ハルツ山地上部での鉱業

ハルツ地方での鉱業活動は10世紀と11世紀に遡ります。^{[ 1 ]}鉱山にエネルギーを供給する最初の水車は、 13世紀にゼーゼンの南東にあるパンデルバッハ渓谷に建設されました。当時、この初期の水力システムの使用を含む鉱業は、ヴァルケンリートのシトー会修道院によって行われていました。最初は地表に露出した鉱脈が探され、地表近くの鉱石がハンマーとノミで掘り出されました。鉱業は1200年から1360年の間に初めてブームとなりました。上部の採掘場には、特に銀鉱石（銀含有量最大9%）の豊富な鉱脈がありました。

中世のペスト流行はハルツ地方の人口を大幅に減少させ、鉱山操業をほぼ停止状態に陥れた。また、当時採掘技術が限界に達しており、最大でも深さ約60メートル程度だったことも、おそらく要因の一つだろう。

1520 年頃から明らかな回復が見られ、最初はブラウンシュヴァイク＝ヴォルフェンビュッテル公ハインリヒ小公の主導によるものでした。^{[ 1 ]}しかし、上ハルツの既存の鉱山操業にさらなる勢いを与え、特に鉱山に水力を供給するための上ハルツ水利施設などのインフラ整備に着手したのは、彼の息子であるブラウンシュヴァイク＝リューネブルク公ユリウスでした。必要な労働者、商人、さらには鉱山会社をハルツに誘致するために、公爵たちはボヘミアとザクセンの慣習に基づいて「鉱業の自由」（Bergfreiheiten）を与えました。

鉱山が深くなるにつれて排水に必要なエネルギーが増大したため、初期の頃から排水坑を掘ることでエネルギー消費を削減する試みが行われた。これは、鉱山から隣接する谷までトンネルを掘り、重力によって水が下り坂に流れ出るようにすることであった。水位が深くなるほど、これらの坑道はより長くする必要があった。これらのトンネルの中で最も長いのは、19世紀半ばに建設されたエルンスト・アウグスト・トンネル で、全長は26キロメートルであった。このトンネルは、ボクスヴィーゼ、ラウテンタール、ツェラーフェルト、クラウスタール、ヴィルデマンの鉱山から水を集め、ハルツ山地の端にあるギッテレデまで運んだ。 ^{[ 3 ]}

ハルツ高原の鉱山は、16世紀と17 世紀に最大の生産性を達成したが、その間、危機が頻繁に発生した。1690年には、金属生産量が1850年まで上回られることのない水準に達した。これは特に、1630年以降に人工給水施設が建設され、岩盤爆破に火薬が導入されたおかげである。18世紀には、木材不足が原因で絶え間ない危機が発生した。この問題は、 1800年頃に製錬所にコークス用石炭が導入されたことで緩和された。1864年1月1日、鉱山はハノーファー王国によって国有化された。  

1866年にハノーファー王国がプロイセン王国に併合された後、プロイセン王立鉱山監督局（Königlich-Preußische Bergbauinspektion）がハルツ高原の鉱山の運営を引き継いだ。1924年にプロイセン鉱山監督局が後継となった。1900年頃には坑道の深さが1,000メートルに達し、鉱石の採掘コストはますます高騰した。同時に、鉱山は輸送手段の絶え間ない進歩という環境の中で、国内外の鉱山と競争しなければならなかった。第一次世界大戦中の過剰採掘と金属価格の暴落により、1930年の世界恐慌の最中に大規模な閉鎖が起こり、クラウスタール＝ツェラーフェルト、ボクスヴィーゼ、ラウテンタール周辺の大規模鉱山が閉鎖を余儀なくされた。しかし、バート・グルントでは1992年まで採掘が続けられた。

