Die Technologie im Bergbau

Technische Neuerungen führten im Laufe der Zeit zu einer enormen Industrialisierung und Automatisierung des deut­schen Steinkohlenbergbaus. Das kann an der Pro-Kopf Förderung eines Bergmanns gemessen werden. Lag die die Pro-Kopf Fördermenge je Schicht Anfang des 19. Jahrhunderts bei ca. 400-500 kg, so wurde 2005 im Ruhrgebiet eine Fördermenge von 6.735 kg Kohle je Bergmann je Schicht erzielt.

 

 

Das Gezähe im Mittelalter bestand je nach Aufgabe aus wenigen Werkzeugen, die der Bergmann mit sich führte. Die bekanntesten sind Schlägel und Eisen, die auch später zum internationalen Symbol des Berg­baus wurden.

Jeder Bergmann hatte sein eigenes Gezähe, das nach Schichtende sicher verwahrt wurde. Die Eisenkeile wurden nach dem Ende der Schicht vom Bergschmied nachgeschärft oder ausgetauscht. Ein Dokument aus dem frühen 19. Jahrhundert verdeutlicht das Verhältnis der Aufgaben zueinander: 1804 arbeiteten auf der Zeche Nachtigall in Witten insgesamt 10 Bergleute: 4 Kohlenhauer, 2 Gesteinshauer, 4 Karrenbrückner (Karrenschieber).

Die klassische Kleidung des Bergmanns bestand aus Grubenhose, Schuhe und Kittel, aus einem Arschleder zum Schutz vor Durchwetzen der Hose und gegen Nässe und Kälte beim Sitzen, Kniebügel aus Leder zum Schutz der Knie und eine ausgestopfte Fahrhaube zum Schutz des Kopfs.

 

Die moderne Ausrüstung eines Bergmanns umfasste einen Grubenhelm mit Kopflampe, eine Sicherheitsbrille, Staubmaske, Arbeitshandschuhe, Arbeitshemd, Grubenanzug, Knieschützer, CO-Filterselbstretter und die allgegenwärtige Schnupf­tabak­dose.

Schießen (Sprengen)

Die ersten Versuche mit Schießarbeiten im Bergbau fanden 1627 in einem Silberbergwerk im ungarischen Schemnitz statt. Die ersten Sprengungen im deutschen Bergbau wurden 1632 im Bergrevier Clausthal durchgeführt. Ab 1700 verbreitete sich die Schießarbeit auch zunehmend im Steinkohlenbergbau. Zur Vorbereitung der Sprengung wurden Bohrlöcher in das Gestein geschlagen. Die Bohrlöcher wurden dann mit Sprengstoff gefüllt und gezündet. Anfangs wurde mit Schwarzpulver geschossen. Später wurden spezielle Sprengmittel entwickelt, um die Gefahr einer Schlagwetterexplosion zu minimieren.

 

Einsatz der Dampfmaschine

Das erste Patent einer Dampf­maschine wurde 1606 von dem Spanier Jerónimo de Ayanz y Beaumont eingereicht. Die Maschine erzeugte mit Dampf­druck einen kontinuierlichen Wasserfluss in einer Rohrleitung. Sie kam in einem Bergwerksstollen zum Einsatz. 1712 baute Thomas Newcomen eine Dampf­maschine, die ein Pumpengestänge antreiben konnte. James Watt verbesserte 1769 den Wirkungsgrad der Newcomenschen Dampf­maschine we­sent­lich. Dadurch wurde der wirtschaftliche Einsatz in Bergwerken möglich. Die erste Dampf­maschine im deutschen Bergbau wurde 1785 auf dem König-Friedrich-Schacht in Hettstedt zur Wasserlösung in Betrieb genommen.

 

Kohlenwäsche

Im Erzbergbau wurde das Erz im Scheidehaus von Hand vom tauben Gestein getrennt. Für diese mühsame Arbeit wurden häufig Kinder, Frauen und invalide Bergmänner eingesetzt. Im Kohlebergbau musste die Rohkohle von Nebengestein getrennt und nach Korngröße sortiert werden, bevor sie weiterverwendet werden konnte. 1810 erfand Ernst Friedrich Wilhelm Lindig in Sachsen die nasse Kohleaufbereitung. Er nutzte die unterschiedliche Dichte von Kohle und taubem Gestein in der Kohlenwäsche, um beide mechanisch zu trennen. Diese Technologie revolutionierte in wenigen Jahren die Kohleaufbereitung in ganz Europa.

 

Drahtseil

Die ersten Förderseile waren aus Hanf. 1834 erfand Oberbergrat Wilhelm August Julius Albert in Clausthal-Zellerfeld das Drahtseil. Es erlaubte die Förderung größerer Lasten und vor allem die Förderung aus größeren Tiefen. Es verdrängte schnell das bis dahin übliche Hanfseil.

