二重マン・エンジンの操業
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Man engine - Wikipedia
ヨーロッパの昔の鉱山には 水車により駆動される排水装置が多くありました。 マン・エンジンとはこの排水ポンプに付属する一種のエレベーターのことで、 これも随分と広範囲の鉱山で使用されたものです。 排水ポンプにせよ、マン・エンジンにせよ、水車が鉱山の立坑 (シャフト) のそばに必要となりますが、 数キロメートル程度以内であれば、動力の伝達に フラットロッド・システム と呼ばれるものが使用されました。(下の動画) 世界で最大の稼働水車である ラクシー水車もマン・エンジンが付属しています。
18 世紀以後にはニューコメン大気圧エンジン (あるいはワット蒸気エンジン) を排水装置に使用できたはずですが、 蒸気エンジンを使用するには石炭が必要となり、動力に水車を使用した鉱山は石炭が手に入れにくい場所にあったようです。
man engine の意味は一応不明です。 man には動詞として「人を配置する」意味があるので、 この可能性があるかもしれません。
マン・エンジンとは往復運動をするハシゴと固定した足場からなる装置で、 鉱山で鉱夫が (地下の) 水平坑道に出入りするのを補助するために設置されていた。 これは 19 世紀のドイツで発明され、 20 世紀の始めまで コーンウォールのスズと銅の鉱山の顕著な特徴であった。
コーンウォールの実例では原動力は水車か、蒸気エンジンの一つにより提供されていた。 蒸気エンジンあるいは水車は一連のビーム (beam, 梁) に接続され、 互いに結び付けられてロッド ("rods", 棒) と呼ばれ、鉱山の立て坑の底まで到達していた。 これらは (適当に) 配置されて、 典型的には 12 フィートから 15 フィート (3 メートルから 5 メートル) の往復運動が提供された。 小さな足場がエンジンのストロークと同じ間隔をあけてロッドに装着され、 固定足場 ("sollars" と呼ぶ) が立て坑の壁に作られ、 ロッドの足場の最高位置と最低位置で一致するように間隔を開けられていた。 移動足場はしばしば小さく、典型的には 12 インチ平方 (30 cm 平方) あり、 鉱夫はロッド (rods) の中央線に近接して立ち、 シャフト (shaft) の両側から安全な距離を保った。 同じ理由から手すり (grab handle) が足場のすぐ上に装着されていた。 上昇・下降するために、鉱夫は移動足場に踏み入れ、 上昇・下降をした後で、移動足場から次の固定足場に降りた。 往復運動 (stroke) の終わりで次の移動足場が横に並ぶと、 ここに踏み入れ、行程が繰り返された。 鉱夫たちは同時に上昇と下降ができた； 入れ替わる時の停止 (pause at the changeover point) は十分に長く (典型的には 2 秒と 8 秒の間)、2 名が場所を入れ替わることができた。 これを容易にするために、 施設によっては (例えばタヴィストック (Tavistock) のデヴォン・グレート・コンソール鉱山 (Devon Great Console mine) では) シャフト (shaft) の両側に固定足場があった。 一方の側が下降用のもので、もう一方が上昇用であった。 カウンターウェイト -- シーソーのように動く水平ビーム ("see-sawing" horizontal beams) を通して取り付けた、 石で満たした大きな箱 -- が上端のリンクで生じるシャフト (shaft) と人員の全重量を避けるために設置された。 最も深い鉱山では、350 ファゾム (640 m) 以上も沈み、 余分なカウンターウェイトが水平な横穴に一定間隔で提供された。
普通の変形判では、一組のロッド (rods) が使用され、 一つが下降する時に、もう一つが上昇した。 鉱夫は移動方向が変わる時に、固定点で休まずに、一方から他方に跳んだ。
回転蒸気エンジン (rotary steam engines) はビーム・エンジンよりはもっと適切であることが わかった。というのは、重いはずみ車が方向転換の間の停止が予想可能であったからである。 一方、ロッド (rods) に直接作用するピストンは カタラクト (cataract governor) で制御されている時でさえ、 不規則な停止により -- 長かったり、短かったりして -- 乗員を驚かせている。 コーンウォールでは、ゴドルフィン (Godolphin) のホイール・リース鉱山 (Wheal Reath) のマン・エンジンは (排水エンジンがこの新しい用途に転換され)、 ロッド (rods) に直接作用するピストンで駆動した。 マン・エンジンに使用されていないとき回転エンジンは ウィム (whim) を駆動するのにも 使用できる利点があった。