1930年に鉱山が閉鎖された後、いくつかの坑道は発電に転用された。ここでは、上ハルツ水利組合の池と水路のネットワークから水がシュートを通って坑道に運ばれ、そこでタービンが回転して最も深い排水路のレベルで発電が行われた。発電は、カイザー・ヴィルヘルム坑道（最大出力4.5MW ）とオッティリアエ坑道（最大出力1.5MW ）で、1980年までプレウサグ社によって行われた。水力発電所は、水利権が失効し、賃金が急上昇し電気料金が停滞する中で発電所の収益性が低下し続けた1980年代初頭に閉鎖された。^{[ 6 ]}これらの年は、最後に残っていた鉱山が永久に閉鎖された年であった。  

ハルツ高原上部での鉱業の初期には、単純な露天掘り（Schurfe）が主な採掘方法でした。深度が増すにつれて、露天掘りと坑内掘りの中間のような混合採掘法が発展しました。これらの鉱山は、グローリーホール（Pingen）または単にディップ鉱山（Unterwerksbau）として知られていました。地表直下の鉱床はすぐに枯渇し、12世紀から13世紀にかけて、鉱夫たちは完全に坑内掘りに切り替えざるを得なくなりました。使用できる採掘方法は、幅がわずか数メートルで、数百メートルも地中に傾斜している、ほぼ垂直に近い急勾配の鉱脈によって制限されていました。運搬坑は通常、鉱脈の中央に配置され、鉱脈に沿って地中へと伸びていました。その結果、特徴的な直角の縦断面を持ち、垂直から頻繁に角度が変わる傾斜坑が形成されました。この採掘方法には2つの理由がありました。第一に、採掘場をできるだけ早く経済的にするためには、坑道が掘られた直後から鉱石を採掘できる必要がありました。第二に、鉱脈内の岩石は「擾乱帯」を形成しており、周囲の岩石よりもはるかに軟らかかったのです。典型的なハルツのグラウヴァッケはコンクリートよりもはるかに硬かったのです。そのため、排水坑道の大部分は鉱脈に沿って掘られました。坑道からは、いわゆるフェルドルトシュトレッケンと呼ばれる主要な通路が採掘区域の境界まで掘られました。これらの通路から、鉱夫たちは床に向かって下向きに進み、階段状に「ブラシで削り落とす」（ナッハライセン）という、アンダーハンドストーピングと呼ばれる方法で鉱石の採掘を開始しました。採掘坑の高さは最大3メートルで、約5～6メートル間隔で並んでいました。そのため、縦断面では、採掘場は逆さまに立ったクリスマスツリーのように見えました。坑道の最も深い地点は通常、主坑道であった。これにより、坑道内の水が坑道内の「溜め」に溜まることが可能になった。採掘が進むにつれて、坑道はさらに深く掘られていった。

上部の主坑道から出た充填材（充填材として使用される脈石）は、枯渇した空洞（いわゆる「オールドマン」またはAlter Mann）に詰められた。そのため、充填材が坑道に落ちて現場の作業員に当たらないように、稼働中の坑道の上に木製の天井を建てる必要があった。予想される鉱石の供給量や品質が主坑道をさらに深く掘る正当な理由にならない場合、または坑道が主坑道から遠く離れている場合は、引き込み坑道が掘られた。これらの盲坑道は、「オールドマン」に充填する必要をなくした。ホルンシュタットでは、1人か2人の労働者（クネヒテ）が手動ウインチを操作して、鉱石を次の高い主坑道に持ち上げた。

1633年から^{[ 7 ]}火薬は鉱石の採掘と坑道の掘削の両方に使用された。これにより、1日の掘削速度は鉱脈への数センチメートルから1メートル以上に大幅に増加した。しかし、欠点は、発破によって岩に亀裂が生じたため、鉱山を拡張するためにさらに多くの木材が必要になったことである。発破の際には、まずハンマーとノミを使用して、鉱脈に高さと深さが約3メートル、幅が1メートル弱の切り込みを入れた。次に、直径6～7センチメートルの横方向のボーリング孔を1つか2つ 手で掘削した。通常は2人でボーリングを行った。1人がボーリング機を回転させ、もう1人がハンマーでそれを叩いた。穴には火薬を詰め、ゆっくりと火をつけるマッチの芯を通す穴のある木の杭を詰めた。現代の爆薬による発破とは異なり、装薬は、掘削孔の中心に鉄棒を置き、反対側の溝（ビューンロッホ）に太い木製の支柱を差し込んで固定する必要があった。この作業は、摩擦熱によって火薬が自然発火し、重大な事故につながることが多かった。通常の起爆は、硫黄と火薬を染み込ませた紐を用いて行われた。

