Главная Статьи История горного дела Исторические вехи развития горного искусства

Исторические вехи развития горного искусства

А.В. Гальянов
Печать
Работа на Бакальском руднике. Прокудин-Горский С.М., 1910 г

«…великие выгоды и удобства приобретаются при добыче ископаемых веществ. Разумеется, мы были бы лишены этих выгод и удобств, если бы не было изобретено людьми горное искусство, совершенно необходимое для рода человеческого. Горное дело приумножает достаток честными и достойными способами». Г. Агрикола, «О горном деле и металлургии», кн.1.

Археологические находки (каменные топоры, молотки и другие схожие приспособления труда) указывают на то, что уже в эпоху неолита человек пытался освоить приемы пробуравливания камня.

Для истории горной техники это обстоятельство интересно тем, что за многие тысячелетия до наших дней в примитивной форме уже применяются принципы бурения, положенные в основу работы современных буровых станков. Техника добывания и обработки полезных камней в эпоху неолита делает принципиальный шаг вперед: поиск на поверхности и выкапывание нужных камней все в большей степени замещаются добыванием камня из меловых отложений и из-под наносов. Так появляются ямы, канавы, колодцы – прообразы открытой и подземной отработки. Эмпирически решая вставшие при добывании кремня технические трудности и закрепляя опыт раскопок, первобытный человек использовал также навыки, накопленные в других областях своей деятельности: добывание огня, сверление горных пород, создание крупных жилищ. В эту эпоху «горные сооружения» (большие канавы и колодцы) достигали глубины 17-20 м при ширине 5-6 м, шурфы приобрели круглое сечение, появились комбинации вертикальных и наклонных выработок; позже изобретено кайло и кирка; обработка камня требовала определенного мастерства, специализации и профессионализма в каменоломных работах.

Historical milestones of the art of mining

The development of the mining industry is fundamental for the development of civilization, productive forces and the planet's intellectual aura. Mining industry provides the basis for the humankind survival, therefore forming the planet's raw materials base and it sustainable use is the job to be car- ried out by the whole planet, not any single nation.

Древнейшими памятниками горных работ считают рудник Львиная пещера в Свазиленде, на юге Африки (эпоха палеолита – до 40 тыс. лет назад), добычные ямы глубиной 2-4 м, обнаруженные в Египте (Кена), Бельгии (Лимбург), Венгрии.

Крупнейшим завоеванием культуры периода первобытнообщинного строя стало освоение свойств пород, содержащих медь и олово. Для изготовления режущих орудий труда, наконечников стрел и копий первой была использована медь. Этому способствовало открытие свойств ковкости ее в холодном виде (6-10 тыс. лет до н.э.). На смену собирательству пришли поиск и плавка сначала меди, затем выплавка бронзы (3-3,5 тыс. лет до н.э.) и, наконец, железа из руд (2-2,5 тыс. лет до н.э.). К этому периоду относится применение способа вскрытия залежей меди в горах Синайского полуострова проходкой штольни. Древнейшие рудники на территории России обнаружены в Зауралье (Каргалинские – 3 тыс. лет до н.э.), на Урале (Гумешевский, медь – около 1,5-1,7 тыс. лет до н.э.), на Алтае (Калбанский, олово), в Сибири (Минусинские, медь). Опыт проходки штолен привел к изобретению тоннелей. Считается, что пешеходный тоннель под рекой Евфрат в Вавилоне (2200 г. до н.э.) относится к самой древней находке. В VI веке до н.э. на острове Самос в Эгейском море пройден тоннель для нужд водоснабжения встречными забоями. Считается, что геометрическое обеспечение проходческих работ могли выполнить математики пифагорейской школы.

В период развитого рабовладельческого строя человеку уже были известны соль, олово, серебро, медь, золото, свинец и приемы получения их в чистом виде; широко использовался декоративный камень для изготовления украшений и облицовки. Добыча камня, как основного строительного материала, нефти, асфальта и ряда других полезных ископаемых превратилась в самостоятельную, специфическую область производственной деятельности.

Производство блочного камня, добыча золота из россыпей и речных потоков, поиск самородного серебра, олова и золота, поиск богатых серебром и золотом участков, удобных для отработки, изобретение способа получения сплавов металлов, обладающих новыми качествами, требовали разнообразных знаний, высокого мастерства, широкого набора инструментов и приспособлений.

