1.2 Донаучные представления о рудничном проветривании
С необходимостью проветривания подземных горных выработок люди столкнулись очень давно, с самого начала ведения подземных горных работ. Они многого по сути дела не знали, но зато опирались на опыт и на знания, что отчего происходит, что надо делать, чтобы никаких происшествий не происходило. Например, практика показала, что в сквозных выработках так или иначе всегда возникает «естественное» движение воздуха, а потому «глухой», или «слепой» забой (ныне называемый тупиковым), с которого начинаются любые горные работы по проходке горных выработок, всегда стремились превратить в итоге в сквозную выработку.
Поэтому первоначальными текстами «основ горного дела» как «горного искусства» почти «научного характера» стали систематизированные описания накопленного опыта, успешной практики проветривания подземных горных работ.
Считается, что самым первым это сделал древнеримский военный и государственный чиновник высокого ранга, затем историк-эрудит Плиний Старший в своей «Естественной истории» — крупнейшем энциклопедическом сочинении античности, изданном в 77 или 78 г., незадолго до гибели автора, Плиния Старшего, в результате извержения Везувия.
В его распоряжении был опыт ведения горных работ на римских серебряных рудниках в районе реки Рио-Тинто в Испании. Заметим, что добыча серебра на этих рудниках во многом способствовала финансовому благополучию и расцвету Римской империи, а когда месторождения серебряных руд были «истощены» и чеканка монет резко сократилась, это вызвало денежный кризис III в. н. э. В год здесь добывали до 200 тонн серебра. Это были самые большие серебряные рудники в мире до завоевания Испанией Цент ральной и Южной Америки.
Остатки серебряных рудников Рио-Тинто, действовавших более 2000 лет назад, свидетельствуют о том, что уже в то время более длинные штольни снабжались вентиляционными шурфами. В них возникала естественная тяга, способы создания которой в рудниках и были описаны Плинием Старшим.
Одним из древнейших приемов проветривания штолен было вымахивание — постоянное размахивание (направленными взмахами) у их устья большим куском плотного льняного полотна для импульсного нагнетания в штольни свежего наружного воздуха. Повторим, что в латинском языке слово ventus означало ветер. Оно, как и славянские слова «ветер» и «веять», происходит от праиндоевропейского корня * we- *, означающего «дуть». В свою очередь, от существительного ventus (ветер) был образован глагол ventilo. В древней латыни он не просто значил «создавать ветер», но и «веять зерно», очищать его. Когда молотое зерно подбрасывается в воздух, то легкая мякина (шелуха) сдувается ветром (ventus), а тяжелые зерна падают обратно. Таким образом, глагол ventilo впитал в себя два действия: очищение зерна от шелухи и движение/размахивание руками, чтобы подбросить зерно. Когда нужно было обозначить сам процесс или результат действия, латынь использовала суффиксы. Ventilatio — это существительное, образованное от глагола ventilo. Буквально оно означает «процесс проветривания» или «процесс веяния», который был одновременно и процессом очистки. Эти два действия — очистка воздуха от примесей и возбуждение подобия ветра размахиванием полотном руками — слились в одно слово, означающее проветривание горных выработок.
Плиний Старший также указывает, что для отведения опасных испарений, о которых говорят гаснущие светильники, возле тупикового по сути колодца шахты выкапывают справа и слева воздушные каналы, за счет чего возникает циркуляция воздуха, и опасные испарения удаляются. Аналогичные работы по копанию воздушных каналов проводились и спустя 1,5 тыс. лет после описаний Плинием Старшим. За сотни лет методика не потеряла своей актуальности. Столетиями она и другие приемы проветривания оставались неизменными, передавались с опытом, носили сугубо практический характер.
К концу Средневековья и началу Возрождения Европа остро нуждалась в драгоценных металлах для чеканки монет, без которых никакая отличная от натуральной экономика существовать не могла, в топливе, которым должен был стать каменный уголь (леса были сильно вырублены), в металлах — меди, олове и железе для выплавки бронзовых пушек и колоколов, для производства стволов ружей и пистолетов. В это время под давлением запросов практики вместо чисто схоластических рассуждений догматиков, обсуждавших написанные ранее тексты, все большее значение приобретала основанная на практическом опыте и натурном эксперименте наука.