爆破後の残骸を取り除いた後、選別する材料は熊手（Kratze）と桶（Trog ）を使って荷車（ HundeまたはHunte ）に積み込まれた。大きな岩（Wände）は、まずそりやバールで砕かれた。

18世紀後半から採掘方法は逆転した。今度は常に天井を採掘し、採掘は上方向へと進められた。つまり、鉱夫たちは充填材の上で作業し、坑道ではなくいわゆるシュート穴（RollöcherまたはRollen ）を使って重力で鉱石を運搬できるようになった。オーバーハンドストーピングは最後まで上ハルツ鉱山で唯一の採掘方法であり続け、最後の数年間は軌道のないトロッコ、ルーフボルト（ Ankern）、吹付けコンクリート、貧配合コンクリート充填材の使用によって改良された。サブレベルストーピング（ Teilsohlenbruchbau）や角材配置（Blockbau mit Rahmenzimmerung ）の試みは実験段階を越えることはなかった。

19世紀半ば、多数の個別の坑道は中央に縦坑を持つ大規模な鉱山複合施設へと移行し、その時点で傾斜坑の掘削や、レイアウトと設備を採掘現場と混在させる手法は完全に放棄された。中央の垂直坑道は、主要な坑道（通常は下盤側）と同様に、母岩（通常は上盤側）に恒久的に設置された。

最初は、鉱石は鑿で削り出され、かごに入れて露天掘りや浅い鉱山の地表まで運ばれました。坑道の深さが約10～60メートルに達すると、 1人または2人の作業員（クネヒテン）が操作する手動ウインチ（ハンドヘスペル）が使用されるようになりました。粗鉱石は輸送用に木製のバケツに入れられました。坑道に通じる比較的短い水平坑道では、数世紀にわたって（爆破が導入されるずっと前から）鉱石はトロッグで運ばれていました。17世紀には、坑道の深さは100～200メートルに達しました。鉱石はもはや手作業では取り出せなくなり、馬力がますます使用されるようになりました。馬は、円錐形の建物であるゲーペルまたはガイペルで作業し、そこには馬が円を描いて歩くことで駆動するウインチである馬巻き上げ機が設置されていました。牽引ケーブル（天然繊維製）または鋳鉄製の鎖は、垂直軸に巻き上げたり巻き下げたりしました。ケーブルは坑道に沿って敷設され、鉱石の入った樽を上下に運びました。坑道の傾斜のため、樽は片側に鉄製のランナーで覆われ、一部は坑道の側面に載っていました。地上の坑口では、鉱石は空にされ、馬車で処理場に運ばれました。18世紀以降、坑道の深さは数百メートルに達し、馬車は能力の限界に達していました。坑道の深さや水の浸入により、鉱山の収益性が高く、エネルギー消費量が多い場所では、16世紀から水力が利用されていました。水車（Kunsträder）はピストンポンプを駆動し、鉱山の排水（zu Sumpfe）を維持しました。可逆水車（Kehrräder）は、鉱石や収穫物の輸送に動力を提供しました。地形条件に応じて、可逆式水車は、シャフト近くの地下水車小屋（Radstuben）（ケーブルドラムは水車と同じ車軸に取り付けられる）または地上の谷に設置された。後者の方法では、クランク機構（ Krummen Zapfen ）を用いて水車の回転運動を往復運動に変換し、数百メートルにも及ぶ2本の平たい棒を通してシャフトに伝達した。シャフトでは、往復運動が再び回転運動に変換された。