Развитие цивилизации совершенно отчетливо связывается с развитием горного промысла на территориях государств и народностей от берегов Атлантического океана на западе до Тихого океана на востоке. Поворотным моментом в технике разработки медных руд и получения блочного камня стало применение огневого метода, когда для разрушения породы перед грудью забоя раскладывался костер, и затем нагретую поверхность обливали водой, обеспечивая разрушение породы. О размерах горных выработок можно судить по раскопкам в районе г. Орска, где обнаружен древнейший медный карьер шириной 15-20 м, протяженностью 120-130 м и глубиной около 10 м.

Великими памятниками горных работ являются многочисленные катакомбы Рима, Неаполя, Сиракуз, где производилась добыча туфа и известняка, греческие рудники в Лаврионе на рубеже между бронзовым и железным веками. Характерным здесь является ходковая система, то есть выемка многочисленными узкими извилистыми выработками, которые у греков назывались лабиринтами. Обычное сечение выработки в пустых породах составляло 0,6-1,0 м2. Проходка такой «щели» требовала большого искусства.

Отработка медных месторождений и плавка руды подготовили освоение железных руд, с вовлечением которых в сферу общественного потребления связан новый этап развития земледелия, освоения лесных пространств, создания новых видов вооружения, домашней утвари, посуды, инструментов, деталей машин, станков и приспособлений. Огромную роль, в силу естественных условий, играла добыча воды и создание сооружений, подводящих и отводящих воду. Водопроводные штольни Греции и Рима являются грандиозным памятником горного искусства античного периода. Возникавшие войны нередко носили характер борьбы за овладение месторождениями полезных ископаемых. Так, афиняне длительное время вели борьбу с фасосцами за фракийские золотые рудники; македоняне – с афинянами за обладание лаврийскими серебряными разработками, а с греками – за фракийские золотоносные прииски; римляне – с карфагенянами за богатые иберийские месторождения серебра, золота, меди. Для вооружения армий требовалось огромное количество бронзы, железа, меди и других металлов, а для содержания армий – золото и серебро. Не случайно, что каждое государство при подготовке к войне тайно скапливало металлическое сырье. Потребность в золоте обуславливала добычу и производство ртути.

Адаптация к среде обитания и освоения камня, пока еще робкая, но пытливая, сформировала общественный характер усилий в борьбе за выживание. Расширение горного промысла зародило технологические основы кустарного производства, мануфактуры, горнодобывающего комплекса – базового для развития цивилизации. Тяжелый физический труд привел к великим изобретениям (колесо, рычаг, клин, наклонная плоскость, блок, канат, отвес и т.д.) и открытию того, что круглое сечение горных выработок обладает наибольшей устойчивостью. Строительство городов, храмов, каналов, охота, рыбалка, земледелие – все требовало обработанного камня и металлоизделий. Расширяются масштабы горных работ и эмпирические знания о свойствах пород. Зарождение образного мышления способствовало возникновению идеи измерить, показать, сохранить. Развитие этой идеи дало начало геометрии и конструированию простейших приспособлений и инструментов для производства измерений (шест, отвес, мерный шнур, водяной нивелир – 5-4 тыс. лет до н.э.). На глиняных дощечках изображаются схемы-карты (Месопотамия, 2300 г. до н.э.), египетские землемеры (арпедонавты – «натягиватели веревки») владели приемами определения площади и объема простейших фигур, составления схем и планов сооружений. Древнейшим горным чертежом считается изображенный на папирусе план нубийского золотого рудника (около 1300 лет до н.э.).

Египетская «Карта золотых рудников»

Приобретаемые навыки, способы и приемы поиска, добывания и обработки каменного материала передавались от поколения к поколению, совершенствовались и шлифовались. Появлялись мастера своего дела, что могло способствовать временному разделению труда при изготовлении орудий труда и оружия для удовлетворения родовых и общинных потребностей; уже на самых ранних стадиях общественного производства зарождались основы ремесел и индивидуального мастерства.

Развитие духовности проявляется в изготовлении украшений из камня, металла, костей, в настенных рисунках, игрушечных ритуальных поделках. Принципом рациональности руководствовались при строительстве стойбищ, поселений, городов, гробниц, защитных и гидротехнических сооружений. В условиях развивающихся рабовладельческих отношений, на новой общественной основе, ускорялось развитие горного промысла. И это развитие уже было не спонтанно – оно приобрело характер фундамента, основы для всего общественного производства.

Шло время, объем эмпирических знаний, разбросанных «по всему свету», увеличивался и требовал своего обобщения. Считается, что первым письменным свидетельством по вопросам проходки горных выработок подземным способом, их ориентированию и привязке к ситуации на поверхности является трактат Герона Александрийского «О диоптре» (1 век до н.э.).

