LXXXV. Ueber die Wetterführung in Bergwerken und ein neues System derselben; von Benj. Gibbons. Aus dem London Journal of arts, Juni 1851, S. 465. Mit Abbildungen auf Tab. V. Gibbons, über die Wetterführung in Bergwerken. In dieser in dem Institut der Maschinen-Ingenieure zu Birmingham vorgetragenen Abhandlung beschränkt sich der Verfasser hauptsächlich auf die Wetterführung in den Süd-Staffordshirer Steinkohlengruben, welche auf 24 bis 30 Fuß mächtigen Flötzen bauen — bemerkt aber sogleich, daß dieselben Grundsätze auch auf minder mächtige Flötze in andern Bergwerksbezirken anwendbar seyen. Es ist auch einleuchtend, daß es schwieriger ist die schlagenden Wetter von den oberen Theilen 30 Fuß mächtiger Flötze abzuführen, als von minder mächtigen; dieß rührt von der großen Leichtigkeit des Halb-Kohlenwasserstoffgases (Grubenluft) her, welches sich aus den Steinkohlen entwickelt und sich daher an den höchsten Punkten der Grubenbaue ansammelt. Beim Abbau mächtiger Flötze ist eine unebene Förste weit weniger zu vermeiden, als bei schwächeren, und es werden sich daher überall Vertiefungen und Höhlungen finden, in denen die schlagenden Wetter stehen bleiben. Hr. Gibbons, selbst praktischer Bergmann, war oft Zeuge von den fürchterlichen Unglücksfällen, welche durch die schlagenden Wetter herbeigeführt werden, was ihn zur Bekanntmachung der vorliegenden Bemerkungen veranlaßte. Das Halb-Kohlenwasserstoffgas, welches diese fürchterlichen Unglücksfälle veranlaßt, ist nur dann explodirend, wenn es mit einer gewissen Menge von atmosphärischer Luft, d. h. mit etwa seinem 7–9fachen Volum vermischt ist; kommt man einem solchen Gemisch, welches der Bergmann „schlagende Wetter“ nennt, mit einem Licht nahe, so erfolgt eine Explosion. Manche Steinkohlengruben erzeugen mehr schlagende Wetter als andere, jedoch findet man sie in den meisten; eine Hauptaufgabe der Bergbaukunst besteht daher darin, sie unschädlich zu machen und aus den Gruben zu entfernen. Der allgemeine Grundsatz der Wetterführung besteht darin, die schlagenden Wetter mit einer gehörigen Menge von atmosphärischer Luft zu verdünnen; dazu ist das 30fache Volum die niedrigste Gränze, d. h. wenn sich aus den Steinkohlen 1 Kubikfuß Kohlenwasserstoffgas entwickelt, so muß ein Strom von 30 Kubikfuß atmosphärischer Luft hinzukommen, um das Gas unschädlich zu machen; diese Luftmenge reicht aber in der Regel deßwegen nicht aus, weil das Athmen der Arbeiter und der Pferde, wo solche zur Förderung benutzt werden, sowie das Verbrennen der Lichter, schon ein bedeutendes Luftvolum absorbiren. Viele Bergleute haben mechanische Mittel zur Wetterführung empfohlen und angewendet, sowohl Druck- als Saugpumpen, um einen künstlichen Wetterzug in den Bauen zu unterhalten; diese Art der Wetterführung hat aber ihre praktischen Schwierigkeiten, weil sogleich Gefahr entsteht, wenn eine Unterbrechung des Betriebes solcher Maschinen stattfindet. Derselbe Einwurf läßt sich auch gegen Wetteröfen machen. In jeder Beziehung ist daher die natürliche Wetterführung vorzuziehen, obgleich die künstliche, sowohl durch Maschinen als durch Oefen, in nicht seltenen Fällen angewendet werden muß. Die große Leichtigkeit des Kohlenwasserstoffgases gibt uns selbst ein Mittel an die Hand, die Gruben von demselben zu befreien. Es können allerdings Fälle vorkommen, wo auch andere Hülfsmittel zeitweilig erforderlich sind; in diesen Fällen ist es zweckmäßig, die Wärme anzuwenden, um die ausziehenden Wetter dünner und leichter zu machen als es die einfallenden sind, oder mechanische Mittel zu benutzen, um frische Wetter einzutreiben oder die verdorbenen anzusaugen. In letzterer Beziehung