SINKING, DRIFTING, AND STOPING WITH THE INGERSOLL-SERGEANT DRILLS.
В 1831 году был изобретен безопасный бикфордов шнур, тогда как до этого для подрыва зарядов использовалась пороховая дорожка. В том же году был выдан патент Мозесу Шоу из Нью-Йорка на электрическое устройство для одновременного подрыва нескольких зарядов. Примерно в это же время в Германии был изобретен рудоподъемник (man-engine). Какой-то шахтер, заметив медленное и ровное движение вверх и вниз длинных штанг, приводивших в движение насосы в корнуоллской системе, задумал набивать на них через определенные интервалы ступени и ездить на них вверх и вниз. По мере того как рудники становились глубже, а время и труд, необходимые рабочим для спуска к месту работы, увеличивались, для подъема и спуска людей стали применять специальный механизм, использующий усовершенствование этого устройства. Этот «рудоподъемник» состоял из двух параллельных балок, медленно двигавшихся вверх и вниз по стволу с возвратно-поступательным движением, причем длина хода составляла около двенадцати футов. На этих балках были набиты небольшие площадки на расстояниях, равных длине хода. Шахтер, желавший спуститься, ступал на верхнюю площадку одной балки в момент начала ее хода вниз. В конце этого хода он оказывался на двенадцать футов ниже по стволу на одном уровне со второй площадкой другой балки, которая тем временем поднималась, и перешагивал на нее; теперь эта балка начинала свой ход вниз. Таким образом, постоянно перешагивая с одной штанги на другую по завершении каждого хода вниз, он добирался до дна. Обратная процедура поднимала его на поверхность.
INGERSOLL-SERGEANT DUPLEX STEAM-ACTUATED AIR COMPRESSOR.
В целом до середины века горный прогресс шел медленно. Добыча неблагородных металлов как здесь, так и за рубежом росла постепенно по мере возникновения потребностей со стороны ремесел и промышленности, но лишь к середине века этот фактор в сочетании с усовершенствованными методами транспортировки и металлургии придал горному делу тот импульс, который — несмотря на чередующиеся повторяющиеся волны процветания и стагнации — продвигал его вперед до тех пор, пока ежегодные затраты на технические навыки, оборудование и материалы, используемые в отрасли, по сегодняшним оценкам, не достигли одной тысячи миллионов долларов.
Первая «золотая лихорадка» в Соединенных Штатах произошла в 1829 году вслед за открытием золота на юге; однако эти прииски быстро утратили свое значение, не приведя к каким-либо улучшениям методов и оборудования горной добычи.
Следующая горная лихорадка была вызвана началом работ на медных месторождениях на Кьювино-Пойнт, штат Мичиган, в 1845 году. Это вызвало первую в стране спекуляцию горными акциями, и интересно отметить, что век завершается повторением этой же лихорадки, основанной практически на тех же причинах. Тем не менее условия изменились разительно. На некогда бесплодном полуострове, белевшем палатками спекуляторов и геологов, выросло множество городов, заполненных тысячами людей, чей труд выполняется на глубине почти в милю под землей. Еще тысячи людей доставляют руду на фабрики, отделяют медь от породы и рубят лес для рудников; в то время как другие тысячи готовят еду, одежду и кров для всех них. В течение 1898 года медные рудники вокруг озера Верхнее добыли около 160 000 000 фунтов меди и выплатили 6 490 000 долларов дивидендов.
THE SERGEANT ROCK DRILL.
Этот район — единственный в Соединенных Штатах, где использовался рудоподъемник; но по мере того как стволы углублялись все больше, выяснилось, что даже этот метод недостаточно быстр, и теперь рабочих спускают в шахты в клетях или бадьях (скипах). «Клеть» (cage) — это просто принятое у шахтеров название обычного лифта при его использовании под землей, и оно произошло от бадьи, применявшейся в начале века. «Скип» (skip) — это вагонетка, специально сконструированная для использования на наклонных участках. Дорожное полотно, по которому движется скип, в верхней части ствола спроектировано так, что задние колеса катятся по колее, поднятой выше той, по которой проходят передние колеса, благодаря чему задний конец приподнимается и скип разгружается автоматически. На алмазных рудниках де Бирс в Южной Африке имеются два таких скипа, каждый из которых вмещает около пяти тонн породы. На дне ствола находятся рудоспуски, содержащие породу, и когда скип оказывается на месте, рабочий тянет за рычаг, позволяя руде ссыпаться в него. Другое движение рычага закрывает рудоспуск, нажимается кнопка, которая звонит в машинном отделении, и скип начинает подъем по стволу. Наверху он опрокидывается сам и возвращается для нового наполнения. Тем временем второй скип заполнен и поднимается, пока первый спускается. С этими двумя скипами, совершающими девяносто две поездки в час, менее чем за двенадцать часов было поднято с глубины 1250 футов свыше четырех тысяч тонн породы.