この装置の最も古い既知の実例は 19 世紀前半のものでドイツの ハルツ山地 (Harz mountains) の銀鉱山地区にあり、 ここでは装置は水車に接続されたクランクで駆動した。 もっとも同じ操作方式を使用する「バケット持ち上げ」 (bucket hoist, "Hukenkunst") は 17 世紀以来スウェーデンの鉄鉱山で使用されていた。 これはビーム・ポンプの非公式な改造から発展したようであり、 鉱夫は木製のポンプ棒に打ち込まれた大クギを使用して、立て坑を上昇した。 ビーム・ポンプは深い鉱山では普遍的なものであったため、 鉱夫を運ぶための適切な足場を作ることは単純な進展であった。 最初の公式なエンジンは 1833 年に ニーダーザクセン州 (Lower Saxon) のクラウスタール (Clausthal) の鉱山に設置され、 検査官 (inspector) のウィルヘルム・アルベルト (Wilhelm Albert) と マネージャーの Georg Dörell (1793年 – 1854年) は往復運動をするポンプ棒に足場を設置し、隣接箇所に手の支え (hand-holds) を設置した。 これには使用されなくなった水車駆動のポンプが使用されたが、ポンプが使用されなくなったのは新しい排水用の横坑道が、 より下位レベルに設置されたためであった。 同じ地域のザンクト・アンドレーアスベルク (Sankt Andreasberg) のサムソン立て坑 (Samson Pit) の 1837 年のマン・エンジンは今でも使用されている。もっとも 1922 年に動力が水力から電動に変更になった。
装置は 1842 年 1 月にコーンウォールに導入され、 これは王立コーンウォール・ポリテクニック協会 (Royal Cornwall Polytechnic Society) の最優秀デザイン賞の奨励金の受賞に引き続いてのことであった。 勝利者のマイケル・ローム (Michael Loam) はレッドラス (Redruth) の近くのラナー (Lanner) にある トレサヴィアン鉱山 (Tresavean mine) の所有者のために装置を建造した。 彼は水車駆動のダブル・ロッド (double rod, 二重棒) のデザインを使用した。 この年の 10 月にロームは水車を蒸気エンジンで交換することを提案した。 内腔 36 インチ、 6 フィート・ストロークの複動作蒸気エンジンが採用され、 5:1 の減速歯車が使用された。 同時に、マン・エンジンのビーム (beam) のストロークは 6 フィートから 12 フィートに増大された。 石炭の消費は 24 ハンドレッドウェイト (1,200 kg) であった。 エンジンは 1 日のうち 6 時間しか使用しなかったが、ボイラーは連続して運転温度を維持した。 鉱夫の移動時間は (どちら向きにも) およそ 1 時間から 24 分に短縮され、シフト毎の産出量は 1/5 増大した。
1 ダース以上の実例がコーンウォールの鉱山に 19 世紀が終わるまでに設置されたが、 通常はシングル・ロッド方式であり、こちらの方が使用上安全と考えられた。 ケーブル動作の巻き上げ装置が利用可能となった時にも、 マン・エンジンは使用され続けた。 とりわけ立て坑が完全に垂直でなく、カゴをつるす巻き上げエンジンが使用できない場合には マン・エンジンは使用され続けた。 幾つかのうまく設置したローラーと トラニオンに搭載するフェンダー ("fend off") を使用すれば、 立て坑 (shaft) が垂直から随分と逸脱していても、 ロッドは立て坑の底に到達できた。経済性も一役買っていた。 ポンプ用に必要となるロッドはこの余剰の機能のために使用でき、経費もほとんど増えなかった。 トロッコ (skip, スキップ) あるいはキブル (kibble, 鉱山での作業に使用するバケツ) がこのような立て坑で使用された時にも、 (スキップウェイ (skipway) を走れば) ドカドカ揺れるため、人を運ぶには適していなかった。
鉱夫達は躊躇せずにこれらの装置を使用した。 というのは地下の仕事場に到達するまでは賃金の支払い対象でなかったからである。 当時の安全研究から結論されたことは、本質的には危険なように見えるが、 マン・エンジンの使用は実際には長いハシゴを登るより安全であった。 きつい仕事の後で、はしごを登れば疲労によってハシゴから落下する危険があるが、 マン・エンジンで上昇すれば、その危険が少ない。 鉱山によっては、とりわけドイツでは、ぴったり合うローラーや鎖のすぐ上で、 クサビや輪縁 (collar) が設置され、何らかの破損があっても落下距離を限定していた。
1919 年 10 月 20 日の午後に、 コーンウォール州セント・ジャスト (St. Just) の レヴァント鉱山 (Levant Mine) のマン・エンジンで事故が起きた。 100 名以上の鉱夫がエンジンに乗って地表に向かっていた。 この時、ロッドの頂上にある金属製の腕木が破壊された。 重い材木が砕けて立て坑を落下し、側壁の足場を引きずり込み、 31 名が亡くなった。 マン・エンジンは取り換えられることがなく、 鉱山の下層坑道は見捨てられた。