ist der Wettersauger von Struve (polyt. Journal Bd. CXIII S. 203) eine sehr zweckmäßige Maschine. In der vorliegenden Abhandlung will der Verfasser zeigen, daß dem Bergmann in den meisten Fällen eine selbstwirkende Kraft zu Gebote steht, um in seinen Bauen einen zweckmäßigen Wetterwechsel hervorzubringen, so daß sich keine schlagenden Wetter anhäufen und dem Leben der Bergleute gefährlich werden können. Das Kohlenwasserstoffgas ist nämlich um die Hälfte leichter als die atmosphärische Luft, und hat dasselbe Bestreben in die Höhe zu ziehen, wie die letztere, wenn sie bis auf 87° R. erwärmt worden ist. Wenn daher das Gas entweichen kann, so geschieht dieß mit einer großen Kraft; in vielen Gruben befolgt man aber eine solche Abbaumethode, daß das Gas und die daraus sich bildenden schlagenden Wetter nicht immer entweichen können. Das gewöhnliche in Süd-Staffordshire angenommene Abbausystem besteht darin, daß ziemlich nahe bei einander zwei Schächte von 7 bis 7½ Fuß Weite abgesunken werden, und zwar beide bis zum Tiefsten der Grube, so daß beide Schächte in derselben Sohle anfangen und in derselben endigen. In einem von diesen Schächten fallen die Wetter ein und durch den andern ziehen sie aus, wenn die tiefsten Punkte der Schächte miteinander verbunden sind. Da nun die einzige Ursache, welche die Bewegung der Luft veranlaßt, eine zufällige ist, so weiß man vorher nicht, welche Richtung der Wetterzug nehmen wird, in welchem von den Schächten die Wetter einfallen und in welchem sie ausziehen. In der Regel kann auf diese Weise nur eine sehr geringe Geschwindigkeit der ausziehenden Wetter hervorgebracht werden, also der Wetterzug dabei sehr leicht unterbrochen, ja ein ganz entgegengesetzter werden. Dieses hat aber große Nachtheile und Gefahren, wie man sehr leicht erkennen wird. Die Gefahr dieser Veränderung des Wetterwechsels steigt sehr wesentlich dadurch, daß der Schacht, durch welchen die Wetter ausziehen, als Förderschacht benutzt wird, so daß er nicht, wie es eigentlich nöthig wäre, gegen die Einwirkungen der äußeren Luft verschlossen und gegen störende Winde geschützt werden kann, um jede Unterbrechung des Wetterzuges zu verhindern, sondern es wird in diesem Schacht durch die Förderung ein stetes Schwanken der Wetter veranlaßt. Zerreißt das Förderseil, was nicht zu den Seltenheiten gehört, so werden die ausziehenden Wetter von der eingehenden Fördertonne abwärts gedrängt, und es wird der Wetterzug also plötzlich unterbrochen; die schlagenden Wetter werden aus ihren Höhlungen heraus und nicht selten den Lampen der Bergleute entgegen getrieben. Wenn nun die beiden Schächte das 30 Fuß mächtige Kohlenflötz durchsunken haben, so wird am tiefsten Punkte des Grubenfeldes eine Hauptförderstrecke und zwar im Liegenden von dem Flötz getrieben, welche bei Pferdeförderung 8 bis 9 Fuß hoch und fast eben so breit ist. Sie beginnt von dem Tiefsten des Schachtes von welchem die Wetter einfallen. Zu gleicher Zeit, oder vielmehr dem Betriebe der Hauptförderstrecke etwas vorangehend, wird eine Wetterstrecke, und zwar in der Mitte der Mächtigkeit des Kohlenflötzes, oder 15 Fuß von der Sohle oder dem Liegenden des Flötzes getrieben. Diese Wetterstrecke, welche eine parallele Richtung mit der Hauptförderstrecke hat, ist mit dem Schacht durchschlägig, durch welchen die Wetter einfallen. Die Länge beider Strecken richtet sich nach der Größe der Förderung und beträgt 100 bis 500 Yards (à 3 Fuß engl.). Von der Förderstrecke bis zur Wetterstrecke werden von 10 bis 15 Yards, je nachdem sich aus den Kohlen mehr oder weniger Gas entwickelt, Verbindungsschächte getrieben, um die schlagenden Wetter abzuführen und