水力発電が利用可能であったため、このシステムは1930年代にクラウスタール炭鉱とラウテンタール炭鉱が閉鎖されるまで使用されました（例えば、ジルバーゼーゲン坑道とブラック炭鉱またはシュヴァルツェ・グルーベ）。蒸気動力が本格的に使用されるようになったのは、その運転に必要な石炭が19世紀末頃に鉄道で運ばれるようになったときでした。ほぼ同時期に、上ハルツ水利組合（もともとは炭鉱に水力発電を供給するために建設された、池、ダム、溝、トンネルの広範なネットワーク）の水力を使用して発電が始まりました。1900年には、水がタービンと電気巻き上げ機に通されました。その頃、鋼鉄製の巻き上げ機を備えた近代的な炭鉱が出現しました。上ハルツの運搬技術で最も重要な革新は、アルベルトケーブル（アルベルト・ザイル）でした。主任鉱山技師 (オーバーベルグラート)ヴィルヘルム アルベルト(1787–1846) は鋼線でケーブルを作り、1834 年 7 月 23 日にカロライナ坑で初めて試験に成功した。これがワイヤー ケーブルの誕生である。坑道と作業場の間の距離が長くなり、移動しなければならない資材の量が増えるにつれて、水平方向の輸送方法として、手押し車や小型の荷車 ( HunteまたはHunde ) が地下で使用された。1800 年までは、フランジのない車輪とガイド ピン ( Spurnägeln ) を備えた木製の板の上を走っていた。その後、鉄製のレールが取って代わり、最初は長さが 1 メートルしかない手鍛造のレール ( Hammelpfote ) であった。1900 年までは、荷車はほとんどの場合、手で押されていた。上ハルツでは、坑内馬は使用されなかった。 1905年からクラウスタール鉱山（Erzbergwerk Clausthal）では、地下運搬は「最深水路」として知られる坑道で導機関車を使用して行われた。グルント鉱山（Erzbergwerk Grund）では、1970年代からバッテリー駆動の機関車が使用され、最終的にはゴムタイヤ付きの車輪にディーゼルエンジンが搭載された。ハルツ高原上部の特徴的な採掘方法の一つは、1835年から1898年にかけてクラウスタールとツェラーフェルトで、深さ約300メートルの「最深水路」でボートを使って資材を地下運搬することであった。

19 世紀初頭まで、ハルツ高原の鉱夫たちは梯子を使って鉱山に出入りしなければなりませんでした。末期には、坑道の深さが約 700 メートルにも達し、これに 1 日の労働時間の最大 2 時間もかかっていました。この作業は、年配の鉱夫にとってはほとんど不可能でした。1833 年、鉱山主任鉱夫 ( Oberbergmeister ) ゲオルク・ルートヴィヒ・ヴィルヘルム・デレル (1793–1854) は、鉱山に出入りするためのシンプルだが独創的な機械的方法、人力機関を考案しました。ヴィルデマンのティーフェン・ゲオルク・ギャラリー ( Tiefen-Georg-Stollen )の軽坑であるシュピーゲルタール・ホープ坑道 ( Spiegelthaler Hoffnungsschacht ) での試験が成功した後、人力機関を備えた最初の主要坑道は、ブルクシュテッター鉱山地帯のデューク・ゲオルク・ヴィルヘルム坑道 ( Herzog Georg Wilhelm ) でした。初期の昇降機は、自重の大きい木製の棒を使用していた。水車駆動と傾斜坑道の頻繁な曲がり角のため、当初は一度に数人の鉱夫しか輸送できず、定期的に梯子に乗り換える必要があった。ザンクト・アンドレアスベルクのサムソン坑道で鋼線ケーブルを棒として使用し、蒸気機関または水柱機関駆動の鋼鉄製昇降機（クイーン・マリア坑道と皇帝ヴィルヘルム2世坑道）を導入したことで改善が見られた。1900年頃に電力が導入されると、ケーブル牽引式昇降機も一般的になり、終焉までその状態が続いた。1905年には、地下坑道に初めて旅客列車（いわゆるロイテフェルダーワーゲン、人員輸送貨車）が登場した。