В 1510—1512 гг. в области Рудных гор на западе Богемии (Чехия) были открыты богатые месторождения серебра. В 1516 г. для его добычи был основан поселок рудокопов, который получил название Таль от немецкого Tal — долина. А уже в следующем, 1517 г. быстро и сильно разросшийся городок в честь покровителя рудокопов святого Йоахима получил название Йоахимсталя.
Он сыграл выдающуюся роль в истории Европы, поскольку в нем начали чеканить полновесную серебряную монету. Ее стоимость была эквивалентна самой распространенной золотой монете того времени — гульденеру, которой остро не хватало для нормального денежного обращения. Новая монета содержала около 27,2 г чистого серебра и имела характерный дизайн, включавший изображение святого Йоахима. Всего только с начала чеканки до 1545 г. из серебра рудников Йоахимсталя было выпущено более 3 млн монет, получивших название иоахимсталеров. В дальнейшем в Европе это название монеты преобразовалось в более короткое название — талер, а затем и в доллар. В России иоахимсталеры называли ефимками.
В 1527 г. должность врача в горнорудной общине Святого Йоахима занимает приехавший в Йоахимсталь Георг Агрикола. Ему было тогда всего 33 года, и он был человеком своей эпохи — эпохи Возрождения — врачом и ученым.
В свободное время молодой врач, склонный к на блюдениям и их анализу, посещает рудники и плавильни металла, что способствует увлечению естествоиспытателя горным делом. Агрикола стал первым систематизатором горного дела. Он начинает собирать информацию для своих будущих трудов на греческом и латинском языках, систематизируя полученные знания.
Его главный труд, «De re metallica «(«О горном деле и металлургии») в 12 томах, стал настоящей энциклопедией горного дела, которая использовалась во всей Европе на протяжении 200 лет. В этом фундаментальном труде Агрикола не просто описал технологии горного дела, включая минералогию и поиск руд, собственно ведение горных работ, процессы металлургии — получения из руд полезных ископаемых, но и впервые подошел к ним с научной точки зрения, за что его по праву считают основоположником горной науки.
Благодаря деятельности Агриколы в Йоахимстале геология и минералогия получили свое заслуженное место среди «полноправных» наук, тогда как ранее они представляли из себя лишь знания, которыми пользовались в своем прикладном труде горняки, чеканщики монет и металлурги. В частности, Агрикола создал первую классификацию минералов, описав 20 новых видов и научив определять их по внешним признакам (цвету, весу, блеску). В своем главном труде он подробно описал весь производственный цикл горного дела — от разведки руды и строительства шахт до плавки металлов, систематизировав разрозненные знания средневековых мастеров.
Врач по образованию, он одним из первых обратил внимание на профессиональные болезни горняков и связал их с условиями труда, заложив основы гигиены в этой опасной профессии.
Вклад Агриколы в рудничное проветривание уникален: он дал первое в истории систематизированное описание способов подачи свежего воздуха в подземные выработки. До него существовали лишь отрывочные сведения античных авторов вроде Плиния Старшего.
В своем труде «De re metallica «(«О горном деле и металлургии») Агрикола подробно описал использование естественной тяги, возникающей из-за разниц температур и плотности воздуха в шахте и на поверхности, что заставляет воздух двигаться по стволам. Для усиления естественной тяги Агрикола предложил технически гениальное для XVI в. решение: разводить костры у основания вентиляционных стволов. Огонь нагревал воздух, делая его более легким и заставляя его быстрее подниматься вверх, что усиливало вытяжку и «высасывало» загрязненный воздух из рудника (шахты).
Также Агрикола описал и изобразил на гравюрах известные ему устройства для улавливания ветра — специальные деревянные шахтные флюгеры, или колпаки-воздухосборники. Они поворачивались отверстием навстречу ветру и направляли свежий воздух по трубам вниз, в шахту.
Работа Агриколы «De re metallica «(«О горном деле и металлургии») содержит ряд других описаний, касающихся вопроса проветривания горных выработок. При этом движение воздуха в копях описано во время подробного разбора процесса проходки горных выработок.
