Алтайский гидропанк, или подземелья гномов в недрах Змеиной горы

"Слоновое" водяное колесо, высотой с пятиэтажный дом, было установлено в 1784 году в огромном подземном зале, вырубленном в недрах Змеиной горы. Нет это не фэнтези про королевство гномов, а реальная история.  

В глубинах этой  горы (на Алтае) скрывались залежи серебра и золота, и в 18 веке змеиногорский рудник стал важнейшим источником драгоценных металлов для Российской империи. Однако шахты (опускавшиеся на 100 метров под землю) затопляло водой, а рабочей силы на далеком Алтае катастрофически не хватало. Расходы росли, а добыча руды уменьшалась, так что рудник планировали закрыть как бесперспективный. 

 Направленный руководить рудником (и спасать добычу драгоценных металлов) инженер и изобретатель Козьма Фролов (он учился в одной школе одновременно с Ползуновым, а потом доделал и запустил ползуновский паровой двигатель), провел радикальную механизацию рудника.

Козьма Фролов начинает работу - картина из Змеиногорского музея

 Рабочих по замыслу Фролова должны были заменить машины работающие от  водяных колес. Но поскольку в суровом климате Алтая реки зимой замерзали, Фролов нашел оригинальный способ обеспечить круглогодичную работу механизмов - он разместил водяные мельницы в подземельях. Прорубленные через гору тоннели соединили горные реки Змеевку и Карабиху с перепадом высот десятки метров .  Текущие через подземелья потоки вращали десятки водяных колес, самое большое из которых имело 17 метров в поперечнике, другое ("слоновое" колесо) превышало в поперечнике 15 метров. Фролов планировал построить еще большее 20 метровое колесо, но этот проект остался на бумаге. Колеса, через систему передач,  приводили в действие машины которые выкачивали воду из нижнего яруса рудников, дробили и промывали породу, поднимали на поверхность бадьи с рудой, раздували меха подземных кузниц. 

От озера образованного плотиной на реке Карабиха была вырублена штольня-водоток длиной 630 метров разветвляющаяся затем в сеть подземных каналов. Один канал направлялся к «пильной мельнице», другой канал был направлен в Преображенскую шахту, где поток воды двигал 

двойное верхнебойное колесо рудоподъемной машины, поднимавшей руду из выработок, расположенных на глубине 102 метра. Двойное колесо рудоподъемной машины было устроено таким образом, что лопатки обеих половин его были направлены в противоположные стороны. «Над колесом находится ларь, имеющий на дне три отверстия с клапанами: чрез два из них вода пущается на обе поло- вины колеса, смотря по надобности..., ибо из двух бадей одна пустая опускается, когда другая с тяжестью поднимается…Наливное колесо обращается один раз в минуту или 1440 раз в сутки. Каждая бадья поднимает руды до 30 пуд. В 1 час из 48-саженной (102-метровой) глубины доставляется до 12 бадей или до 360 пуд. руды. В смену при машине задолжаются (т. е. заняты) 12 человек, из коих один находится у рычагов при спуске и остановке воды и при подъеме бадей, 4 при нагрузке внизу шахты и 6 при откатке от машины». Любопытно, что на участке водовода ближе к Преображенской шахте располагалась кузница. 

Другая рудоподъемная машина, находилась на Вознесенской шахте. Между верхним барабаном этого подьемника помещенным наверху, в шахтном сооружении и нижним барабаном, расположенным на дне шахты, была натянута «бесконечная» цепь с закрепленными на ней  бадьями. Вращаясь эта цепь подымала с глубины 68 м от 5 до 6 тыс. пуд. за смену. Из-под водяного колеса Преображенской шахты вода устремлялась по галлереюе (длиной 128 метров), ведущей к Екатерининской шахте, где запускала двойное колесо диаметром 9,3 метра, приводившем в действие еще одну рудоподъемную машину. После этого по 64-метровому тоннелю, вода поступала в громадную  подземную камеру, выложенную гранитом. Здесь работало самое большое из гидравлических колес, построенных в то время в мире, имевшее в диаметре до 8 сажень ( 17 метров).  Посредством системы тяг и шатунов колесо приводило в движение ряд насосов, откачивавших воду с глубины 213 м. Далее поток воды по подземному каналу протяжением более 400 м направлялся к Вознесенской шахте, где вода поступала в подземную камеру, высеченную горной породе, и приводила в движение «слоновое» колесо, построенное в 1783 г. Колесо это имело 15,6 м в диаметре и приводило в движение сложную систему  насосов, установленных этажами до дна. Затем вода по подземному тоннелю длиной 1 километр выводилась на поверхность и сбрасывалась в реку.

Для вывоза на поверхность тележек с рудой использовались деревянные рельсы по которым вагонетку тянул водяное колесо.

Изобретение Фролова - лежневые пути с тележками, приводимыми в движение от водяного колеса

Тележки (их называли «собаки») с рудой  поднимались по наклонной плоскости вверх влекомые канатной тягой  водяного колеса, затем тележка опро­кидывалась и высыпала содержимое. После этого тележка скатывалась вниз,  силой собственной тяжести.

