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Elemente
Bergbau,
[* 1] der Inbegriff aller
Arbeiten, mittels welcher nutzbare Fossilien in der
Masse des Erdkörpers aufgesucht, gewonnen,
zu
Tage geschafft und auf mechanischem Weg durch
Aufbereitung (s. d.) von unnutzbaren
Bestandteilen
befreit werden. Die dabei
gewonnenen Rohprodukte sind entweder schon Handelsware
(Steinkohlen,
Braunkohlen,
Steinsalz,
Braunstein),
oder bedürfen noch einer chemischen Behandlung (durch Hüttenprozesse) zum Behuf der
Ausscheidung der
Metalle und deren
Verbindungen
sowie gewisser
Nichtmetalle
(Schwefel,
Antimon,
Arsen etc.). Die
Berechtigung zum Betrieb des
Bergbaues wird auf
Grund eines Berggesetzes
durch landesfürstliche
Verleihung erteilt, und man versteht unter
Bergwerk den Inbegriff aller durch eine solche
Verleihung erworbenen Besitzungen.
Zur Orientierung über die Lagerungsverhältnisse der Lagerstätten nutzbarer
Mineralien
[* 2] sowie über
Lage und
Ausdehnung
[* 3] der
unterirdischen
Baue und ihre Beziehungen zur Tagesoberfläche dient die
Markscheidekunst (s. d.), ohne deren
Hilfe
Bergbau überhaupt
nicht geführt werden kann. Die
Beschreibung der Veranstaltungen und Vorrichtungen zur Aufsuchung und Gewinnung von
Mineralien
und die
Aufstellung der hierbei zu befolgenden
Regeln ist
Zweck der
Bergbaukunde.
Vorkommen der nutzbaren Fossilien und ihre Aufsuchung.
Die nutzbaren Fossilien finden sich in der Erdrinde auf Gängen, Lagern und Flözen, Stöcken, Stockwerken, Nestern oder Putzen, Nieren, Seifen und oberflächlichen Lagerstätten. Gänge sind plattenförmige Lagerstätten [* 1] (Fig. 1 a) hauptsächlich metallischer Fossilien von variabler Dicke (Mächtigkeit), welche als ausgefüllte Gangspalten das Gebirge A (Nebengestein), in welchem sie vorkommen (»aufsetzen«),
seiner Schichtung nach »durchschneiden«. Steht der Gang [* 4] nicht senkrecht, so nennt man das darüber befindliche Gestein Hangendes, das darunter befindliche Liegendes. Die Richtung der Gangebene der Länge nach heißt die Streichungslinie und der Winkel, [* 5] den sie mit der magnetischen, durch den Kompaß [* 6] zu ermittelnden Mittagslinie bildet, das Streichen, während man mit Fallen [* 7] den nach dem Gradbogen zu bestimmenden Winkel bezeichnet, unter welchem der Gang in die Tiefe setzt.
Lager [* 8] und Flöze [* 1] (Fig. 1 b) sind zum Unterschied von den Gängen den Schichten parallel gelagert und zwar erstere in ältern, letztere in jüngern Formationen (von der Steinkohle an nach oben). Man findet auf diese Weise sowohl metallische Fossilien als auch besonders Stein- und Braunkohlen sowie Steinsalz in der verschiedensten Mächtigkeit und häufig in mehreren durch taubes Gestein getrennten Lagen übereinander abgelagert. Stöcke sind Lagerstätten von sehr großer Mächtigkeit, nach einer bestimmten Längenerstreckung ausgedehnt und danach liegende oder stehende Stöcke [* 1] (Fig. 1 c) genannt.
Stockwerke bestehen aus einem System sich vielfach kreuzender kleiner Erzgänge. Nester oder Putzen sind kleine Stöcke von Fossilien, welche von dem sie umgebenden Gestein völlig verschieden und unregelmäßig darin verteilt sind. Nieren enthalten bei knollenförmiger Gestalt die Massen um gewisse Zentren der Anziehung angeordnet, während Seifen von ihrer ursprünglichen Lagerstätte fortgeschwemmte Trümmer bilden, welche Metalle oder metallische Verbindungen (Gold, [* 9]
^[Abb.: Fig. 1. Gänge, Lager und Flöze. c Stöcke. A Nebengestein.] ¶
forlaufend
Platin, Zinnerze) führen können. Oberflächliche Lagerstätten bilden sich noch vor unsern Augen, z. B. Raseneisensteine, Torfmoore.