den Arbeitern frische Luft zuzuführen; sowie ein neuer Wetterschacht eröffnet ist, wird der vorhergehende verschlossen. Es wird alsdann der Abbau des ganzen etwa 30 Fuß mächtigen Flötzes vorgenommen, indem man rechts und links von der Förderstrecke Oerter treibt und dabei an dem einen Ende anfängt. Ein solches Abbaufeld ist 90 Yards lang und 50 Yards breit, und außer den 10 Quadrat-Yards starken Pfeilern, welche 10 Yards von einander entfernt sind, sucht man die ganze Kohlenmasse wegzunehmen. Diese Pfeiler dienen zur Sicherheit gegen Einbrüche des Hangenden. Die Wetter fallen durch den Schacht ein, ziehen längs der Förderstrecke in die Baue, strömen durch die Wetterschächte in die Wetterstrecke und dann zu dem zweiten Tagesschacht, durch welchen sie ausströmen und die schlagenden und matten Wetter mit sich führen, soweit eine solche Wetterführung den Zweck zu erreichen gestattet. Man kann bei diesem System so lange eine Grube ventiliren oder lüften, als es sich um den Abbau der untern 15 Fuß von der ganzen Mächtigkeit des Flötzes handelt; soll aber die obere Hälfte des Flötzes, welche sich über der Wetterstrecke befindet, abgebaut werden, indem man große Massen von den Kohlen von unten nach oben schlitzt und sie von selbst eingehen läßt, so entstehen über der Sohle der Wetterstrecke Gasbehälter, die sich nach und nach mit schlagenden Wettern anfüllen und den Raum von mehreren Hunderttausend Kubikfuß einnehmen. Eine zufällige Veränderung in dem Wetterzuge kann das angehäufte Gas in die Baue führen und Explosionen veranlassen. Nachdem der Abbau eines Feldes vollendet ist, läßt man feste Wälle von 6–10 Yards Mächtigkeit rings um dasselbe stehen, um das Feld von dem benachbarten zu trennen. Das von der Förderstrecke aus querschlägig getriebene Ort wird fest verschlossen, damit in dem abgebauten Felde gar kein Wetterwechsel stattfinden kann. Erfolgt eine Explosion, so kommen gewöhnlich noch mehrere, da das Kohlenwasserstoffgas sich nach und nach mit dem gehörigen Verhältniß von atmosphärischer Luft vermischt, um die schlagenden Wetter zu erzeugen. Nur ein sehr kräftiger Wetterzug, welcher die schädlichen Wetter abführt, kann Unglücksfälle vermeiden und den Störungen des Windes und des Witterungswechsels entgegenwirken. Fig. 31 und 32 stellen das vom Verfasser angenommene System der Wetterführung dar. Statt zweier Schächte wird nur einer a abgesunken, und neben demselben wird ein kleinerer Schacht b nachgerissen, welcher die Wetteresse bildet und der alsdann von dem Hauptschacht durch einen Scheider getrennt wirb. Diese Wetteresse ist rund und muß wenigstens 3 Fuß im Durchmesser haben. Sie wird zu gleicher Zeit mit dem Schacht in Ziegelstein-Mauerung gesetzt, und da beide kreisrund sind, so bildet ein Theil der gegeneinander stehenden Bogen des Schachtes und der Wetteresse einen doppelten Scheider zwischen beiden. Die Förderstrecke c wird von dem Schachte aus im Liegenden des Flötzes, wie es gewöhnlich der Fall ist, getrieben. Der Betrieb der Wetterstrecke d aber erfolgt von der Wetteresse aus, und zwar 2 Fuß von dem Hangenden der Kohle entfernt, oder wo möglich in einer noch höhern Sohle. Förder- und Wetterstrecke werden in paralleler Richtung betrieben, und beide durch kleine Wetterschächte e mit einander verbunden und der vorhergehende von einem neuen mit Bergen versetzt, sobald der letztere eröffnet worden ist. Beim Betrieb dieser Wetterschächte auf einer von den Gruben dieses Reviers hatte Hr. Gibbons mit großen Schwierigkeiten zu kämpfen. In der Nachbarschaft dieser Baue wurde das Flötz von einem sehr mächtigen Rücken durchsetzt, und es fand daher eine so bedeutende Gasentwickelung