Прибавление первое:
- О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном, из первого тома новых комментариев
Когда в Саксонии на Фрейбергских заводах обучался я химии и рудному делу, неоднократно при осматривании рудников случалось приметить движение воздуха, которое в шахтах и штольнах в самую тихую погоду без принуждения воздушными машинами простиралось, от чего употребительные у рудокопов ночники и свечки погасали. Обстоятельств сего явления тогда заприметить не было удобно, для того что простиралось мое внимание больше к практике, которая везде была перед глазами. Но как, возвратясь в отечество, при сочинении сея книжицы (что было 1742 года), просматривал я разных авторов о рудных делах и притом Георгия Агриколу, — вышепомянутое движение воздуха нашел явственно описано. [1] Слова его суть следующие: „Воздух сам от себя вливается в земные полости и, где проход есть, опять вон вылетает. Но сие бывает разными образы. Ибо в вешние и летние дни входит в шахты, кои выше, простирается штольнами нами и выливается шахтом, который ниже. Зимою и осенью напротив того, вливается в устье, кое ниже, выходит высшим. Сия перемена течения воздуха в умеренных климатах бывает в начале весны и в конце осени; в холодных — при окончании весны и в начале осени. В обои случаи воздух прежде, нежели установит свое течение, частым подвергается переменам, около двух недель времени, втекая то в верхнее, то в нижнее отверстие“. Сие описание, от человека в рудных делах преискусного оставленное нам, увидев, согласно с агерометрическимиа и гидростатическими основаниями, не усумнился я, что сие явление, на них же утвержденное, математическим порядком предложить можно.
Определение 1
править§ 1. Шахт называется глубокая узкая яма (фиг. 40), наподобие колодезя, к горизонту перпендикулярная AB или к нему наклоненная CE.
Определение 2
править§ 2. Штольна потаенная есть яма BE глубокая, узкая, c горизонтом параллельная, которая нижние концы шахтов соединяет.
Присовокупление
§ 3. Рудник, состоящий из двух шахтов, соединенных внизу потаенною штольною, представляет точно согнутые трубки, кои употребляются в физике для доказательств равновесия жидких тел; того ради жидкие тела, вливающиеся в подобные рудники, тем же гидростатическим законам повиноваться должны.
Примечание
§ 4. Шахты AB и EC трубочных коленцев, потаенный шахт BE соединения их силу имеют.
Определение 3
править§ 5. Высший шахт CE называется, коего отверстие C на горе выше, низший шахт, коего отверстие A лежит ближе к подолу.
Присовокупление
§ 6. Ежели оба шахты и со штольною наполнены будут жидкою материею, которая пропорционально легче внешней, количество в высшем шахте перевесит то, что в низшем.
Определение 4
править§ 7. Открытая штольна (фиг. 43) называется горизонтальный прокоп FG или HK, коего отверстие в косогоре H и F; по разной вышине оного называется верхняя или нижняя штольна.
Определение 5
править§ 8. Потаенный шахт GK есть, коим верхняя FG и нижняя HK открытая штольна соединяются.
Присовокупление
§ 9. Рудник FGKH также представляет изогнутые гидростатические трубки, для того в рассуждении равновесия жидких тел ту же силу иметь должен.
Искусство 1
править§ 10. Воздух в рудниках во всякое время целого года сохраняет равное растворение, где рудокопы ни от летних жаров, ни от зимних морозов не претерпевают никакого беспокойства. Напротив того, на внешнем воздухе летом зной, зимою стужа господствует.
Присовокупление
§ 11. Посему в рудниках воздух летом холоднее внешнего, а зимою теплее.
Искусство 2
править§ 12. Внешний воздух летом или зимою, когда сам от себя или от машин в рудник войдет, теплоту или стужу свою, кою имел вне, теряет в едва чувствительное время вовсе и немедленно принимает на себя то же растворение, кое рудником обладает.
Примечание
§ 13. Коль скоро воздух теплоту принимает и теряет, беспрестанно показывает наше дыхание, когда холодный воздух почерпаем в легкое, теплый испускаем, который в близости у рта руку нагревает, прохлаждает в малом отдалении. При устьях рудников в Саксонии в жестокую 1739 и 40 года зиму, которая и там была так холодна, как здесь стоят обыкновенные добрые зимы, видеть мне при опускании в рудники и выходе случилось неоднократно, что иней по сторонам не больше, как на аршин или на два в шахт простирался, а в глубине сажени на две уже мороз внешний нечувствителен.
Присовокупление
§ 14. Воздух, в рудники входящий, зимою становится пропорционально легче, летом пропорционально тяжелее.
Положение 1
править§ 15. Летним временем воздух должен вливаться в высший шахт CE, вытекать нижним.
Доказательство
Воздух в рудниках летним временем бывает пропорционально тяжелее внешнего (§ 14), для того он в высоком шахте CE (фиг. 40) перевесит воздух, что в низком шахте AB (§ 6). Следовательно, от C опустится до D, чтобы сыскать равновесие с воздухом, что в шахте AB. Опустясь, выгонит из шахта AB количество воздуха равное тому, кое содержалось в части CD шахта EC. Между тем внешний воздух собственною своею тягостию опустится в шахт CE даже до D и примет на себя ту же теплоту с прочим воздухом, что в руднике (§ 12), и для того будет тяжелее внешнего (§ 14). Следовательно, воздух в шахте CE, таким же образом как прежде, перевесит воздух, что в шахте AB содержится, и, опустясь в часть CD шахта CE до D, оный погонит сквозь A из шахта AB, дая место втекающему внешнему воздуху. И таким образом сие движение продолжится, пока воздух в руднике будет пропорционально тяжелее внешнего, то есть должен в летнее время вливаться в верхнее устье, вытекать из нижнего.