Для работы с такими колоссальными объемами используются мощнейшие подъемные машины. На рудниках «Калумет и Хекла» установлена пара четырехкратных паровых машин расширения, которые способны поднимать клети с шестью тоннами руды на высоту в милю за полторы минуты. Подъемная машина «Модок», построенная для компании Anaconda Mining Company из Бьюты, штат Монтана, является крупнейшей подъемной машиной в мире. Она представляет собой сдвоенную компаунд-машину с балансиром и предназначена для использования при проходке на глубину 6000 футов. Эта машина весит четыреста тонн и имеет семь отдельных подчиненных двигателей для управления ею. Только подумайте! Двигатель настолько громоздкий, что для включения сцеплений, приводящих в движение барабаны, требуются меньшие двигатели; другие двигатели приводят в действие тормоза, а еще один — меняет направление хода, если это необходимо. Все это контролируется рычагами, управляемыми с площадки машиниста, причем у «машиниста» под рукой находится одна ножная и семь ручных рукояток. Помимо этого, прямо перед ним расположены два циферблата-указателя, требующие постоянного внимания, поскольку они показывают точное положение клети в стволе. И тем не менее машинисты обладают столь поразительным мастерством в управлении этими поистине летающими машинами, что они мгновенно расшифровывают сложные сигналы и опускают клеть с такой точностью, что вагонетка с рудой выкатывается с путей в штреке на пути в клети практически без толчка.
INGERSOLL-SERGEANT STEAM-DRIVEN AIR COMPRESSOR.
Подъемная машина — далеко не единственная крупная установка, необходимая в оснащении современного горного предприятия, поскольку при углубке на большие глубины приходится откачивать громадные объемы воды. Горнодобывающая компания Chapin Mining Company в Айрон-Маунтин, штат Мичиган, владеет одной из крупнейших водоотливных машин в мире. Эта машина установлена на поверхности и приводит в движение насосы в корнуоллском стиле, хотя в этой великолепной машине было бы трудно разглядеть много общего с насосом 1801 года. Имея десятифутовый ход поршня, она передает мощность на насосы через балансир весом в сто тонн. За час она поднимает почти 200 000 галлонов воды с глубины в четверть мили.
DRIVING A RAILWAY TUNNEL WITH THE INGERSOLL “ECLIPSE” ROCK DRILL.
Вообразите шахтера 1800 года, «размягчающего огнем» руду в объемах, достаточных для обеспечения работы современной подъемной машины. Ведь рудники, которые сегодня выдают по 2000 тонн в день, никоим образом не сосчитать на пальцах одной руки, а 2000 тонн означают слой толщиной более фута на целый городской квартал. До середины века применение пороха и бура значительно расширилось, и в 1845 году была предпринята попытка помочь человеку с буром с помощью машины, которая раскачивала молот силой парового двигателя. В 1805 году была изобретена машина, использовавшая сжатый воздух в цилиндре, и она постепенно совершенствовалась, пока не увенчалась успехом в 1861 году при проходке туннеля Мон-Сени. В своем окончательном исполнении перфоратор представляет собой практически небольшую машину, где бур прикреплен к штоку поршня и быстро движется вперед-назад под действием сжатого воздуха или пара. Машина выполняет три функции: наносит удар, поворачивает бур и подает его вперед по мере того, как шпур углубляется.
INGERSOLL-SERGEANT STRAIGHT LINE AIR COMPRESSOR.
Вскоре после того, как перфоратор доказал свою эффективность, был изобретен динамит, и эти два фактора стали главнейшими в достижении того стремительного развития и роста производства, которые являются наиболее яркой чертой современной горной промышленности. Сам по себе динамит удвоил количество руды, которое можно извлечь из забоя за определенное время. Ле Неве Фостер в своем труде по горному делу приводит скорость проходки туннеля методом огневой отбойки равной двум саженям в месяц. Сравните с этим туннель у Ниагарского водопада, пройденный с помощью перфораторов и бризантных взрывчатых веществ со скоростью 342 фута за четыре недели.
