Die Entwicklung der Wasserhaltung lässt sich in nachfolgende technische Epochen gliedern:
Wassersäulenmaschine (1836 bis ca. 1860)
Wasserhaltung durch die von Johann Althans entwickelte Wassersäulenmaschine (Perspektivpumpe) auf der Grube Pfingstwiese.
Antrieb ausschließlich durch Aufschlagwasser.
Standort: Tiefe Stollensohle, (Schacht II ODER Schacht I)
Dampfpumpe (ca. 1856 bis 1887)
Übergang zur Dampfkraft.
Zunächst einzelne Dampfmaschinen, später leistungsfähige Dampfpumpen (ab 1860).
Standort: Schacht I (Brandlochschacht)
Ab 1860 wurde die Wassersäulenmaschine Reserve und verschwand schließlich aus dem regulären Betrieb.
Gestängepumpe (ab 1887)
Einführung einer großen Gestängepumpe.
Wechsel des Wasserhaltungsschachtes von Schacht I zurück auf Schacht II.
Die Dampfpumpen blieben vermutlich zunächst als Reserve erhalten.
Wassersäulenmaschine
(1836 bis 1860)
Ein Meilenstein für den Bergbau in Bad Ems war die Inbetriebnahme einer modernen Wassersäulenmaschine im Jahr 1836 auf der tiefen Stollensohle der Grube Pfingstwiese.
Die von Direktor Althans in Sayn entwickelte Anlage war eine direkt wirkende Maschine mit Gewichtsbalancier, Kolbensteuerung und Pendelbetrieb und diente der Wasserhaltung. Für ihre Zeit galt sie als technisch außergewöhnliche Konstruktion.
Bis 1860 arbeitete sie zuverlässig im regulären Betrieb und diente, nachdem sie durch eine Dampf-Gestänge-Pumpe ersetzt war, nur noch als Reserve.
[Der Anschnitt 64, 2012, H. 5-6, Die Wassersäulenmaschinen von Carl Ludwig Althans von Carsten Trojan. https://www.bergbaumuseum.de/fileadmin/forschung/zeitschriften/der-anschnitt/2012/2012-05-06/anschnitt-5-6-2012-trojan-wassersaeulenmaschinen.pdf]:
In den Jahren 1836 bis 1841 entwickelte und realisierte Althans drei kleine Wassersäulenmaschinen, 1836 in der Grube Pfingstwiese bei Bad Ems, 1840 in der Grube Guldenhardt bei Herdorf (Siegerland) und 1841 in der Grube Florentius (später bekannt als Grube Vereinigung bei Katzwinkel) bei Kirchen (Siegerland).
Die Maschine besaß einen horizontal liegenden
Steuerzylinder, der den Zu- und Abfluss in den Treibzylinder re-
gulierte. Als Steuerung kam eine von Althans entwickelte eigen-
tümliche Pendelsteuerung zum Einsatz, bei der das Umschlagen
eines Pendelgewichts letztlich den Zu- bzw. Abfluss zum Treib-
kolben freigab, bzw. schloss.Es war eine direkt wirkende Maschine mit Gewichtsbalancier und Kolbensteuerung mit Pendelbetrieb. Die Triebwasser hatten ein Gefälle von 19,9 Meter. Der Durchmesser des Treibkolbens war 0,353 Meter und die Länge des Kolbenlaufes 1,255 Meter. Die Zahl der Kolbenspiele betrug acht in der Minute; die Maschine leistete 4,34 Pferde und kostete ohne bauliche Ausführungen 11.310 Mark. Sie war für jene Zeit, als das Maschinenwesen in Deutschland noch in der Kindheit lag, eine bemerkenswerte Konstruktion. Bis 1860 arbeitete sie regelmäßig, dann aber, nachdem sie durch eine Dampf-Gestänge-Pumpe ersetzt war, nur noch als Reserve.
Althans setzte hier als Pumpe erstmals eine von ihm entwickelte Perspektiv- bzw. Rohrkolbenpumpe ein, bei der das Pumpgestänge gleichzeitig das Steigrohr darstellte. Diese Art von Pumpe wurde später als „Rittinger’s einachsige Mantelkolbenpumpe“ bekannt.
[Annalen des Vereins für Nassauische Altertumskunde und Geschichtsforschung, 35. Band, 1905. Die Familie Remy und die Industrie am Mittelrhein von L. Beck, https://doi.org/10.11588/diglit.70482]:
Da eine oberirdische Anlage durch die Terrainverhältnisse sehr erschwert war, so liess er (Anm. Ernst Born) 1856 eine Dampfmaschine und Kessel in die Grube einbauen. Der erste Dampfkessel für die Wasserhaltung wurde auf der Pfmgstwieser Stollensohle,ca. 590 m vom Stollenmundloch entfernt, aufgestellt. Ein alter Luftschacht diente zur Abführung des Rauches.