statt, daß es nicht möglich war nur einige Fuß der Uebersichbrechen zu betreiben, ohne daß sich eine gefährliche Ansammlung von schlagenden Wettern bildete. Es mußte daher ein 4 Zoll weites Bohrloch aufwärts getrieben werden, um die schlagenden Wetter der Wetterstrecke zuzuführen und die Uebersichbrechen gefahrlos bewirken zu können. Der Abbau der Kohlen wird auf dieselbe Weise betrieben wie weiter oben beschrieben, und da die Wetterstrecke in den obern Schichten oder im Hangenden des Flötzes getrieben worden ist, so kann auch die Förste der Abbaue von den schlagenden Wettern befreit werden. Da außerdem zwischen den Abbauen der Förder- und Wetterstrecke enge Verbindungslöcher bleiben, so können nie bedeutende Ansammlungen von Wasserstoffgas stattfinden und es wird die Gefahr so gut als möglich entfernt. Bei dem gewöhnlichen Abbausystem ist der Wetterzug nie kräftig und kann durch geringe Veränderungen des Wetters oder der Winde gestört werden. Will man gehörige Sicherheit für die Arbeiter beim Abbau haben, so muß ununterbrochen ein lebhafter Wetterzug stattfinden, und ist dieß nicht der Fall, so wird diese Sicherheit, welche ein Haupterforderniß bei diesem Bergbau ist, sogleich gefährdet. Um aber einen lebhaften Wetterzug zu bewirken, muß die aufwärtssteigende Luftsäule specifisch leichter als die abwärts strömende, welche durch die Baue geführt wird, seyn; und dieser Unterschied im specifischen Gewicht muß frei von jeder Störung durch zufällige Ursachen gehalten werden, so daß stets ein lebhafter Wetterzug in der Grube stattfindet, um nicht allein die matten, sondern auch die schlagenden Wetter abzuführen. Man erreicht diesen Zweck durch die erwähnte von dem Schacht luftdicht getrennte Wetteresse, und es wird dieser Wetterzug noch befördert, wenn man über Tage eine hinreichend hohe Wetteresse aufführt, wie sie in Fig. 31 deutlich skizzirt ist. Ein kleiner Wetterofen oder das Einströmenlassen von Dampf genügen auch bei sehr stürmischer Witterung, um das Einströmen frischer Wetter lebhaft zu erhalten. Der Temperaturunterschied zwischen den ein- und ausströmenden Wettern wird schon durch die höhere Temperatur in einiger Teufe unter Tage, und außerdem durch die Wärmeentwickelung von Arbeitern, Pferden, und durch Verbrennung von Lichtern veranlaßt. Ueberdieß wird der Wetterzug durch die Entweichung der Gase gesteigert, welche specifisch leichter als die atmosphärische Luft sind. Da nun die Abbaue in ununterbrochener Verbindung mit der Wetteresse stehen, so werden auch diese leichtern Gase fortwährend abgeführt. Es können Fälle vorkommen, wie z. B. bei starker Sommerhitze oder bei starken Winden, wo der natürliche Wetterzug auf einige Zeit gestört wird, und dann ist es zweckmäßig einen Wetterofen zu feuern, der an der Wetteresse über Tage angebracht ist, oder man läßt einen Dampfstrahl in die Esse einströmen. Dadurch kann jeder erforderliche Grad der Luftverdünnung erreicht und der Wetterzug nach Belieben gesteigert werden. Es ist unter diesen Umständen zweckmäßig, die über Tage auszuführende Wetteresse, welche man 30 bis 40 Fuß hoch macht, in der Nähe des Dampfkessels der Fördermaschine anzubringen. Die hier mitgetheilten Grundsätze der Wetterführung mit einer (zu keinem andern Zweck benutzten) Wetteresse wurden von Hrn. Gibbons seit länger als 30 Jahren beim Abbau mehr oder weniger mächtiger Steinkohlenflötze angewendet, und er hat dadurch den beabsichtigten Zweck stets sehr gut erreicht. In den vielen Gruben, deren Direction ihm anvertraut ist, hat die beschriebene Wetterführung die besten Resultate geben. Das mächtige Steinkohlenflötz wird zuweilen mittelst eines Schachtes