Deutet die geognostische Beschaffenheit eines bestimmten Terrains auf das Vorhandensein von nutzbaren Lagerstätten, so schreitet man zur Auf- und Untersuchung derselben durch Schürfen bei höherer und durch Bohren bei tieferer Lage unter der Erdoberfläche (unter Tage). Die eigentlichen Schurfarbeiten bestehen in der Ausführung von Schurfgraben oder Röschen in der Richtung des Streichens der Gebirgsschichten beim Vorhandensein eines Ausgehenden oder quer gegen das Streichen zur Aufsuchung des Ausgehenden, ferner in der Anlage einzelner, nicht weit voneinander entfernter Schurfschächte von mäßiger Tiefe und bei wechselnden Niveauverhältnissen der Oberfläche, auch wohl in der Anlage eines horizontalen Schurfstollens von einem tiefer gelegenen Punkt, einem Thal, [* 11] aus.
Ist die Lagerstätte mit jüngern Gebilden von größerer Mächtigkeit überdeckt, so bringt man auf derselben Bohrlöcher nieder und zwar in Massen von geringem Zusammenhalt (Dammerde, Lehm, Thon) mittels eines Schnecken- oder Erdbohrers, bei größerer Festigkeit [* 12] mittels eines Schlangen- oder Schraubenbohrers und bei sehr hartem Gebirge mittels eines Meißelbohrers, welcher unter zeitweiliger Drehung (Umsetzen) an einem festen Gestänge oder an einem Seil in stoßende Bewegung versetzt wird. Die mittels eines Löffels (Schmandlöffel) von Zeit zu Zeit aus dem Bohrloch herausgeholte zerkleinerte Masse (Bohrmehl, Bohrschmand) läßt Schlüsse auf die Beschaffenheit der durchbohrten Schichten zu.
Die Gewinnungs- oder Häuerarbeiten gestalten sich je nach den Verhältnissen sehr verschieden und werden teils durch die Hand [* 13] des Arbeiters, teils durch Maschinen ausgeführt. Die Arbeit des Wegfüllens findet ihre Anwendung für lose, lockere Massen, als Dammerde, Seifengebirge, Sand, Gruß, Braunkohle und bereits gewonnene und aufgestürzte Fossilien, die von dem Ort, wo sie lagern, nach einem andern gebracht werden. Das Werkzeug (Gezähe), welches bei dieser Arbeit in Gebrauch kommt, besteht aus Schaufeln, Kratzen, Gabeln, dem rechenartigen Kräl, Spaten und Trögen.
Die Keilhauenarbeit für schon zusammenhängende, aber doch milde Gesteine wird behufs der Gewinnung von Lehm, Letten, Schieferthon, Gips, [* 14] Steinsalz, Steinkohlen in Anwendung gebracht. Als weiteres Gezähe benutzt man die Doppelkeilhaue, Schrämhammer, Breithaue, Schrämspieß und Axt. Die zu gewinnenden Massen werden durch einen Schram, meist parallel der Lagerungsfläche oder horizontal, häufig auch durch einen Schlitz rechtwinkelig gegen den Schram frei gemacht.