In der Grube Fahnenberg im südlichen Teil des Feldes Mercur wurde 1858 ein Kehrrad für die Erzförderung eingebaut, während um dieselbe Zeit in Grube Mercur hierfür ein Pferdegöpel eingerichtet wurde. Das Kehrrad im Fahnenberg kam Ende der sechziger Jahre ausser Betrieb, später, 1887, wurde hier ebenfalls Dampfmaschinenbetrieb eingeführt.
Aus dem Jahre 1864 liegen Nachrichten in einer Veröffentlichung des Bergmeisters Fr. Wenkenbach vor: […]In der Grube Mercur war der Tiefbauschacht im Fahnenberg auf 35 Lachter niedergebracht; in der Pfingstwiese war die fünfte Tiefbausohle 60 Lachter unter dem tieferen Stollen ausgerichtet. Die ältere 24 pferdige Dampfmaschine im Brandlochschacht der Grube Pfingstwiese wurde noch zur Förderung benutzt, während für die Wasserhaltung eine Dampfmaschine mit Kondensation und besonderer Dampfpumpe zur Kesselspeisung eingebaut war.
[Schultz, Rudolf Wilhelm Otto geb. 25.02.1868; Bergreferendar; Prüfungs- u. Personalakten Band 1, Landesarchiv NRW Abteilung Rheinland, BR 0101 / Oberbergamt Bonn BR 0101, Nr. 997, Enthält: Prüfungsarbeiten: Über die Wasserhaltung der Grube Mercur zu Ems an der Lahn (1894), https://www.archive.nrw.de/archivsuche?link=VERZEICHUNGSEINHEIT-Vz_41525677-8211-486f-97ba-ab7577057604, Abschrift von F. Girmann (2023)]:
Von den beiden Schächten der Grube Mercur, die wir, wie dort üblich, mit Schacht I und Schacht II bezeichnen wollen, dient gegenwärtig das Fahrtrum des Schachtes II zugleich zur Wasserhaltung, während in früheren Zeiten Schacht I zur Wasserhaltung diente und jetzt nur noch zur Reservehaltung gebraucht wird.
Bis zum Jahre 1887 wurden sämtliche Wasser der Grube nur vermittelst Dampfpumpen gehoben und diente Schacht I, wie oben bereits erwähnt, als Wasserhaltungsschacht. Eine erste Dampfpumpenanlage befindet sich auf der 9. Tiefbausohle. Dieselbe besteht aus 2 Dampfpumpen, System Klein, Schantzlin und Becker zu Frankenthal in Bayern und wurde dieselbe im Jahr 1877 aufgestellt. Preis beider Pumpen ca. 22600 M.
Alle diese Gründe machten im Jahre 1887 die Beschaffung und den Einbau der großen Gestängepumpe, die jetzt in Betrieb ist, nothwendig. Im Schacht I konnte diese Pumpe nicht eingebaut werden, da während des Einbauens die Dampfpumpen noch in Betrieb bleiben mussten. Man richtete daher die Anlage im Fahrtrum des Schachtes II her. Der Berechnung dieser Gestängepumpe wurde eine Leistung von 2000 Liter pro Minute zu Grunde gelegt und sollte sie für eine Teufe von 600 Meter bestimmt sein.
[F. Odenheimer, Das Berg- und Hüttenwesen im Herzogthum Nassau, 1. Band, Wiesbaden, C.W. Kreidel’s Verlag, 1865]:
Die Wasserhaltung wird im Fahnenberger Bau durch ein in der Grube sitzendes Kehrrad von 19 1/2 Fuss Durchmesser und 5 Fuss Breite bewirkt. Dasselbe arbeitet mit 6-7 Pferdekräften.
Auf dem 3ten Gangmittel werden die Wasser durch eine 4pferdekräftige Wassersäulenmaschine mit 70 Fuss Gefälle gehalten und auf dem 4ten Mittel durch eine 25pferdekräftige, und mit Expansion arbeitende Dampfmaschine, welche die Förderung mit besorgt.
Auch diese beiden Maschinen befinden sich in der Grube. In Zukunft wird jedoch die eben erwähnte Dampfmaschine nur zur Förderung verwendet werden, da in Kürze eine 30pferdekräftige Dampfmaschine eingebaut werden wird, die nur zur Wasserhaltung dienen soll. Mit der Wassersäulenmaschine sind Saug- und Druckpumpen, mit den beiden anderen Maschinen nur Druckpumpen verbunden.
Da sich die Förderung wesentlich gesteigert hatte, so wurde die 24pferdekräftige Dampfmaschine bei dem Brandlochschachte in der Pfingstwiese, welche bisher die Förderung und Wasserhaltung besorgte, nur für die Förderung bestimmt und für die Wasserhaltung eine Dampfmaschine mit Condensation, sowie eine besondere Dampfpumpe zur Kesselspeisung eingebaut. Bei dieser Anlage wurde zugleich geeignete Rücksicht auf die Anlage einer Fahrkunst genommen.
[Glückauf, Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift, Nr.11 und Nr.12, 44. Jahrgang, 1908, Das Emser Blei- und Silberwerk unter besonderer Berücksichtigung der in den letzten Jahren geschaffenen Neuanlagen, H.-L. Linkenbach]:
xxx