Значительное увеличение масштабов горных работ в античный период не привело, однако, к существенным изменениям в приемах работ по добыче полезных ископаемых и горных инструментах. Основные звенья горной технологии – отбойка, транспорт, подъем, освещение, вентиляция, водоотлив – осуществляются в общем комплексе горных работ теми же примитивными средствами, что и в век меди и бронзы – воронкообразные ямы, канавы, траншеи; гротообразные выработки – пещеры, карьеры, шурфы, штольни, шахты (вертикальные и наклонные).

Главной составляющей «механизации» труда был дешевый рабский труд, вооруженный киркой, долотом, лопатой, тачкой на деревянных колесах, деревянными трапиками на откаточных выработках и ручной тягой рабов. И только изобретение железного колеса и рельс способствовало использованию конной тяги (конец ХVII – начало ХVIII веков).

Падение Рима ускорило разрушение рабовладельческого способа производства и дало толчок к развитию феодальных отношений, вплоть до рождения мануфактур (ХIV–ХVI вв.). Горный промысел получил широкое распространение на Кавказе, в Европе, на Руси. Киевская Русь в Х–ХI веках и русские княжества ХI–ХIII веков шли одним путем с передовыми странами Западной Европы. Монах Теофил (ХII век) в знаменитом труде о ремеслах помещает Русь в списке «стран-искусниц» впереди Аравии, Германии, Италии, Франции.

Под влиянием непрекращающихся войн, развития ремесел и земледелия увеличился спрос на металлоизделия, драгоценные камни и драгоценные металлы. Возникла необходимость юридического закрепления прав недропользователей. Первое горное право было издано в 1249 г. в Иглаве (Чехия), а в 1255 г. – в Быстрице (Словакия), в конце ХIII века – в Германии. К ХV веку феодальные отношения достигли наивысшего развития, чему в значительной степени способствовало развитие торговых отношений, которые доставили, хотя и в неупорядоченном виде, много научных фактов, самостоятельных изобретений (магнитная игла, книгопечатание, льняная и хлопчатая бумага, порох, очки, механические часы и т.д.). Широкое распространение горного дела отвечало потребностям развития феодальных ремесел. Появляются ассоциации рудокопов наподобие средневековых ремесленных цехов. Предпосылкой для развития горного ремесла стало развитие металлургии и энергетики. Возникла потребность выноса границ горных работ как на поверхность, так и под землей.

В 1356 г. в Германии Карл IХ закрепил за князьями право на использование земельных богатств. Геометрическим обеспечением выноса границ занимались специально обученные ремесленники, которых называли маркшейдерами (от немецкого Маrk – граница, scheiden – разделять). Предписание о необходимости проведения маркшейдерских работ содержится в горном уставе рудокопов Шладминга (1408 г.) и Шварца (1449 г.). Маркшейдерские работы требовали изобретения и изготовления приспособлений и инструментов для различного рода измерений. Так, для линейных измерений использовался длинный шнур (до 200 м) из липового лыка и деревянные рейки (жезлы) длиной до 2 м, для измерения вертикальных углов – транспортир с отвесом, для измерения направлений – водяная буссоль (ХII в.) и накладной компас (ХIV в.), который устанавливался в точке измерения сначала на палке, затем на треноге. В 1560 г. В. Ямнитцер изобрел подвесные компас и полукруг, позже появился предшественник теодолита – винкейвайзер (указатель углов); для нивелирования использовались рейки, водяной нивелир.

Первое полное представление об искусстве горного промысла, достигнутого на момент середины ХVI века, мы находим в великом по своей исторической значимости труде Георга Агриколы «О горном деле и металлургии», ставшем энциклопедией горного искусства вплоть до конца ХVIII века.

Георгий Агрикола по праву возглавляет список ученых, стоящих у истоков формирования горного дела и металлургии. Годы его жизни приходятся на период позднего Возрождения, когда в Европе начали складываться капиталистические производственные отношения. После окончания университета в Лейпциге он некоторое время учительствовал, но волна очищения сознания от догм и суеверий забросила его в Италию, где он имел возможность общаться с выдающимися деятелями эпохи позднего Возрождения. Интерес к горному делу и минералогии привел его в крупнейший горнорудный центр Европы – Иоахимсталь (ныне Яхимов). Здесь отрабатывались богатые месторождения серебра, кобальта, меди, свинца и других металлов.