Die Schlägel- und Eisenarbeit, früher bei Gesteinen von allen Festigkeitsgraden mit Ausnahme der höchst festen und höchst milden sowie der lockern Massen angewandt, erfordert als Gezähe das Fäustel (Schlägel) [* 15] und das Eisen. [* 16] Bei der Arbeit wird die kulpige Spitze des Eisens, das Örtchen, angenäßt, an das Gestein gesetzt und mit dem Fäustel auf den obern Teil geschlagen, wodurch streifenweise die Gesteinsmassen abgesprengt werden. Diese Arbeit hat an Wichtigkeit ungemein verloren seit Anwendung der weit wirksamern Sprengarbeit, welche sich des Sprengpulvers bedient und in neuerer Zeit durch Einführung kräftigerer Sprengmittel (Dynamit etc.) und sicherer Zündungen [* 17] ungemein ausgebildet worden ist (vgl. Sprengen). [* 18]
Dem Bohrloch, welches mit Bohrer [* 19] und Fäustel hergestellt, mit Sprengmaterial gefüllt, mit quarzfreiem, geschlämmten Lehm, Thonschiefermehl etc. besetzt und mit Zündung versehen wird, muß eine Vorgabe gegeben werden, es muß Gestein über und unter sich haben, damit der Schuß genügend wirken kann. Nach abgethanem Schuß werden die nicht herabgefallenen, noch lose am festen Gestein sitzenden Partien mittels Brechstangen, Spitzhämmer, durch Eintreiben ungelochter Keile (Fimmel, Wölfe) mittels schwerer Hämmer (Treibfäustel) in entstandene Ritzen hereingewonnen (das Abräumen, Hartmachen).
Die Sprengarbeit soll 1613 durch Martin Weigel oder Weigold in Freiberg [* 20] erfunden sein, kam erst 1632 nach Klausthal und wurde auch in Sachsen [* 21] erst seit 1643 allgemeiner gebräuchlich. Sie hat auch das uralte, von Ägyptern und Römern geübte, bei sehr festem Gestein gebräuchliche Feuersetzen verdrängt, bei welchem Holzstöße nach bestimmten Regeln gegen und vor die zu bearbeitenden Stellen aufgerichtet und verbrannt wurden. Das durch die Hitze ausgedehnte Gestein erhält Risse, fällt zum Teil herab oder kann mittels Brechstangen, Bohr- und Schießarbeit nun leichter gewonnen werden.
Wasser wird zur Gewinnung verwendet namentlich in Salzbergwerken zur Bildung von Salzsolen in Bohrlöchern oder Sinkwerken, auch bei der Ausbeutung von Seifen, indem ein kräftiger Wasserstrahl die Seifenmassen fortführt und eine Scheidung der schweren Erzteile von dem leichtern tauben Gestein herbeiführt. In neuerer Zeit hat man auch im Grubenbetrieb die Handarbeit durch Maschinen zu ersetzen gesucht, namentlich hat man Bohrmaschinen [* 22] angewandt, welche durch die Hand, durch gepreßtes Wasser oder komprimierte Luft, seltener durch Dampf, [* 23] betrieben werden und große Vorteile gewähren. Weniger Bedeutung haben bis jetzt die Schrämmaschine (s. d.) und die Maschinen zur Vermeidung der Schießarbeit in Gruben, welche durch schlagende Wetter stark gefährdet sind.
Durch die aufgeführten Gewinnungsarbeiten werden ober- und unterirdische Räume gebildet, welch letztere den allgemeinen Namen Grubenbaue führen. Die Gesamtheit planmäßig betriebener Grubenbaue nennt man Grubengebäude, Grube, Zeche. Die Grubenbaue sind hinsichtlich ihrer Einrichtung höchst mannigfach; die meisten derselben verlangen aber wegen der einzubringenden Zimmerung oder Mauerung eine sehr regelmäßige Gestalt. Dem Zweck nach teilen sie sich in Versuchs- oder Hoffnungs-, in Ab- und Hilfsbaue.