Георг Агрикола пишет, что поскольку горняки использовали горящие костры для «размягчения» особо прочных пород, то они, запалив костры, дожидались у входа в штольни, пока ветер не вытянет из них дым и «ядовитые газы».
Кроме этого, Агрикола описывает характер воздуха, находящегося в штольнях и копях, не имеющих сообщения между собой, то есть «слепых», а также в весьма протяженных выработках, опять же не связанных с другими рукотворными полостями. Поскольку движение воздуха не происходит, он становится
Нахождение в таких выработках рудокопов чревато головной болью, а учитывая искусственное освещение от ламп и испарения от людей, воздух становится еще более худшим .
Интересны наблюдения Агриколы, связанные с ес тественным движением воздуха. Они заключаются в том, что если шахтные стволы расположены на разной высоте и сообщаются между собой, то движение воздуха происходит, в зависимости от природных условий, как сверху вниз, так и наоборот. В первом случае это имеет место весной и летом, когда воздух, попадая в устья шахтных стволов, пройдя по штольням и штрекам, выходит наружу через устья штолен, расположенных ниже. Осенью и зимой наблюдается обратная картина — воздух с нижних штолен стремится к верхним. Смена направления происходит в умеренном климате в начале весны и в конце осени, а в странах с более холодным климатом — в конце весны и в начале осени.
Также Георг Агрикола приводит описание машин, которые использовались в то время для нагнетания воздуха в горные выработки. В приведенной им типологии он выделяет «три рода подобных устройств».
Первый род делится на три вида. Коротко охарактеризуем каждый из них. Первый вид проветривающего устройства изготавливается из деревянных досок и балок. Над шахтным стволом укладываются три балки, которые через отверстия на концах деревянными кольями прочно крепятся к земле. Затем поперек них укладывают еще три балки, не просто сверху, а врезав их через выбранные пазы к первым балкам. Образуется прочная деревянная рама. На перекрестие центральных балок устанавливают вертикально доски, скрепленные продольно под прямым углом, таким образом образуя крест. Каждый из его углов должен улавливать течение ветра и направлять его внутрь шахты. Сверху этого дощатого креста крепится круглая крыша, призванная направить воздушные потоки вниз и не дать им выходить вверх. Агрикола отмечает, что данная крыша не нужна в тех местностях, где можно расположить описанное устройство так, чтобы ветер дул в него сверху.
Второй вид ветроулавливающих устройств представляет собой сколоченную из досок трубу прямоугольного сечения, которая опускается в шахту. Та ее часть, что остается на поверхности, делается расширенной (подобно воронке) для того, чтобы лучше улавливать воздушные потоки. В случае если труба опущена вровень с поверхностью, возле нее устанавливают вертикальный деревянный щит, служащий направляющей для ветра.
Третий вид устройств делался иначе. В данном случае к деревянной трубе, опущенной в шахту и торчащей одним концом на поверхности, сверху прикрепляли бочку с отверстием, через которое ветер попадал в трубу и далее нагнетался в шахту. Чтобы бочка улавливала ветер в «автоматическом» режиме, ее основание, которым она крепилась к трубе, делали немногим меньше диаметра самой бочки, так, чтобы она могла вращаться на нем вокруг своей оси. На верхнем конце бочки устанавливали крыло, улавливающее ветер и поворачивающее бочку отверстием против потока воздуха так, что последний попадал внутрь и нагнетался в шахту.
Второй род устройств для проветривания характерен наличием вееров (крыльев). Данные веера помещаются в барабане из двух колес, соединенных досками, либо в прямоугольном коробе. Последний вариант менее эффективен ввиду того, что веера там не занимают весь объем из-за углов. В обоих случаях вмещающая полость имеет два прямоугольных отверстия: одно сверху конструкции, другое внизу, через которое барабан или короб соединяется с деревянной трубой, идущей в шахту. Веера приводятся в движение при помощи вала, находящегося сбоку от барабана или короба. Агрикола также отмечает интересный вариант данного устройства, когда барабан помещается на высоких столбах, а к его валу прикрепляются крылья от ветряной мельницы, в результате чего вращение устройства происходит за счет силы ветра. Еще один способ автоматизации вращения — соединение вала с крыльчаткой посредством зубчатого колеса с водобойным колесом, если позволяет водный режим в конкретной местности. Исследователь отмечает, что это наиболее эффективный способ. Сами веера делаются из дощечек, либо из дощечек с тонкими планками тополевого дерева, либо же из дощечек с прикрепленными к ним гусиными крыльями. Все эти модернизации призваны повысить коэффициент полезного действия и, следовательно, объем поступающего в шахту воздуха.