Характерной чертой эпохи Возрождения явилось создание энциклопедических трудов по многим областям накопившихся знаний: Леонардо да Винчи, Николай Коперник, Галилео Галилей, Иоганн Кеплер и многие другие расшатали устои догматического, полумифического миропонимания, наметили пути научного обобщения, систематизации опыта, постановки широких проблем. Развитие экономики требовало систематизации знаний и широкого общения в области добывания горных пород и металлургии. В 1540 г. итальянец Ваноччо Бирингуччо издал энциклопедического характера книгу по горному делу, а Себастьян Мюнстер (1544 г.) – по вопросам добычи и обогащения руд. Эти и другие достойные ученые приложили достаточно усилий для концентрации разбросанных по всему миру крупиц человеческих знаний, опыта и мастерства. Но лишь Г. Агриколе удалось создать такую энциклопедию знаний по горному искусству, которая перешагнула свое время на несколько столетий вперед. Его монументальный труд «О горном деле и металлургии» и сегодня не утратил своего величия как памятник человечеству в вечной борьбе с окружающим миром за свое существование, в вечном стремлении к овладению и бесконтрольному пользованию благами безмолвной окружающей среды обитания. Только в ХVIII веке появились подобные работы: Шлюггер (1738 г.), И. Шлаттер (1760 г.), М.В. Ломоносов (1763 г.). Г Агрикола как ученый и мыслитель противопоставил аристотелевскому мировоззрению стихийно материалистическую концепцию в вопросах «сотворения мира», происхождения горных пород и минералов. Сегодня трудно себе представить, что когда-то царило общественное мнение о ненужности, общественной бесполезности и даже вредности горного дела. И всего лишь пятьсот лет назад этот вопрос широко дебатировался; тернист был путь для тех, кто выступал против общественного мнения. С чувством гражданской ответственности он рассматривает в «книге первой» возражения против горного дела, которое «рытьем руд» нарушает поля, пастбища, виноградники, масличные рощи, вносит экологический дисбаланс в среду обитания. Столь же весомы аргументы в защиту горного искусства: «в действительности человек не может обойтись без металла, когда он обзаводится всем тем, что в изобилии доставляет ему пропитание и одежду». «Горняк, прежде чем он приступит к разработке рудных жил, должен принять в соображение семь условий: характер местности, растительный покров, наличие воды, состояние дорог, влияние местности на здоровье, владение местностью, соседство». Обобщая опыт рудоискателей и народные приметы, Г. Агрикола с методической последовательностью, полнотой и практической наглядностью систематизирует знания по поиску рудных жил и выбору промплощадки рудника. Фактически им обозначены основы проектирования горных работ. И сегодня вводный курс лекций по поискам и разведке месторождений полезных ископаемых включает в себя такие проверенные веками признаки, как цветы, иней на траве, крона деревьев и многие другие. В двенадцати книгах им изложены «обязанности, инструменты, машины и все, вообще относящееся к горному делу, не только самым достоверным образом описывается, но столь наглядно показывается при помощи размещенных в соответствующих местах изображений, с присовокуплением их латинских и немецких наименований, что они не могли бы быть переданы с большей ясностью». В первых четырех книгах приводятся «наставления» для нахождения руд, сведения о рудных жилах и существующих способах «обмера рудных жил». В пятой и шестой книгах излагаются сведения о «рытье копей», маркшейдерском искусстве, горных инструментах и машинах. Далее детально рассматриваются вопросы опробования руд, рудоподготовки (обжиг, дробление, промывка, сушка), выплавки руд, отделения серебра от золота и свинца от серебра; серебра от меди, а также добычи соли, серы, биту- ма, натра, квасцов и получения стекла.

Г. Агрикола не просто систематизировал эмпирические знания от рудничной геологии до обогащения и металлургии, он первым сделал попытку структурирования формирующейся технологии подземных горных работ, и это станет отправным моментом для строительства фундамента Горной науки - области естественнонаучных знаний об извлечении полезных ископаемых из недр. В 1574 г. Э. Райнхольд издает руководство по «землемерию и маркшейдерии», в начале ХVI века появляются первые горные графические материалы, к началу ХVII века чертежи начали выполнять в масштабе и ориентировать по сторонам света; стали входить в практику вертикальные разрезы.

