiefe dient. Bei beiden Maschinen sind die Luftmotoren horizontale Maschinen mit zwei gekuppelten Cylindern; die erste ist bei 500 Yards vom Schachte aufgestellt, und zieht auf einmal 6 Wagen auf einer 170 Yards langen, 1 auf 3 1/2 steigenden Strecke aufwärts, die zweite steht dem Schachte um 130 Yards näher, und bewegt eine Kette ohne Ende auf einer 532 Yards langen, 1 : 12 fallenden Strecke, an welcher aufwärts 26 volle Wagen und niederwärts 26 leere Wagen in 20 Yards Abstand von einander angehangen sind. Die comprimirte Luft wird von den Pumpen über Tage in 4 Zoll weiten, gußeisernen Röhren bis zu den Maschinen geleitet, und bei der zweiten Maschine sind die Pumpencylinder und circa 20 Yards Rohrlänge mit Wasser abgekühlt. Die Pressung der Luft beträgt 120 Pfd., wie bei der oben besprochenen Luftmaschine. In unserem Districte befinden sich derartige Maschinen wohl nur noch zu Dowlais, wo sie von dem jüngst verstorbenen Oberingenieur des Werkes, Hrn. Truran im J. 1857–58 errichtet wurden, und bis jetzt in Gang sind. Die Compressionsmaschine ist eine Balanciermaschine mit 36 Zoll weitem Cylinder und 7 Fuß Hub, welche gewöhnlich mit 25 Pfd. Dampfdruck und nur mit 9 bis 10 Spielen arbeitet, da sie stärker als nöthig ist. Die Pumpe hat gleichen Cylinderdurchmesser mit der Dampfmaschine, einfache Ventile und keine Art von Vorsichtsmaßregeln wegen der Erhitzung, da sie nur mit 25 Pfd. Druck arbeitet. Die höchste Temperatur, welche sich nach halbstündiger Arbeit mit 25 bis 28 Pfd. Druck im Reservoir zeigt, beträgt bei 55° F. äußerer Temperatur 118° F. Der Abstand der Dampfmaschine vom Schachte beträgt 25 Yards und letzterer ist 125 Yards tief, so daß bis zu den 1000 Yards vom Schacht aufgestellten Luftmaschinen für die Luft eine Entfernung von 1200 Yards resultirt; die Rohre sind 3 1/2 Zoll weit. Die Luftmaschinen sind der Compressionsmaschine ähnlich, einfach und solid gebaut, und bestehen aus zwei verticalen auf dieselbe Welle wirkenden Cylindern; sie betreiben mittelst Excentern vier Druckpumpen von 4 Zoll Durchmesser und 8 Zoll Hub, welche das Wasser 212 Fuß hoch drücken und meist 80 Spiele pro Minute machen. Von diesen Pumpen sind in der Regel zwei ausreichend. Der Druck der Luft ist in der Grube bei stehenden Maschinen wenig geringer, als über Tage, sinkt aber merklich während des Ganges, z.B. wenn der Druck in dem Reservoir über Tage 26 bis 27 1/2 Pfd. beträgt, so ist er bei der Luftmaschine beim Anhalten der Maschine 21 Pfd., beim Gange aber bloß 16 Pfd. pro Quadratzoll, und wenn beide stille standen, nicht wahrnehmbar vom oberen Drucke verschieden.