Путешественник посетивший Алтай так описывал посещение рудника:

«Спустись через Усть-Луговую штольню с проводником и горной лампой в руках, шли мы подземным ходом во внутренность горы, сначала довольно прямым, потом извилистым коридором. В боковой стене сего тесного коридора мы встретили кузницу, устроенную здесь для правки горного инструмента. В подземном царстве Плутона беспрерывно производилась работа; огонь в горнах не угасал ни днем, ни ночью; тяжелые молоты, ударяясь в наковальни, производили глухой звук, повторяемый эхом.

Мы шли вперед, повеяло свежестью и вскоре послышался шум, подобный происходящему от мельничных колес. Закончился коридор, и мы вышли в каменный дворик; в одной стороне его мы увидели огромное колесо до 7 сажен в диаметре, служащее для отливания воды из рудника. К концу оси колеса были прикреплены членосоставные рычаги, длиною в 40 сажен, с помощью которых поднималась вода. Дальше вода выливалась в бассейн, откуда другими насосами поднималась еще выше. Несколько человек занимались перекаткой руды на тачках к Екатерининской шахте, накладывали руду в подъемные бадьи. Подъем был устроен так, что одна бадья поднималась и канат навивался на вал ворота, а другая в то время свивалась с оного и опускалась вниз. Другие рабочие осьмигранным, наподобие длинного и толстого гвоздя, инструментом буравили в крепкой, из рогового камня состоящей породе скважины (шпуры), глубиной в 12 вершков. Каждый рабочий обязан был пробить в день два шпура; по окончании буравления сделанные отверстия набивались порохом и замазывались глиной. В глину через небольшое отверстие вставлялась камышовая тростинка, набитая порохом, она зажигалась после фитилем. Происходил взрыв, и значительная часть каменной стены, разбитая в куски, отваливалась. Многие работы на руднике производились» гидравлическими машинами. Вода, действуя на колеса, служила как для выливания накапливающейся в руднике воды, так и для движения рудоподъемных колес и промывания измельченной руды».

Академик  И. М. Ренованц осматривавший рудник оставил описание подземного зала со слоновьим колесом:

«Верх  сделан сводом, все вымощено камнем, весьма пространно и широкими снабжено ступенями, вместо обыкновенно навешиваемых лестниц. Колесо имеет в поперечнике 7 сажен, т. е. 49 английских футов. Цилиндр его имеет только один крумцапфен, коего рука в один аршин длины. К сей руке приделан прут, на коем висит короб в 24 сажени длиной, лежащий на цилиндрах; сей прут 2 квадрантами, на коих висят палки, ходящие в водовыливаемой шахте, так приводится в движение, что прутья поднимают бадьи на 2 аршина 56 дюймов. Насосные трубы сделаны из чугуна, имеют 12 дюймов в диаметре и в одну минуту три раза выливают».

Механизация рудника позволила поднять добычу серебра с 378 пудов в 1779 году, до 1 091 пуда в 1789. Всего с 1747 года по 1793 на руднике было добыто 38 миллионов пудов руды, из которых было добыто драгоценных металлов на 36 миллионов рублей. Это при том что годовой бюджет России в  в 1763 г. составлял 17,2 млн руб., а в 1796 — 78 млн руб.

 Машины созданные Фроловым продолжали работать до середины 19 века, добывая для империи серебро.

Для обеспечения подземных тоннелей водой, на реке Змиевка была построена плотина высотой двадцать два метра, длиной – сто двадцать метров, а шириной – восемнадцать метров. Перед плотиной образовалось озеро в шесть квадратных километров. Это сооружение оказалось самым долгоиграющим из всех построек Фролова - еще в 1950 году плотина использовалась для производства электроэнергии. А сегодня по плотине проходит автомобильная дорога.

В 1786 году в подземельях Змеиной горы был устроен праздник для приехавшего начальства. Пока на поверхности бушевала снежная буря, в освещенных свечами и факелами подземных залах Фролов запустил свою водную машинерию под восхищенные охи и ахи присутствовавших. 

Козьму Фролова  на посту главы змеиногорского рудника сменил сын, также изобретатель инженер Петр Фролов (в будущем сенатор и губернатор Томска). Фролов младший прославился строительством двухкилометровой рельсовой дороги, по которой лошади везли вагонетки с рудой. Позднее (заняв высокий пост в Петербурге) Фролов младший предложил соединить города России рельсовыми путями. Так как одна из двух главных бед России - дороги, то Фролов предлагал проложить пути из чугунных рельсов по которым будут ездить запряженные конями вагоны с грузами и рельсовые дилижансы. Но этот стимпанковый проект был отвергнут, как слишком дорогой.

Использованные материалы:

Виргинский В. С. Замечательные русские изобретатели Фроловы, Колывано-Воскресенские заводы на Алтае, 18-нач. 19 вв.

Гард Э. Мастера крепостной России