Третий род устройств связан с использованием мехов для нагнетания воздуха. Также меха применяли и для выдувания тяжелых испарений. Можно заключить, что меха являлись удобным и универсальным изобретением для проветривания, ибо меха могут приводиться в движение как руками, посредством рычага, так и ногами, подобно мехам органа, а также при помощи конного привода.
Обратим внимание, что как и вся наука в целом, до середины XIX в. горняки не знали, что такое воздух и из чего он состоит, но зато умели различать его состояния, особенно опасные и вредные. По туману и кипячению воды они знали о паре, неоднократно видели, как болото, озеро или река «парит», особенно на рассвете или закате Солнца. Также привычно и хорошо различимо было движение воздуха от его неподвижности.
Значение работ Агриколы по вентиляции трудно переоценить, хотя сам он не был лишен мистики и писал о Никелях и Кобольдах. Но в целом именно Агрикола превратил проветривание шахт из индивидуального искусства, основанного на догадках и личном опыте, в область проверенного инженерного знания. Вплоть до XIX в., когда изобрели механические вентиляторы, горняки всего мира пользовались принципами и методами, которые обобщил и изложил для них этот великий немецкий ученый.
Еще древние рудокопы знали, что «застоявшийся» воздух представляет, как правило, опасность, ибо, а мы это сейчас знаем в точности — он накапливает в себе выделяющиеся из массива газы, продукты горения, пыль от разрушаемой горной породы. Взять же более чистый и свежий воздух можно было только с поверхности земли из земной атмосферы, все время обновляющейся ветром. Это была непростая задача. Но ее решали.
В 1760 г. в Санкт-Петербурге выходит в свет первый в Российской империи фундаментальный труд по горному делу «Обстоятельное наставление рудному делу, состоящее из четырех частей, в которых описаны рудокопные места, жилы и способы для прииску оных, також учреждение новых рудников, потребные к рудному произведению машины, и разобрание, толчение, и промывание руд; с прибавлением о добывании каменного уголья».
Автором этого труда был Иван Андреевич Шлаттер — действительный статский советник, Берг-коллегии Президент и Монетной канцелярии главный судья. Он родился в Берлине в 1708 г. в семье мастера золотых дел и был назван Йоганном Вильгельмом. Учился в Берлинской Йоахимстальской гимназии. А в 11 лет вместе со своим отцом Генрихом Шлаттером, приглашенным Петром I на должность асессора в только что учрежденную Берг-коллегию, приехал в Санкт-Петербург. Быстро освоив русский язык, он уже в 14 лет становится пробирером в лаборатории Берг-коллегии для анализа руд и обучения металлургов, затем переходит в Монетный двор, где делает прекрасную карьеру и на долгие годы определяет всю чеканку монет в России. В 1760 г. он одновременно становится Президентом Берг-коллегии и всемерно развивает горное дело в России.
Вот как описывает И. А. Шлаттер залежи полезного ископаемого:
А вот записи о способах добычи полезного ископаемого:
«добыча руд бурованием и отстреливанием изыскана в 1613 году».
Проветриванию копей, рудников и шахт в своем опубликованном труде И. А. Шлаттер уделил серьезное внимание и посвятил ему в части III «О потребных к рудному произведению машинах» целую 12-ю главу «О худом в ямах бывающем воздухе, и о машинах, которыми оной поправить можно».
Вот что И. А. Шлаттер писал (Часть III, глава 12):
«§ 1. В глубоких и пространных ямных строениях происходит худой воздух, от неимения сообщения с наружным воздухом; по чему он в штольных, штреках и шахтах загустевать или утончеваться должен. Такого вредительного воздуха два рода почитаются, а именно чувствительной и нечувствительной. Каждый род разделяется паки на разныя качества, и состоит нечувствительный худой воздух в следующем.
