4.2. Использование энергии воды, ветра, пара и связанных с ними механизмов в технологических процессах

Ветряные мельницы известны с середины VII в, когда впервые их стали строить на территории Персии. В Нидерландах, где издревле боролись с морем за каждый клочок земли, пригодной для земледелия, именно с помощью ветряных мельниц с X–XII веков осушали большие территории. Сначала возводили земляные дамбы, отгораживающие мелководный участок морского залива, а затем сооружали мельницы с водоотливными колесами. Такие мельницы стали применять и в горном производстве. Они неустанно день и ночь – был бы только ветер – откачивали воду.

Чем глубже становилась шахта, тем больше сил отнимала борьба с проникавшей в нее водой. На водоотливе было занято 200 человек в смену, а всего – 600. В 1539 г. здесь установили восемь больших ручных насосов, но и для их обслуживания все же требовалось 240 человек. Лишь в 1553 г. людей полностью заменила «швацкая машина», на которую вскоре стали дивиться как на новое чудо света.

Водоотливная машина представляла собой гигантское водяное колесо с двумя рядами лопастей (рис. 4.3). Лопасти располагались друг против друга, отчего колесо вращалось как вперед, так и назад. Размещалось оно над шахтой, в выемке, вырубленной в породе. С вала колеса опускались в шахту две цепи, которые поднимали наверх деревянные бадьи с рудой и породой, и огромные, емкостью по 1400 л мешки-черпаки с водой, сшитые из двух бычьих шкур каждый. За восемь часов поднимали около 100 м³ воды, причем обслуживали колесо всего два человека.

Так как передавать механическое движение от водяного колеса на большие расстояния невозможно, все фабрики приходилось строить на берегах рек, что не всегда было удобно. Кроме того, для эффективной работы такого двигателя часто требовались дорогостоящие подготовительные работы: устройство прудов, строительство плотин, возведение траншей, штольни, мостов, в которых накапливалась вода. Эта вода, стекая, приводила в движение водяное колесо.

Были у водяных колес и другие недостатки: они имели малую мощность, работа их зависела от времени года и с трудом поддавалась регулировке. Постепенно стала остро ощущаться нужда в принципиально новом двигателе: мощном, дешевом, автономном и легко управляемом. Именно таким двигателем на целое столетие для человека стала паровая машина. Переход от использования мышечной силы людей и животных, а также кинетической энергии воды и ветра к повсеместному внедрению паровых машин стал следующей вехой промышленной революции.

Исключительную роль в совершенствовании конструкций горных машин сыграло изобретение парового котла (Д. Папен, Великобритания, 1680). Горное дело оказалось такой областью производства, где внедрение парокотельных агрегатов в XVIII в. происходило наиболее интенсивно. Так, на рудниках Западной Европы получает распространение пароатмосферная водоподъемная машина (Т. Ньюкомен, Великобритания, 1705), на угольных шахтах близ Льежа применяется паровой насос для водоотлива (1717).

Рисунок 4.3. Реверсивное водяное колесо.

Решающее значение имело создание универсального парового двигателя Дж. Уатта в 1774–84 (первая паровая воздуходувная машина сконструирована И. И. Ползуновым в 1763–65). Первую такую машину Дж. Уатт использовал для водоотлива в шахте (1774), позднее паровой двигатель применяется для шахтного подъема (угольная шахта в провинции Эпо, Бельгия, 1809).

Паровые двигатели механизируют наиболее трудоемкие процессы на шахтах Великобритании (за что именуются «друг шахтера»).

Отличительные особенности периода – появление подземных выработок постоянных сечений, схем рационального их размещения в подземном пространстве, специализация выработок (для водоотлива, вентиляции, спуска-подъема руды, транспортирования и т.п.). Преимущественное распространение получила шахтная разработка месторождений, что объяснялось отсутствием техники для крупномасштабных земляных работ.

Достоверными документами, характеризующими уровень развития горного дела XVII–XVIII вв., стали произведения изобразительного искусства в Западной Европе. На памятных медалях, выпускавшихся в честь закладки новой шахты или открытия рудника, воспроизводились в высокохудожественной манере водяные колеса, насосы, горный инструмент и т. п. Крупные красивые рудные штуфы и образцы минералов все чаще использовались для создания т. н. горных миниатюр – макетов рудников.

Миниатюры называли также «ручными камнями», являли собой воплощение традиционных представлений о горном предприятии с заключенными в нем минеральными богатствами, как о «божьем даре», о своеобразном микрокосме.

В начале XVIII в. в искусстве малых форм особо прослеживается влияние горного дела на фарфоровую скульптуру. Ведущая в Германии Майсенская мануфактура посвятила целую серию фарфоровых фигурок горнякам как профессиональному сословию, которое, оказывая значительное воздействие на экономику Саксонии, обеспечивало ее благосостояние.

Примером связи горного дела с искусством малых форм может служить и ваза «Сатурн» (после 1745). На этом выдающемся произведении искусства изображены все стадии добычи и обработки серебряно-свинцовой руды, а также различные административные акты.