Вероятно, именно перфоратору мы в большей степени, чем чему-либо другому, обязаны развитием воздушного компрессора, поскольку выхлоп от парового бура и тепло, выделяемое трубами, под землей крайне неприятны. Еще в 1800 году валлийский инженер пытался привести в действие вентилятор с помощью водяного колеса, расположенного в полутора милях от него, но машины стали эксплуатироваться на сжатом воздухе в значительных масштабах только в 1865 году. Главной сложностью была потеря эффективности из-за мертвых пространств и нагрева воздуха. При проходке туннеля Мон-Сени использовалось лишь 16 процентов развиваемой мощности, и вплоть до 1880 года коэффициент полезного действия оставался крайне низким; однако сегодня удается получать до 80 процентов. Воздушный компрессор представляет собой не что иное, как нагнетательный насос с остроумными приспособлениями для преодоления потерь энергии. Для обычного использования воздух сжимается до давления от 60 до 80 фунтов на квадратный дюйм. Для низких давлений это делается в одном цилиндре, но для высоких давлений используются два цилиндра. Из компрессора воздух подается в ресивер, откуда по трубам направляется к машине, которую он должен приводить в движение.
INGERSOLL-SERGEANT DUPLEX STEAM-DRIVEN AIR COMPRESSOR.
Одно из преимуществ машин с пневматическим приводом под землей заключается в том, что выхлоп снабжает шахтеров свежим воздухом и охлаждает атмосферу. В результате на металлических рудниках, где из породы не выделяются ядовитые газы, выхлоп от пневматических буров вместе с естественными воздушными потоками обеспечивал достаточную вентиляцию. Однако на угольных шахтах пришлось использовать иные средства. После того как выяснилось, что даже с безопасной лампой газ взорвется при скоплении его в большом количестве, вентиляции стали уделять больше внимания. Штреки и стволы разделяли для создания естественной тяги; размеры выработок тщательно рассчитывались для ее регулирования; устанавливали двери, чтобы заставить воздух омывать забои; принимали меры для его разделения, когда часть направлялась в одну камеру, а остаток — в другую; строились короба для перекрещивания воздушных струй. В начале века для нагнетания воздуха в ствол применялись ручные вентиляторы, приводимые в движение зубчатой передачей, но вскоре выяснилось, что циркуляция, создаваемая таким способом, уступает результатам вытяжки. Тогда внизу вентиляционных стволов сооружали крупные топки для создания сильной восходящей тяги. В дальнейшем для откачки воздуха испытывали огромные воздушные насосы, приводимые в движение механизмами. К 1850 году в обиход стали входить вытяжные вентиляторы, и теперь они — наряду с периодически заменяющими их нагнетателями, также используемыми для вытяжки — применяются повсеместно. Вентилятор Гибаля, ставший наиболее известным, строился диаметром до сорока шести футов. Вентилятор Капелла, представляющий собой усовершенствованную форму вентилятора Гибаля, имеет шесть изогнутых лопастей и изготавливается диаметром от восьми до пятнадцати футов. Он работает на довольно высоких оборотах, совершая от ста восьмидесяти до трехсот оборотов в минуту и обладая производительностью от ста тысяч до трехсот тысяч кубических футов воздуха в минуту. Результатом такой тщательной вентиляции является то, что газ удаляется из шахты почти с той же скоростью, с какой поступает, и зачастую рядовому шахтеру безопасная лампа уже не требуется. Тем не менее она вовсе не стала бесполезной, поскольку в качестве индикатора присутствия газа она бесценна. Поведение различных ламп в присутствии газа различно, но в целом размер пламени увеличивается прямо пропорционально росту количества газа, смешанного с воздухом. Каждое утро перед началом работы надсмотрщик по технике безопасности берет свою безопасную лампу и совершает обход шахты. Заходя в камеру, он наблюдает за пламенем, и если оно поднимается до отметки, указывающей на небезопасность входа с открытым огнем, он делает на стене метку, служащую границей опасности, за которую рабочие не заходят.
Еще одной машиной, которая, подобно вентилятору, получила развитие благодаря требованиям угольных шахт, стала углерубная машина. Пожалуй, доля ни одного человека не была столь тяжелой, как доля углеруба в начале века. Выполнив опасную задачу по подрыву скопившихся газов, он часто был вынужден работать целый день, лежа в самых неестественных позах. Применяемая таким образом сила шахтера в значительной мере растрачивалась впустую, при этом производилось много ненужной пыли и мелкого угля. Первой попыткой облегчить его труд стала машина, подражавшая шахтеру и наносившая удары киркой, приводимой в движение рычагом, делая до семидесяти ударов в минуту. Им на смену повсеместно пришли машины совершенно другого типа, основанные на действии вращающегося бруса, вращающегося диска или цепного резака. Эти машины приводятся в действие сжатым воздухом или электричеством. Вращающийся брусовый резак Джеффри подсекает блок угля размером тридцать девять на пятьдесят четыре дюйма за шесть минут. Цепной резак представляет собой бесконечную цепь с режущими зубьями, движущуюся по горизонтали. Утверждается, что эти машины позволяют достичь экономии примерно в десять центов на тонну в стоимости добычи угля.