Die Versuchsbaue haben die Bestimmung, bauwürdige Mittel aufzufinden. Die Abbaue haben lediglich die Gewinnung der nutzbaren Fossilien zum Zweck; die Hilfsbaue aber tragen dazu bei, dieselbe zu ermöglichen, indem der Bergmann durch sie in den Stand gesetzt wird, zu den nutzbaren Bergwerksprodukten zu gelangen, die Förderung zu bewirken und die schädlichen Wetter [* 24] und Wasser abzuführen. Hierher gehören Förder-, Kunst-, Wetterschächte, Radstuben etc. Ihrer Form nach unterscheidet man stollen- und schachtartige Grubenbaue. Erstere werden von dem Querschnitt eines Prismas im wesentlichen in horizontaler Richtung auf größere oder geringere Längen ins Gebirge hineingetrieben und eigentliche Stollen (c d in [* 10] Fig. 1) genannt, wenn sie eine Tagesöffnung (Mundloch c) haben, dagegen Strecken, wenn dieses nicht der Fall ist, sondern die mehr oder weniger horizontalen Kanäle nur innere Grubenräume untereinander verbinden (b in [* 10] Fig. 2). Das Ende der Stollen und Strecken nennt man Ort, ihre Decke [* 25] Firste, den Boden Sohle und die Seitenwände Ulmen oder Stöße. Sie stehen entweder im Festen, oder sind durch Mauerung ¶
forlaufend
oder Zimmerung unterstützt; eine hölzerne, horizontale Scheidewand (d in [* 26] Fig. 4, Tragewerk) teilt die Stollen in zwei Räume, von denen der obere zur Befahrung und Förderung, der untere g (Wassersaige) zur Wetterlosung und Wasserabführung dient. Außerdem kann der Zweck eines Stollens das Zugängigmachen (Aufschließen, Ausrichten) der Lagerstätte sein, um von dort aus nach der Höhe vorhandene Fossilien zu gewinnen, wenn die Lagerstätte nicht von jüngern Formationen überlagert ist und die Oberfläche nicht erheblichere Niveauverschiedenheiten besitzt.
Ist dieses der Fall, so muß die Lagerstätte durch mehr oder weniger vertikale Grubenbaue (Schächte) zugänglich gemacht werden (e in [* 26] Fig. 1), welche dann gleichzeitig zur Förderung (Treibschacht), zur Fahrung (Fahrschacht), zur Wasserhebung (Kunstschacht), zur Wetterzirkulation (Wetterschacht), zum Einlassen von Materialien (Hängeschacht) etc. dienen können. Zuweilen sind aber für einzelne dieser Zwecke besondere Schächte vorhanden. Nur bis auf Stollen des Wetterwechsels wegen niedergehende Schächte nennt man Lichtlöcher.
Die Schächte, deren Tagesöffnung Hängebank und die Seitenwände Stöße heißen, sind entweder in den
Lagerstätten niedergebracht (abgesunken, abgeteuft), folgen dann deren Fallwinkel, sind danach mehr oder weniger geneigt
(tonnlägig) und finden sich hauptsächlich beim Gang
bergbau, oder man teuft die Schächte vertikal (seiger) ab. Im erstern
Fall sind sie rechteckig, im letztern rechteckig, quadratisch, rund, elliptisch und regelmäßig polygonal
im Querschnitt, je nach Gewohnheiten der Lokalität, dem vorhandenen Gebirgsdruck und der Art der Unterstützung.
Die Dimensionen der Schächte richten sich hauptsächlich nach ihrem Zweck, der Größe der Förderung etc. Behufs des Abbaues treibt man meist vom Schacht aus nach der Lagerstätte in gewissen Abständen untereinander horizontale Kanäle (Strecken), welche durch Schächtchen in gewissen Entfernungen miteinander verbunden werden, teils der Wetterzirkulation wegen, teils um den Abbau vorzurichten [* 26] (Fig. 2 a Schacht, b Strecken, c Absinken, d Abbau), teils zum Herabstürzen gewonnener Erze auf Plätze (Füllörter), von wo der Transport sich bequem beschaffen läßt (Rollschächte).
Das Abteufen der Schächte geschieht von Tage nieder in festem oder ziemlich festem Gebirge durch Schießen [* 27] eines Einbruchs und Nachnehmen der Schachtstöße, welche durch Zimmerung, Mauerung oder Eiseneinbau geschützt werden. In sehr brüchigem oder schwimmendem Gebirge teuft man mittels Abtreibezimmerung oder mittels eingesenkter Mauer- oder Eisenschächte ab. Kinds Verfahren besteht im Abbohren mit nachheriger Verdichtung der Schachtwände im toten Wasser. In Amerika [* 28] bohrt man auf der Schachtsohle eine größere Zahl von 60 m tiefen Löchern mittels Diamantbohrer, füllt sie wieder mit Sand, beschickt sie in 1-1,25 m Tiefe mit Dynamit und entzündet sämtliche Ladungen gleichzeitig, so daß die ganze Schachtscheibe in der Mächtigkeit, welche die Tiefe der Ladung bedingt, losgelöst wird. Im schwimmenden Gebirge hat man in neuester Zeit mit Erfolg künstliche Temperaturerniedrigung angewandt. Man bringt in dem Gebirge eine einfache Rohrleitung an und läßt in dieser auf einer Eismaschine stark abgekühlte Chlorcalciumlauge zirkulieren, bis die den abzuteufenden Schacht umgebenden Massen vollständig gefroren sind und nun hinreichende Festigkeit besitzen.