Горные работы уходили в глубину недр, подземный лабиринт увеличивал свою протяженность, увеличивалось сечение выработок, возникали проблемы водоотлива, проветривания, транспорта. Масштабные горные работы стали фактором демографическим – они концентрировали поселения людей, превращались в города (Германия, Польша, Англия, Чехия, Швеция, Россия, Испания, Кавказ).

Развитие горно-промысловой мануфактуры в ХVI- ХVIII веках, особенно связанной с производством железа, выдвинуло Швецию, Германию и Россию на передовые экономические рубежи. Этому способствовало и наличие запасов железных руд, и лесные массивы, необходимые для получения древесного угля для доменной плавки, и людские ресурсы. Усиленно развивая черную металлургию, Россия уже к середине ХVIII века стала ведущей страной в мире по выплавке черного металла – она выплавляла чугуна в 2,5 раза больше, чем Англия и в 4 раза больше, чем Франция.

Революционным в истории горной науки следует считать ХVIII век – век крупных преобразований в мануфактурном производстве. Горное производство, достигшее своего апогея путем эволюционного перехода от ремесла к искусству, наполнялось изобретениями новых машин, способами и средствами по всем технологическим процессам: применение пороха для разрушения горных пород; изобретение четырехколесных тачек-вагонеток и чугунного колеса с ребордами и железных рельс; возникновение идеи воздушной канатной дороги; изобретение опрокида бадьи при подъеме, водоотливных установок, штангового бурения; изобретение забивной крепи и сводчатого каменного крепления выработок и, наконец, появление паровой машины, универсальных паровых двигателей, гидравлических установок и многих других совершенств.

Новый объем знаний (со времен Г. Агриколы прошло около 250 лет) и эмпирических сведений требовали своего обобщения, объяснения, прогнозирования. Еще в 1686 г. Г. Фотгейль издает книгу «Подземная геометрия или маркшейдерское искусство», в которой подробно описаны все инструменты и приспособления для производства геометрических съемок горных выработок, их привязки к поверхностным маркам. В странах Европы стали издаваться нормативные акты: Приказ рудокопных дел (1700 г., Россия), Заводской устав (1734 г., Россия), Маркшейдерская инструкция (Германия, 1780 г.). Создаются горнозаводские школы и училища для подготовки горных специалистов, издаются специальные учебники и книги, организуются первые высшие учебные заведения горного профиля (Прага – 1762 г., Фрайсберг – 1765 г., Шемниц – 1770 г., Берлин – 1770 г., С.-Петербург – 1773 г., Мадрид – 1777 г., Париж – 1783 г.). Севери (Англия), Нью-Номен (Англия), В.И. Татищев и Г. Крафт (Россия), И.Г. Югель и Ф.В. фон Опель (Германия), М.В. Ломоносов (Россия), Делидс закладывают основы горной науки и определяют ее основные направления: проходка и крепление выработок, бурение, транспорт, подъем, вентиляция, водоотлив, рудоподготовка, металлургический передел.

Горное производство – локомотив цивилизации. Его развитие отражает общий уровень знаний, накопленных человечеством. Пытливые землепроходцы обнаруживали на поверхности признаки и проявления различных полезных ископаемых. Уголь уверенно вытеснял лес, потребность в железе непрерывно увеличивалась, техническая мысль совершенствовала известное, изобретала новое - Германия, Англия, Россия, Швеция, Франция стали своеобразными эпицентрами технического прогресса. Академия наук и Вольное экономическое общество (Россия) организовали в конце 60-х годов ХVIII века несколько научно-исследовательских экспедиций по изучению минеральных богатств России. В короткое время было открыто 25 крупных угольных месторождений, на которые дано разрешение на отработку, а также железных и медных руд, золота, строительных материалов на Урале и в других районах России. Экономические нужды государств и развитие производительных сил определяли пути развития технической мысли и направле- ния теоретических исследований. Применение парового двигателя требовало инженерных расчетов, а это было возможно лишь после научного осмысления природы нового источника энергии. Повышение эффективности использования водных и воздушных потоков в горном производстве стало возможным только после фундаментальных исследований эмпирически установленных физических принципов. В результате реализовались идеи создания водяных насосов и вентиляторов. Первый в мире ленточный конвейер изобрел и смастерил в 1861 г. русский мастеровой Ал. Лопатин. Паровая техника дала универсальный двигатель, применение которого изменило весь характер горного дела. Опыт проходки железнодорожных туннелей сыграл большую роль в развитии техники и совершенствовании методов проходки горных выработок большого сечения. Первый паровой перфоратор появился на строительстве Гузакского тоннеля в Америке протяженностью 7,6 км, а пневматические перфораторы появились при проходке Мон-Сенинского тоннеля в Альпах протяженностью 13,6 км.