§ 2. Когда он [воздух] такого состояния, что свеча гореть и люди свободно дышать не могут, то оной называется тяжелой воздух.
§ 3. Испорченный воздух называется и тот, который издавна в некоторых местах без перемен находился, и от подземных происхождений паров, или от пота работников, также от дыма, от стрельбы [от взрывных работ] и от старых гниющих деревянных укреплений заразился, в котором человек легко задохнуться может.
§ 4. Однако студеной воздух гораздо вредительнее, который по большей части в таких ямах находится, в которых руды чрез разжигание дров добываются, также в старых проломах, когда оные разшевелены будут, и происходит от тех обстоятельств, кои выше сего в § 3 описаны, то есть когда он с дымом и с арсеникальными частицами, в движение приведенными, смешивается, или когда худой воздух многие годы без перемен находился, от чего он застывает и сыреет, также свечи гасит и людей задушает. Сей род худого воздуха наиначе ложится на воде в ямах находящейся, на подобие синей перепонки. Когда оная вода каким-нибудь случаем перемутится, то вредительные пары подымаются и причиняют опасные следствия. Чего ради таких людей, кои не задолго таким худым воздухом заражены, заблаговременно на свободной и свежей воздух выносить должно, а притом надлежит им в гортань влить уксусу и деревянного масла, и на голову поставить, от чего сделается рвота, и можно будет отчасти надеяться, что они выздоровеют.
§ 5. От теплого худаго воздуха вышеописанного страху нет, и бывает он по большей части в ямах, где каменные уголья добываются, как о том ниже сего в пополнении о каменных угольях в § 10-м обстоятельно описано, также и в таких ямных строениях находится, в которых много колчадану, и имеет сладкий запах. Он происходит от выходящих из колчаданов серных паров и от великаго поту работающих. Такой воздух причиною бывает, что свечи сперьва неясно, потом кругло святят, а наконец и то все погасают. Хотя сей воздух не здоров, однако он сам собою, ежели с самый вредным воздухом не смешен, людей не умертвляет. [Это так называемый рудничный газ, т. е. метан в смеси с тяжелыми углеводородами (этан, пропан, бутан), которые выделяются из слабо метаморфизованных углей и придают смеси сладковатый запах].
§ 6. Чувствительный худой воздух происходит от того, когда один или несколько из вышеописанных родов [воздуха] вместе соединяются, и в одном месте в яму так сильно собираются и загущиваются, что оной видеть можно.
§ 7. Такой худой воздух обыкновенно ядровой или шаристый воздух называется, понеже он на великое ядро или шар походит, которой густою синею перепонкою на подобие паутины окружен быть кажется. Когда такой воздух каким нибудь случаем разделется, то он далеко распространяется, и задушает всех животных. Сей род воздуха в каменных угольных ямах великий вред причиняет, и стоит иногда несколько недель на одном месте до тех пор, пока такое ядро не раздастся. Ежели работающие в яме того не усмотрят, и себя не предостерегут; то он их умерщвляет.
§ 8. Тот худой воздух гораздо более вредит, который дикой огонь или громовой воздух называется. Оной находится в старых развалинах, где вода в застарелых ямах неподвижно стоит до тех пор, пока огонь к нему не достанется. Хотя он не виден, однако как скоро горящая свеча ко оному принесена будет, то пламя сперва вдоль протягивается, и делается на подобие ниточки, а на конец острым концом сойдется, от чего пары зажигаются, и с великим треском все, что встретят, разбивают и умерщвляют, на подобие молнии или громовой силы, и по крайней мере неисцельныя раны в теле выжигает. Ежели кому случится с таким воздухом встречаться, то иного ко спасению способа нет, кроме того, чтоб лицом упасть на землю, и лежать до тех пор, пока удар пройдет, как-то некоторые тем от смерти избавлялись.
§ 9. Впрочем можно об оном вредительном воздухе, и от чего он происходит в пополнении о каменных угольях в пар 10-м усмотреть, а теперь к поправлению оного приступим.