abgebaut, und mittelst eines zweiten Schachtes die im Hangenden anstehenden Kohlen und der im Liegenden vorkommende Thoneisenstein; zuweilen wird aber auch das Hauptsteinkohlenflötz von beiden Schächten aus gewonnen. Die Vorrichtungsbaue, um von einem System auf das andere überzugehen, sind gering, weil die Wetteresse bis zum tiefsten Punkte des liegenden Flötzes niedergeht und durch Wetterthüren oder Wetterscheider jede Sohle leicht von den übrigen geschieden werden kann. Die mächtigen Flötze in diesen Revieren entwickeln sehr viel schlagende Wetter, allein es ist niemals eine Explosion derselben erfolgt, und die Anwendung der Sicherheitslampen gehört zu den Seltenheiten. Ein weiterer Beweis der Zweckmäßigkeit des beschriebenen Wetter abführungssystems ist das Wohlbefinden der Arbeiter. Die Luft ist in diesen Gruben immer um 10 Fahrenheit'sche Grade (4 2/5 Reaumur'sche Grade) kälter als in den benachbarten Revieren, welche nach dem gewöhnlichen System betrieben werden, was natürlich von der regelmäßigen Zuführung frischer Wetter herrührt. Es beträgt nämlich die Temperatur in diesen Gruben 62 bis 64° F. (13 3/10 bis 14 2/10° R.) und ist also eine sehr angenehme, während diejenige von nicht selten 72 bis 74° F. (18 bis 18 6/10° R.) in den benachbarten nach dem gewöhnlichen System ventilirten Gruben offenbar zu hoch ist. Ein anderer Vortheil dieses Abbau- und Wetterführungssystems besteht in den geringern Kosten, weil bei dem ältern System zwei Schächte, bei dem verbesserten aber nur ein Schacht erforderlich ist, das Nachreißen und Ausmauern der Wetteresse aber nur geringe Kosten im Vergleich mit denen eines zweiten Schachtbetriebes verursacht. Hr. Gibbons hat in einem Falle eine 140 Yards tiefe Wetteresse in den Nächten eines Monats vollendet, während am Tage eine sehr lebhafte Förderung in dem Hauptschachte stattfand. Wenn die Förderung einer Grube sehr bedeutend ist, so sind auch mehrere Schächte nothwendig. Zwei derselben können so nahe an einander liegen, daß sie von derselben Fördermaschine bedient werden können; nur dürfen die Schächte nicht mit einander durchschlägig seyn. Wenn es aber die Verhältnisse gestatten, sollte jeder Schacht für sich abgesunken werden, da ein jeder seine eigenen Wetter hat, und es alsdann möglich ist, jede Grube in Beziehung auf die Wetterführung in mehrere Abtheilungen zu bringen. Bei einem solchen System, d. h. eine Grube in Beziehung auf die Wetterführung in mehrere Abtheilungen zu bringen, kann man den Zweck einer kräftigen Wetterführung weit eher erreichen. Die Abtheilung einer Grube in Bezug auf Wetterführung läßt sich durch Wetterthüren, welche unter specieller Aufsicht der Grubenbeamten stehen, sehr leicht bewerkstelligen. Bei den verschiedenen bisher gebräuchlichen Systemen der Wetterführung bestand der Hauptgrundsatz darin, durch mechanische Mittel oder durch Wetterröhren eine bedeutende Luftmasse durch die Baue strömen zu lassen. Das von Hrn. Gibbons hier erläuterte Wetterführungssystem ist ein gänzlich verschiedenes, indem es darin besteht, die Steinkohlenflötze von dem Kohlenwasserstoffgase zu befreien, ehe sie noch in Abbau genommen werden, und den Wetterzug nicht mehr zu steigern als zum Wohlbefinden der Arbeiter und zu einem guten Brennen der Grubenlichter erforderlich ist. Um dieß näher zu erläutern, wollen wir annehmen, daß nach dem ältern System in der Minute 1000 Kubikfuß Gas aus dem Kohlenstotze entwickelt werden, und durch die Abbaue 35,000 Kubikfuß Luft in der Minute strömen, wovon 30,000 Kubikfuß zur Verdünnung der Gase und 5000 zum Athmen der Arbeiter und Pferde sowie zum Brennen der Lichter erforderlich sind. Wenn nun diese 1000 