Когда в 1848 году появилось сообщение об обнаружении золота в Калифорнии, за которым в 1851 году последовало открытие австралийских месторождений, большое число людей устремилось на россыпные прииски; позже, по мере истощения россыпей, они переключили свое внимание на жильную добычу. Не стояла на месте и гидравлическая добыча. Когда россыпи были только открыты, шахтер, стоя в мелководном потоке, промывал гравий по одному лотку за раз и зарабатывал от пятнадцати до двадцати пяти долларов в день. По мере обеднения россыпей он строил бутары (шлюзы) и, набрасывая туда лопатой гравий, пускал поток воды для смыва легкой породы, в то время как тяжелое золото улавливалось в промежутках между брусками, которыми он выстилал дно. Если грунт оказывался глинистым, он подводил часть воды через шланг и использовал ее для размывания комьев в промывочном желобе. Затем, по мере того как он постепенно выбирал гравий, а берега вокруг него становились выше, он направлял шланг на берег и подводил больше воды с более высокого уровня, пока, цитируя Боуи, «холщовый шланг и дымовую трубу не заменила сорокадеюймовая труба из кованого железа, а вместо струи толщиной в дюйм не потекла река воды, выбрасываемая через девятидюймовый насадок под давлением в четыреста футов».
ELECTRIC COAL-MINING MACHINE.
По мере обеднения берегов шахтеры обратили свое внимание на русла рек. В Новой Зеландии в ранние дни они разрабатывали берега вглубь реки настолько далеко, насколько могли дотянуться черпаковой драгой. Затем была создана драга, напоминающая непрерывно вращающуюся ковшовую цепь и приводимая в движение колесами, вращаемыми течением. Когда река мелела, течение становилось слишком слабым, и водяное колесо заменили паровым двигателем. Затем установили вращающийся грохот для отделения крупных камней от мелкого песка, и постепенно сформировалась современная черпаковая драга с ее насосами, грохотом, распределителями, столами и шлюзами, перерабатывающая 2000 ярдов гравия в день при себестоимости три цента за ярд.
В 1859 году была открыта жила Комсток в Неваде, и именно этому району мы обязаны методом крепления «квадратными рамами», получившим столь широкое распространение на мощных жилах по сей день. Некоторые из «бонанз», то есть скоплений богатой руды, имели колоссальные размеры. Например, одно из них, найденное в шахте «Гулд энд Карри», было длиной 400 футов, шириной 80 футов и глубиной 400 футов. Поскольку вмещающие породы были недостаточно прочными, чтобы стоять без поддержки, а отдельный брус оказался слишком коротким, чтобы перекрыть расстояние, попробовали сращивание. Вскоре выяснилось, что это слишком сильно ослабляет крепежный лес, и был изобретен метод «квадратного крепления» (square setting). Он заключается в сборке лесоматериалов в прямоугольные рамные конструкции, имеющие квадратное основание из четырех элементов, обычно шестифутовой длины, уложенных горизонтально в качестве лежней. В них врезаются стойки, завершающиеся наголовником из четырех дополнительных элементов, которые становятся основанием для следующей рамы. Лесоматериалы обычно имеют сечение двенадцать квадратных дюймов и обходились на Комстоке примерно в 10 долларов за раму. С 1870 по 1891 год на Комстоке, как утверждается, было изведено 200 000 акров леса стоимостью 45 000 000 долларов.
Количество крепежного леса, потребляемого под землей в течение одного только года, должно быть колоссальным. По оценкам г-на К. В. Гудейла, в одном лишь Бьюте в 1895 году в шахтах было использовано 37 500 000 футов леса, что эквивалентно 3750 вагонам. Поскольку древесина сгнивает за срок от пяти до пятнадцати лет и ее приходится заменять, усилия постоянно направляются на сокращение этих непрерывно возобновляющихся крупных расходов. В стволах и штреках постоянного назначения экономичной заменой является железо. Всюду, где это возможно, внедряются новые методы добычи. Так, в железорудных районах озера Верхнее разработка рудников планируется по принципам, о которых почти не слышали десять лет назад. Прежде всего вскрывается покрывающий руду гравий, даже если его мощность составляет пятьдесят футов. Это делается с помощью экскаваторов, которые грузят гравий на железнодорожные платформы. Затем они оттаскиваются одним локомотивом, в то время как второй подает под погрузку новые «пустые» вагоны. Один экскаватор загружает от 150 до 175 вагонов в день; то есть извлекает из бортов карьера от 3500 до 4500 тонн породы и грузит ее в вагоны. Этот метод позволяет обойтись без применения крепи для удержания поверхности.