§ 10. Иногда при горных строениях от худаго воздуха великое препятствие причиняется, так что все ямы для того остановить должно; а сие по большей части в сухих ямах случается, за тем что в них воздуху обыкновенно меньше бывает, нежели в водянистых. Посредства к поправлению такого худаго воздуха служащия состояли в том, чтоб загустевший воздух во первых привести в движение, и потом оной выгнать, или стараться в такие места привесть наружный воздух, куда он сам собою проникать не может.
§ 18. Во время студеной погоды воздух по штольням всегда входит, и сквозь шахты выходит, а когда теплая погода случается, то сие противным образом бывает, токмо такою разностию, что воздух в зимнее время всегда в ямах свежее и постояннее, нежели летом, за тем что тепловатый воздух не так далеко, нежели свежий в ямах простирается, а притом и солнце, когда лучи онаго сильно на шахты ударяют, выходу из них воздуха препятствует; также и ветры, когда на устье штолен дуют, или возле их проходят, к перемене худаго воздуха в ямах много способствуют.
§ 25. Еще для приводу воздуха в рудные ямы употребляются мехи, которыми в круглые деревянные трубы дуют. Сей способ не всегда полезен.
§ 35. Упомянутый в § 8м дикой огонь, ежели от него опасность случится, дабы не загорелся, выводится из ям, когда человек мешок из чистого полотна наденет, и припадши лицом к земле с свечою на долгом шесту прикрепленною поползет, и оную в перед подвинет, от чего такой дикой огонь загарается. И есть ли сие удается, то дикие пары с великом шумом в ближнее отверствие выйдут, и оставшийся в яме воздух очистится»
К основной части книги было добавлено Приобщение «О каменных угольях, и о добывании оных». Начиная это приложение к своему наставлению, И. А. Шлаттер пишет о том, что в России каменный уголь не добывают, а в Англии и Швеции все знания в секрете и передаются по наследству. Поэтому он списал здесь многое от шведа Мартина Тривальда, работавшего в Англии и Шотландии восемь лет.
Эта и другие книги И. А. Шлаттера стали определенным связующим звеном между горно-металлургической литературой Западной Европы и возникшей в дальнейшем аналогичной литературой России.
Современником И. А. Шлаттера был первый крупный русский ученый-естествоиспытатель и энциклопедист Михаил Васильевич Ломоносов (1711−1765). Он был разносторонне талантливым человеком и считается основателем многих направлений в российской науке. Хотя его кафедра в Академии наук была посвящена химии, где он сделал много открытий, он сыграл основополагающую роль даже в формировании русского литературного языка.
Направленный на учебу в Германию, в 1736- 1740 гг. М. В. Ломоносов обучался, помимо прочего, в Фрайбергской горной академии. Преподавание строилось в основном на практических занятиях: посещение рудников и металлургических заводов сопровождалось объяснениями производственных процессов. Здесь Ломоносов познакомился с устройством рудников, способами крепления выработок, подъемными машинами, организацией проветривания. Позднее в своей книге «Первые основания металлургии или рудных дел» Ломоносов широко использовал знания и опыт, приобретенные во Фрайберге.
В своем труде «Первые основания металлургии или рудных дел» М. В. Ломоносов писал:
Выгоняли этот «пар» естественным проветриванием, поскольку постоянно действующей силой, способной привести в ощутимое движение рудничную атмосферу, была в те годы только «естественная тяга», возникающая из-за сил плавучести, вызванных разницей плотности холодного и теплого воздуха и хорошо знакомая горнякам не только в их подземных выработках, но и по печному обогреву жилищ и многоэтажных общественных зданий. И неудивительно, что М. В. Ломоносов пишет работу о естественной тяге «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном».
В первую очередь М. В. Ломоносов описывает естественное движение воздуха в шахтах и штольнях, если их система имеет два выхода, один расположенный выше, чем другой. Сезонность их описана так же, как и у Георга Агриколы, — в теплое время воздух поступает в верхнюю шахту и, проходя ее систему, охлаждаясь, выходит в нижнем устье. В холодное время, напротив, воздух попадает снизу, согревается и стремится вверх, проветривая систему горных выработок. В пограничные периоды времен года наблюдается периодическая частая смена направлений движения воздушных потоков.
