Die Wasserhaltung in Tiefbaubetrieben
Schon beim Teufen der ersten "Mergelschächte" wurde deutlich, daß sich ein erfolgreicher Tiefbau nur mit leistungsfähigen Pumpen betreiben ließ. Aus diesem Grunde soll hier auf die Entwicklung dieser Maschinen etwas näher eingegangen werden.
Bis etwa 1870 setzten die Tiefbaugruben zur Wasserhebung ausschließlich Gestängepumpen ein.
Diese Pumpen sind im Pumpentrume eingebaut und werden von einer über Tage befindlichen Dampfmaschine vermittelst des sich auf- und abwärts bewegenden Gestänges, mit dem die Pumpenkolben verbunden sind, betrieben. Die Dampfmaschinen sind meistens einfachwirkend, d.h. das Gestänge wird von der Dampfkraft in die Höhe gezogen und sinkt dann durch sein eigenes Gewicht wieder nieder. Ihr Betrieb erfolgt ohne Rotation.
Sie wirken entweder direkt, – der Dampfzylinder steht dann über dem Pumpentrum, und das Gestänge ist mit der Kolbenstange unmittelbar verbunden – oder indirekt, der Dampfzylinder steht neben dem Pumpentrum, und zwischen Kolbenstange und Gestänge ist ein Balancier eingeschaltet, so daß, wenn der Dampfkolben nieder-, das Gestänge in die Höhe geht und umgekehrt.
Anfänglich wendete man besonders Hubpumpen an, später fast nur Druckpumpen. Ein Hubsatz hat eine Höhe von 50 m, höchstens aber 100 m, deshalb stellt man bei größerer Schachtteufe mehrere Hubsätze übereinander auf …
Druckpumpen vermögen das Wasser bis zu großen Höhen (300 m und mehr) in einer Tour in die Höhe zu fördern. Das Wasser wird bei ihnen nicht wie bei den Hubsätzen durch das aufgehende Gestänge gehoben, sondern durch das Gewicht des niedergehenden Gestänges in die Höhe gedrückt …
(Selbach, Karl: Illustriertes Handlexikon des Bergwesens, Leipzig 1907)
Ab 1870 kamen bei Neuanlagen immer häufiger unter Tage installierte Wasserhaltungen zum Einsatz. Viele Zechen reagierten anfangs sehr zurückhaltend auf die neue Technik, weil die Verantwortlichen das Risiko des Absaufens bei einem Pumpenausfall nicht eingehen wollten. Sie vertraten die Ansicht, daß Wasserhaltungen unter Tage wohl neben Gestängepumpen aber nie allein arbeiten dürften. Es dauerte zwanzig Jahre, bis keine neue Gestängepumpe mehr in Betrieb kam, und die alten nach und nach verschwanden. Die eingesetzten, durch Dampfmaschinen angetriebenen Kolbenpumpen hoben bis zu 4 cbm je Minute Wasser aus 650 m Teufe.
Um die Jahrhundertwende gewann die Kreiselpumpe so an Bedeutung, daß fast angenommen werden kann, daß sie in Zukunft die Kolbenpumpen vollständig in den Schatten stellen wird. Die große Anzahl von Umdrehungen, die sie verlangt, macht sie für elektrischen oder Betrieb mit Dampfturbinen so recht geeignet. Die geringen Anschaffungskosten, ihre Einfachheit und geringes Raumbedürfnis gestatten ihre Anlage auf jeder Sohle, auf der Wasser zusitzt. Die Wasser können von diesen Sohlen direkt zu Tage gehoben werden und brauchen nicht erst nach der tiefsten hinabzufallen, was bei den kostspieligen Anlagen von Kolbenpumpen unter großer Kraftvergeudung kaum zu umgehen ist …
Im Ruhrbezirke befinden sich Centrifugalpumpen in Betrieb, die die Wasser aus Teufen von 600 bis 700 m in einer Tour zu Tage heben …
(Selbach, 1907)
Anfang der 1890er Jahre bekamen zunächst kleine Zubringer- und Nebenwasserhaltungspumpen elektrische Antriebe. Den ersten Elektromotor an einer Hauptwasserhaltungspumpe installierte die Zeche Deutscher Kaiser 1 auf der 3. Sohle im Jahre 1894. Die AEG lieferte einen Gleichstrom-Motor mit 700 Volt Nennspannung, der bei 180 U/min 220 PS leistete. Die über ein Zahnradvorgelege angetriebene Kolbenpumpe hob in einer Minute 2 cbm Wasser 380 m hoch. Aber schon 3 Jahre später bauten einschlägige Firmen die für den Zweck viel besser geeigneten Drehstrom – Kurzschlußläufermotoren in der benötigten Leistungsklasse.
Als Nachteil der elektrischen Wasserhaltung wird angeführt, daß dieselbe nicht, wie die hydraulische beim Ersaufen der Grube unter Wasser laufen könnte. Doch sind die Fälle, in welchen derartige Ansprüche an den Motor gestellt werden müssen, äußerst selten.
(Selbach, 1907)
Trotz dieser Bedenken setzte sich der Elektroantrieb für Wasserhaltungspumpen ab 1900 allgemein durch. Die für diese Belastungen nicht ausgelegten Zechennetze erforderten eine aus heutiger Sicht ungewöhnliche Problemlösung.
Pumpen mit großem Stromverbrauch durch den Strom einer elektrischen Centrale, die auf einem Bergwerke gewöhnlich doch immer nur einen bescheidenen Umfang hat, zu betreiben, ist im allgemeinen nicht zweckmäßig, weil das Ein- und Ausschalten der Pumpe im Netze starke Stromschwankungen verursacht und den ruhigen Gang der übrigen Motoren stört. Die elektrischen Wasserhaltungen sind daher fast stets als Einzelanlagen ausgeführt. Die Antriebsmaschinen über Tage sind Verbundmaschinen. Bei großen Anlagen sind sie mit den Generatoren – es kommt fast nur noch Drehstrom mit 1 000 Volt oder auch schon 5 000 Volt zur Anwendung – direkt gekuppelt. Die Leitung des Stromes zu den unterirdisch aufgestellten Elektromotoren geschieht durch gehörig isolierte und gegen Beschädigungen gesicherte Kabel ...
(Selbach, 1907)
Der "Inselbetrieb" der Wasserhaltung machte den Elektrikern das Leben leicht, weil sich die Steuerungstechnik auf ein absolutes Minimum reduzierte: der Pumpenmotor wurde mit der Dampfmaschine ein- und ausgeschaltet und wenn die Drehzahl des Drehstrommotors verändert werden mußte, genügte es, den Dampfschieber und damit die Generatorfrequenz zu verstellen. In der Pumpenkammer gab es als einziges Schaltgerät einen Leistungstrenner, mit dem der Maschinist im Notfall die Pumpe stillsetzen konnte.
Die paradiesischen Zustände blieben jedoch nicht lange bestehen, denn schon kurze Zeit später erlaubten es auch die Zechennetze, größere Motoren einzuschalten und zu betreiben. Dementsprechend stieg auch der Aufwand an Schalt-, Steuer- und Überwachungsgeräten erheblich an. Und seit den 1980er Jahren ist selbst die Automatisierung einer Hauptwasserhaltung kein Thema mehr.
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