 

Drucklufthammer

1857-1870 wurden beim Bau des Mont-Cenis Tunnels in den Alpen zwischen Frankreich und Italien erstmals druckluftbetriebene Bohrhämmer eingesetzt. Im Ruhrbergbau kam diese Erfindung ab 1906 zum Einsatz. Der Drucklufthammer löste die mühsame Arbeit mit Schlägel und Eisen ab und konnte die Förderleistung der Bergleute um ein Vielfaches steigern.

 

Grubenlok

Der Abtransport der Kohle erfolgte im Bergbau bis Ende des 19. Jahrhundert mit Hunten oder Förderwagen, die von den Bergleuten mit Muskelkraft auf Schienen geschoben wurden oder von Grubenpferden gezogen wurden. Die Erfindung der Dampf­loko­motive war keine Innovation, die im Bergbau untertage eingesetzt werden konnte. Nicht nur waren die Lokomotiven zu groß für die kleinen und engen Strecken im Bergwerk. Auch barg das offene Feuer des Kessels die Gefahr von Grubenbränden und Schlagwetterexplosionen. Letztlich verbot der enorme Ausstoß von Rauch und Abgasen der Lokomotiven den Einsatz in geschlossenen Räumen. Daher war es kein Wunder, dass die erste elektrisch betriebene Lokomotive im Bergbau zum Einsatz kam. Die 1882 in Zauckerode in Sachsen in Betrieb genommene elektrische Grubenlok war zeitgleich die erste elektrische Lokomotive der Welt im Dauerbetrieb.

 

Gefrierverfahren

Beim Abteufen der Schächte war einströmendes Wasser ein großes Problem. Der Schacht wurde schnell zugespült und die Schachtwände stürzten wieder ein. Bereits 1853 war in Frankreich erkannt worden, dass natürlich gefrorener Boden dieses Problem lösen konnte. Erste Erfolge mit künstlichem Einfrieren des Schachtbodens wurden 1862 in England erzielt. 1883 wurde eine Weiterentwicklung des Verfahrens auf der Grube Archibald in Schneidlingen in Sachsen-Anhalt angewendet. Die Zeche Auguste Victoria in Marl war 1902 die erste Zeche im Ruhrgebiet, die das Gefrierverfahren erfolgreich einsetzte.

 

Tübbing

Mitte des 19. Jahrhunderts wurden gusseiserne Tübbinge beim Abteufen durch wasserhaltige Schichten (Mergelschicht) eingesetzt. Tübbinge sind Segmente einer Röhre, die beim Bau eines Schachts zusammengesetzt werden und den Schacht vor einströmenden Wasser und Erdreich schon beim Abteufen abdichten.

 

Kohlenhobel

1942 erfand Konrad Grebe in Ibbenbüren den Kohlenhobel. Der Hobel wird an Ketten am Flöz entlang geführt und schält die Kohle aus dem Flöz. Das so gewonnene Material fällt auf den Strebförderer, anfangs Schüttelrutschen, ab 1950 Kettenkratzförderer (Panzerförderer). Der Strebförderer transportiert das Schüttgut vom Streb zur Strecke, wo es dann über Förderbänder zum Schacht befördert wird. Mit dem Einsatz des Kohlenhobels konnte die Förderleistung eines Bergwerks deutlich gesteigert werden.

Für den den Abbau unterhalb des tiefen Stollens musste das Wasser aus tieferliegenden Orten des Bergwerks auf das Niveau des Wasserlösungsstollens gehoben werden, aus dem es dann abfließen konnte. In den Anfängen wurde das Wasser durch Muskelkraft gehoben. Das Wasser wurde mit Tragebehältern aus dem Bergwerk befördert. Später wurden Wasserhaltungsmaschinen (sog. Wasserkünste) eingesetzt, die von Wasserkraft, aber auch von Mensch oder Pferd angetrieben wurden.

 

1540 wurde im Erzgebirge die Radpumpe erfunden. Ein Wasserrad wurde durch Wasserkraft des tiefen Stollens angetrieben und bewegte über ein Pleuelgestänge einen Pumpenkolben, der das Wasser aus tiefer gelegenen Förderstollen hochpumpte. Damit war es möglich, die bis dahin manuelle Wasserhaltung zu automatisieren.