Помимо этого, описывая различные аспекты организации горного дела, М. В. Ломоносов также говорит и о тех способах проветривания, которые в то время применялись на практике. Отсюда мы можем сделать вывод об использовании на рудниках и в шахтах Европы и России XVIII века тех же «машин» для проветривания, что были описаны Георгом Агриколой в середине XVI в.
Так, например, М. В. Ломоносов приводит описание конструкции, состоящей из двух перекрещивающихся брусьев, поверх которых устанавливают скрепленные крестообразно доски с крышкой наверху, служащие для улавливания и направления в ствол шахты воздушных потоков. Заметим, что у Агриколы приводится аналогичное описание в его классификации, за исключением разве что того, что используются не два, а шесть брусьев, скрепленных как решетка. Очевидно, такая конструкция более устойчива к сильному ветру. Однако мы можем предположить, что использование упрощенной конструкции, описанной Ломоносовым, вызвано, возможно, меньшей силой ветров, воздействующих на нее. Рудники горных заводов России зачастую располагались в лесу, у подножия холмов, на невысоких возвышенностях, то есть в таком ландшафте, где ветер не может сильно влиять на целостность конструкции.
Еще одна «машина» для проветривания представляет собой бочку, обращающуюся вокруг шеста. Из бочки внутрь шахты опущена труба. В отверстие в боку этой бочки дует ветер, попадая таким образом внутрь шахты. Для того чтобы бочка всегда стояла по ветру, обратив отверстие против него, к ней крепится крыло, при помощи которого бочка и вращается. Данная конструкция также была описана ранее Георгом Агриколой. Кроме того, приводится описание мехов, при помощи которых воздух нагнетается в шахту. М. В. Ломоносов указывает, что этот способ удобен, в первую очередь, тем, что не зависит от естественного движения воздуха, благодаря которому действуют конструкции из досок и бочки.
Описывая машину для проветривания, изобретенную французским физиком и математиком XVII в. Эдмом Мариоттом и переходя к повествованию о ней, М. В. Ломоносов отмечает, что сам никогда с такой машиной не встречался в горных выработках, но она может быть весьма полезной, поскольку не требует для своей работы постоянного привлечения человеческих ресурсов.
Конструкция этого изобретение такова. Для работы машины Мариотта необходимо водяное колесо, которое приводит в действие какие-либо механизмы. Под ним, в месте падения с него воды, в углублении сооружается деревянный куб без дна, все стороны которого длиной в сажень (около 2,14 м). Он заглубляется не полностью, а так, чтобы внутри него оставалось воздушное пространство. Для этого добивались постоянного уровня воды в «ящике"-кубе посредством отверстий в его боковых стенках, куда выливалась лишняя вода.
В верхней крышке делали отверстие с воронкой в том месте, куда падала с колеса вода. На боковой стенке куба делали еще одно отверстие, на этот раз выше уровня воды, куда подводили трубу, уходящую в шахту. Вся конструкция должна была быть хорошо проконопачена, чтобы движение воздуха из «ящика» могло идти только в отверстие, а затем в трубу, спускаясь в шахту. Это движение обуславливалось тем, что поступающая с колеса через воронку вода «захватывает» с собой воздух снаружи, а уже из «ящика» этот воздух выходит только в шахту. М. В. Ломоносов указывает, что необходимо добиться не прямого потока воды в воронку, заполняющего ее полностью, а поступления воды брызгообразно, чтобы вместе с ней попадал и воздух.
Эти и другие высказывания М. В. Ломоносова легли в основу рудничного проветривания и рудничной аэрологии России конца XVIII — начала XIX в.
С. 57 (цитата).
С. 16 (цитата).
С. 42 (цитата).
С. 171–183.
Часть III, глава 12; § 1–10, 18, 25, 35.
С. 108 (цитата).
С. 104−105.
С. 105.
С. 105−107.
С. 107−108.
С. 104.
С. 16.
С. 57−58.
С. 97.
С. 97−98.
С. 98.
С. 98−99.
С. 99−101.
С. 56−57.