Kubikfuß Gas durch ihre eigene geringe Schwere abgeleitet und verhindert werden in die Baue zu strömen, so werden zu einem weit bessern Wetterwechsel in der Grube schon 5000 Kubikf. Luft genügen. Ueberdieß hat ein sehr starker Wetterwechsel in einer Grube stets große Nachtheile für die Arbeiter und ist mit großen Gefahren verbunden, weil bei einer so großen Geschwindigkeit der Wetter das Kohlenwasserstoffgas, welches an gewissen Punkten plötzlich in Masse entweicht, gewissermaßen wie eine Dampfwolke vorwärts getrieben werden kann, und nachdem es sich endlich mit Luft hinreichend gemischt hat, bei zufälliger Berührung mit Lichtern explodiren muß. Es sind von mehreren Seiten Einwürfe gegen solche Wetteressen neben dem Schacht gemacht worden, z. B. die Esse sey nicht weit genug um einen gehörigen Wetterzug zu befördern; die Erfahrung hat jedoch das Gegentheil vollkommen dargethan. Alle diese Einwürfe, welche unter gewissen Umständen als gerechtfertigt erscheinen, verschwinden, wenn man die Sache im Allgemeinen nimmt und besondere Fälle unberücksichtigt läßt, weil sich bei deren Vorkommen auch besondere Mittel anwenden lassen. Es ist nicht zu verkennen, daß das vorliegende System der Wetterführung im genauen Zusammenhange mit dem Abbau steht. Die gewöhnliche Methode besteht darin, daß man einen schmalen Streckenbetrieb führt und breite Pfeiler stehen läßt, die man alsdann später zu gewinnen sucht. Die Gefahr dieser Abbaumethode ist einleuchtend, wenn man weiß, daß die Wetter durch sehr viele Windungen strömen, und durch Thüren geleitet werden, welche, wenn sie längere Zeit geöffnet bleiben müssen, die ganze Wetterführung verändern. Wird hingegen der Abbau nach Gibbons' System so geführt, daß die schädlichen Gase vor dem Angriff der Grubenfelder auf den Strecken entfernt wurden, so sind nur sehr wenig Wetterthüren erforderlich, welche sehr leicht in dem gehörigen Stande erhalten werden können; man wird die Wetter stets so führen können, daß sie auf den zu bearbeitenden Stoß treffen. Pfeiler stehen zu lassen, welche erst zuletzt weggenommen werden sollen, ist ein sehr nachtheiliges System. Mag das Hangende der Flötze auch noch so brüchig seyn, so ist es stets zweckmäßig, die Pfeiler sofort von hinten nach vorne abzubauen und das Hangende zu Bruche gehen zu lassen, wenn man ihm nicht durch Bergversatz die gehörige Unterstützung geben kann. Hr. Gibbons hat durch die Erfahrung erkannt, daß ein solches System bei jeder Mächtigkeit der Steinkohlenflötze zweckmäßig ist; das Hangende wird nach und nach niedergehen, die abgebauten Räume werden dicht ausgefüllt werden, und es können sich keine Ansammlungen von schlagenden Wettern bilden. Wir stellen im Folgenden die Grundsätze des Verfassers zusammen: 1) Die Wetterstrecke muß stets in einer möglichst hohen Sohle über dem tiefsten Grund der Gruben geführt werden. 2) Diese Wetterstrecke muß mit einer Wetteresse von 3–6 Fuß Durchmesser, je nach dem Umfange des Grubenfeldes, in Verbindung stehen. 3) Die Wetteresse darf zu nichts Anderm, als zum Ausströmenlassen der aus der Grube ziehenden Wetter benutzt werden. 4) Ueber Tage muß die Wetteresse von dem Schacht genau geschieden werden und mittelst eines söhligen Canals mit einer 30 Fuß hohen Esse in Verbindung stehen. Diese muß ihrerseits mit einem Wetterofen oder Dampfkessel so verbunden seyn, daß die in derselben befindliche Luft durch Ofenwärme oder durch Dampf verdünnt werden kann. 5) Endlich muß die Förderstrecke dem Abbau so weit vorangehen, daß die abzubauenden Kohlen durch diese und die Wetterstrecke stets von schlagenden Wettern befreit werden können, ehe noch die Gewinnungsarbeiten beginnen.