 

Mit der Erfindung der Dampfmaschine wurde die Wasserhaltung Anfang des 19. Jahrhunderts erneut revolutioniert. Die leistungsstarken Pumpen waren die Basis für die ersten Tiefbauzechen. Auf der Zeche Vollmond nahm 1802 der erste seigere Schacht im Ruhrgebiet in 20 m Teufe die Förderung auf (Endteufe 1803: 42 m). Das Wasser wurde mit einer Newcomenschen Dampfmaschine gelöst. Die Pumpleistung der „Feuermaschine" lag bei 0,5 m³ pro Minute.

 

Mit der Elektrifizierung der Bergwerke ab Ende des 19. Jahrhunderts lösten immer leistungsstärkere und zuverlässigere Elektropumpen die Dampfmaschinen ab. Zum Vergleich: Das Pumpwerk auf der ehemaligen Zeche Haus Aden arbeitet mit drei Tauchpumpen mit einer Leistung von je 16,6 m³ pro Minute (Stand 2020).

Die Erfindung der Dampfmaschine ermöglichte eine deutliche Steigerung der Förderleistung. Die ersten Dampfmaschinen wurden ab 1785 nur für die Wasserlösung der Bergwerke eingesetzt, eine wichtige Aufgabe, um in die Tiefe vorzudringen. Später übernahm die Dampfmaschine auch die Förderung der Kohle aus der Tiefe. Die Dampfmaschine wurde neben dem Schacht aufgestellt. Die Förderseile wurden über eine Seilscheibe in den Schacht umgelenkt. Anfangs wurden dazu Treibehäuser über dem Schacht gebaut, die sowohl Fördermaschine als auch die Hängebank aufnahmen. Parallel wurden auch hölzerne Fördergerüste über dem Schacht eingesetzt.

 

Die Höhe eines Förderturms oder Fördergerüsts wird durch eine Reihe von Faktoren festgelegt. Zum einen bestimmt die Höhe des Förderkorbs selbst bzw. die Länge des zu befördernden Materials die Mindesthöhe zwischen Schachteingang und Hängebank. Des Weiteren muss eine freie Höhe zwischen Hängebank und Seilscheibe als Sicherheitsbereich eingehalten werden, um bei einem Übertreiben die Förderung noch abbremsen zu können ohne die Seilscheiben oder den Kopf des Förderturms zu beschädigen.

 

Der mit 114 m Höhe vermutlich höchste Förderturm der Welt stand bis 2019 in Kamp-Lintfort: Der Förderturm von Schacht 1 der Zeche Rossenray, der eigens für die Skipförderung 1970 gebaut wurde. Den Titel des vermutlich höchsten Fördergerüsts der Welt teilen sich der weiße Riese in Göttelborn (Schacht IV der Zeche Göttelborn im Saarland) und das Fördergerüst der New Gold Fields Mine im South Deep Twin Shafts complex, Westonaria, Südafrika, beide mit einer Bauhöhe von 87 m.

In Stollenbergwerken war die Anfahrt der Bergleute noch einfach. Die Bergleute liefen in die Stollen oder kletterten durch Lichtschächte wenige Meter auf den Stollen hinab.

 

Mit dem Aufkommen des Tiefbaus Anfang des 19. Jahrhunderts wurde die Ein- und Ausfahrt der Bergleute aber zu einem Problem. Die Bergleute kletterten an Fahrten (Leitern) in das Bergwerk. Die Einfahrt in 500 m Tiefe dauerte ca. 1 Stunde, die Ausfahrt nach Ende der Schicht ca. 2 Stunden. Und diese Zeit galt nicht als Arbeitszeit.

 

1833 entwickelte der Oberbergmeister Georg Ludwig Drell in Clausthal im Harz eine Fahrkunst, die die vorhandenen Pumpengestänge einer Wasserkunst ausnutzte. Er montierte Trittbretter und Hand­griffe an die Pumpengestänge. War die Pumpe in Betrieb konnten die Bergleute die gegenläufige Bewegung der Pumpengestänge nutzen und so von einem Trittbrett auf das nächste umsteigen. Die Zeit der Ausfahrt reduzierte sich dadurch von 2 h auf ca. 25 Min. (bei einer Teufe von 500 m).

 

Nach der Erfindung des Drahtseils im Jahr 1834 und positiven Erfahrungen mit der Seilfahrt in England, genehmigten 1858 auch die preußischen Oberbergämter die Personenseilfahrt in Deutschland. Die Fahrgeschwindigkeit war aber bei Personenfahrt aus Sicherheitsgründen reduziert. So galt in preußischen Bergwerken im 19. Jhdt. eine Geschwindigkeitsbegrenzung für Personenfahrten von 6 m/sek. Vergleich: Zuletzt wurden Personen im Bergwerk Ibbenbüren mit 8-10 m/sek. befördert, Material mit 16-20 m/sek. Die Einfahrt in 1.500 m Teufe dauerte so nur 2-3 Minuten.