Примечание
§ 16. Воздух, вышедший из нижнего шахта, на следующий ему снизу всею тягостию действовать и восстановить в руднике равновесия не может, ибо, как только из отверстия A к L вытечет, редок от теплоты становится, мешается со внешним воздухом и развевается.
Положение 2
править§ 17. В летнее время воздух должен вливаться в верхнюю открытую штольну FG (фиг. 43), а из нижней HK вытекать.
Доказательство
На обоих отверстиях H и F стоят воздушные столбы, простирающиеся от них до самой поверхности атмосферы. Стоящий на отверстии F короче другого, что стоит на отверстии
H, частию HP, которой недостаток дополняет воздушный столп, что в потаенном шахте GK. Но как в летнее время воздух в рудниках пропорционально тяжелее внешнего (§ 14), для того часть столпа атмосферного, что в потаенном шахте GK, должна быть пропорционально тяжелее части столпа PH. Прочие столпов части, простирающиеся до поверхности атмосферы, суть той же вышины и пропорциональной тягости, ибо в той же части оные на малом расстоянии одним пределом кончатся. Посему столп воздуха, стоящий на отверстии F, с частию GK, коя пропорционально тяжелее, перевесит столп, стоящий на отверстии H, с частию HP, коя пропорционально легче. Следовательно, воздух, рушив равновесие в потаенном шахте GK, опустится в нижний штольн HK и равное себе количество воздуха из него сквозь H вытеснит. В потаенный шахт GK воздух опустится из штольни FG, и на его место вступит внешний, который, простынув (§ 12), в шахт GK вольется и снова, рушив равновесие, штольною HK вон выйдет. И так беспрестанно воздух входить верхнею, выходить нижнею штольною станет, пока внешний будет теплее и легче внутреннего, то есть пока продолжается весна и лето.
Присовокупление 1
§ 18. Где лето больше, там и воздух долее тем движением простираться должен, коим в верхний шахт входит, нижним вытекает; и, напротив того, где лето коротко, там и сие движение меньше времени занимает.
Присовокупление 2
§ 19. Итак не дивно, что в умеренных климатах сие движение воздуха начинается рано весною и поздно осенью кончится, а в холодных краях начало принимает при конце весны, кончится в начале осени.
Положение 3
править§ 20. Зимнею порою воздух должен вливаться в нижний шахт AB, выходить верхним CE.
Доказательство
Шахт CE выше шахта AB (фиг. 40), и воздух в рудниках зимою легче внешнего (§ 14). Посему часть AL столпа воздушного, стоящего на отверстии A, должна быть тяжелее части CD другого столпа воздушного, стоящего на отверстии Dа (§ тот же). Того ради столп LAB перевесит столп CDE; следовательно, внешний воздух вольется в отверстие A шахта AB и внутренний воздух погонит вон отверстием C. И понеже воздух, вшедший в рудник, зимою становится легче внешнего (§ 14), для того, нарушая всегда равновесие, зимою должен вливаться в нижний шахт, выливаться из верхнего. Присовокупление 1
§ 21. Рудник FGHK в таком же состоит расположении, как ABCE (фиг. 43); то есть часть HP воздушного столпа, простирающегося до поверхности атмосферы, стоящая на отверстии H, зимним временем холоднее и тяжелее части GK, коя потаенный шахт наполняет; для того воздух зимнею порою в руднике FGHK нижним отверстием вливаться должен, выходить верхним. Присовокупление 2
§ 22. Внешний воздух беспрестанно втекает в шахты и штольны нижние, верхними выходит, пока он внутреннего пропорционально тяжелее. Следовательно, где зима стоит долее, там и течение воздуха из нижнего шахта в верхний больше времени занимает, нежели где зима короче. И всеконечно в холодных краях первое долговременнее быть должно, нежели последнее.
Присовокупление 3
§ 23. Весною и осенью, когда стужа с теплотою борется, и внешний воздух становится то теплее, то холоднее в рудниках находящегося, отчего бывает то легче, то тяжелее оного. Итак не дивно, что в сии времена воздух в рудниках около двух недель, а инде и долее, в противные стороны течение переменяет. Присовокупление 4
§ 24. Из вышеписанных положений следует, что устья шахтов и открытых штольн чем больше вышиною разнятся, тем движение воздуха должно быть быстрее и способнее к очищению паров подземельных. Примечание 1
§ 25. Сия теория о вольном движении воздуха в рудниках полезна будет, уповаю, содержателям рудных заводов, ибо (ежели место позволяет) расположенные шахты и штольни по выше показанным правилам работникам легче и хозяевам безубыточнее. На строение и движение воздушных машин требуется немало иждивения и работы. Примечание 2
§ 26. На сем же основании утверждается действие огня в самодуях и происходит по силе положения третьего (§ 20), ибо печь или труба ABа (фиг. 44) представляет шахт, в котором воздух теплее, а следовательно и легче внешнего; CDб — соответствующий ему воздушный столб, много холоднее и гуще того, что в ABа; для того движение из D к Bб тем быстрее, чем жар в AB больше и чем ABв выше. Сие рассуждение служить может на заводах, где к движению мехов водою скудно. Обстоятельное описание сего и производ в дело требует особливого сочинения и действительных опытов.
Примечание 3
§ 27. От сего же рассуждения можно ожидать помощи и в изъяснении многих натуральных явлений. В Италии из некоторых пещер временем воздух выходит и производит на близких полях дыхание ветра, что изъяснить можно без сомнения по первому положению (§ 15).
- Прибавление второе: О слоях земных