Abbaumethoden.
Die Abbaumethoden, die Art und Weise, wie die zugängig gemachten Lagerstätten in Bau genommen werden, richten sich hauptsächlich nach ihrem lokalen Charakter, nach ihrem Fallen, der Mächtigkeit, der Beschaffenheit des Nebengesteins etc. Im allgemeinen richtet man auf Gängen Firsten-, Strossen- und Querbau, auf Lagern und Flözen Strebe- u. Pfeiler-, auf Stöcken Bruch- u. Stockwerksbau ein. Beim Firstenbau wird vom Schacht a [* 26] (Fig. 3) aus eine Grundstrecke b getrieben, diese mit Zimmerung od. Mauerung versehen und oberhalb der Zimmerung (Firstenkasten) oder Mauerung der Firste (Firstengewölbe) c bis zum Punkte d ein Stoß vom Schacht abgetrieben, über diesem ein zweiter bis e, darüber ein dritter bis f. Dadurch entstehen treppenförmige Arbeitspunkte bei d, e und f für die auf dem ausgehaltenen tauben Gestein g (Bergversatz) stehende Mannschaft.
Durch das Rollloch h in der Zimmerung oder Mauerung gelangt das Erz auf die Förderstrecke. Der jetzt meist verdrängte Strossenbau ist eine Umkehrung des Firstenbaues. Er geht von einer Strecke aus in terrassenförmigen Absätzen, statt nach oben, nach unten, und der Arbeiter steht, statt auf dem Bergversatz, auf der zu gewinnenden Gangmasse seiner Strosse; über sich hat er in dem ausgehauenen Raum Zimmerung (Kastenschlag), auf dieser den Bergversatz. Man wendet den Strossenbau mehr bei edlen Erzen an, um diese auf einer soliden Unterlage ohne Verlust ausklauben zu können.
Wenn ein Gang die Mächtigkeit von 2 Lachtern überschreitet, so kann der Firsten- oder Strossenbau wegen zu großer Kosten bei der Verzimmerung nicht mehr in Anwendung kommen. Man hat daher zu Schemnitz in Ungarn [* 29] auf dem äußerst mächtigen Spitabergang eine besondere Art des Abbaues, den sogen. Querbau, eingeführt. Bei ihm wird am Liegenden der Lagerstätte eine Strecke, welche mit dem Förderschacht in Verbindung steht, getrieben, das ganze Mittel in mehrere horizontal übereinander liegende, 1 Lachter hohe Abteilungen (Stöcke) gebracht und hierauf eine derselben in Angriff genommen.
Der eigentliche Abbau erfolgt nunmehr auf rechtwinkelig von der Förderstrecke nach dem Hangenden hinüberlaufenden, 2-2,8 m breiten Örtern (Querstrossen), in denen das fallende taube Gestein zur Seite verstürzt, die Ausfüllung aber sofort vollkommen bewirkt wird, wenn die ganze Querstrosse ausgehauen ist. Übrigens kann man in Distanzen von 6 zu 6 Lachtern so viel Querstrossen in Angriff nehmen, als für den Grubenhaushalt zweckmäßig erscheint. Sobald eine Sohle abgebaut ist, rückt der Bau in eine höhere oder in eine tiefere vor. Außer in Ungarn ist der Querbau
[* 26] ^[Abb.: Fig. 2. Abbaustrecken.]
[* 26] ^[Abb.: Fig. 3. Firstenbau.] ¶