Совершенствование буровой техники связывается с получением металлургами высококачественного металла, необходимостью поиска месторождений на глубине и добычи нефти, изобретением многожильного каната, ударно-вращательного бурения. Освоение недр постоянно выдвигало на разрешение задачи, ответы на которые не знала ни математика, ни физика. Шаг за шагом горное производство накапливало эмпирические сведения по всему многообразию направлений практической деятельности. Распространению горных знаний способствовали как высшие учебные заведения горного профиля, так и теперь уже многочисленные школы и училища. Научная мысль России концентрировалась вокруг С.-Петербургского горного института и Департамента горных и соляных дел; с 1825 г. начинается издание «Горного журнала».

Аналитические основы горной механики (теория горных машин и механизмов) формируются работами А.И. Узатиса, П.А. Олышева, И.А. Тиме. Теория глубокого бурения связывается с разработками С.Г. Войслава, Н. Соколовского, В. Татарского, Н.Н. Глушкова. Изобретение аммиачно холодильной машины (1875 г.) дало толчок для разработки метода замораживания при проходке выработок в пористых и трещиноватых породах. Применение взрывчатых веществ на нитроглицериновой основе связывается с именами Н.Н. Зимина (1854) и А. Нобеля (1864). Значительные технические сдвиги в технологии горных работ оказались возможными благодаря теоретическим работам А.А. Саблукова (1832) по разработке вентиляторов центробежного действия, появлению электроподъемников с электромоторами постоянного тока (Германия, Россия), теории изготовления проволочных канатов (К.Ю. Мельниковский), теории мокрого гравитационного обогащения угля (В.А. Гуськов, Г.Я. Дорошенко).

Конец ХIХ века знаменует качественно новый этап развития горного производства. Энциклопедиями горных знаний являются монументальные издания сформировавшихся горных дисциплин: вскрытие и системы отработки месторождений (А.И. Узайтис – 1843 г., Г.Я. Дорошенко – 1880 г.); горная механика (Г.Д. Романовский – 1866 г.); гидромеханизация (П.П. Мельников – 1886 г., М.А. Шостак – 1891 г., И.А. Тимме – 1891 г.); обогащение полезных ископаемых (Г.Я. Дорошенко – 1876 г., С.Г. Войслав – 1876 г.). В этот же период Д.И. Менделеев (1888 г.) разрабатывает идею подземной газификации угля, а Г. Фраш (1891 г.) – подземную выплавку серы; широко применяется подземное растворение солей.

Огромный вклад в развитие мировой горной науки внесли российские инженеры и ученые. В новом вековом поступательном движении горных наук российская научно-техническая мысль в большей степени сконцентрировала свое внимание на 66 аналитических направлениях в решении проблемных вопросов. В.И. Бокий заложил основы аналитическому направлению в решении основных вопросов, возникающих при проектировании рудников (способы вскрытия, разработки, размеры шахтных полей и т.д.). Его «Практический курс горного искусства» (1914 г.) стал не только учебным пособием, но и справочной книгой в практической деятельности.

Горное производство – это, в первую очередь, обеспечение максимальной безопасности условий труда. Проявление давления горных пород на подземные выработки – причина многих катастроф и несчастных случаев в шахте. Горное давление относится к таким природным явлениям, которые требуют для своего управления обширных знаний в механике сплошных и сыпучих сред, расчете элементов систем отработки, специальных способов и средств натурных наблюдений, интерпретации наблюдений в пространстве и времени. Значительный вклад в решение этих проблем внесли М.М. Протодьяконов (1903-1912 гг.), П.М. Леонтовский (1912 г.). Б.И. Бокий (1914 г.) разрабатывает теоретические основы проектирования способов вскрытия и систем отработки угольных месторождений; вопросы организации труда с обеспечением максимальной безопасности рассматриваются в работах А.А. Скочинского (1901 г.); развитие представлений по методике обогащения полезных ископаемых находим в трудах О.Г. Чечота (1914 г.).

В первой четверти ХХ века совершенно определенно сформировалась российская школа горных инженеров. Методы проектирования и планирования горных работ развиваются Б.И. Боким, А.М. Терпигоревым, М.М. Протодьяконовым, Л.Д. Шевяковым. Рудкевич, Б.Ю. Бренд и В.И. Тихомиров закладывают основы первичной переработки полезных ископаемых; сформировалась как самостоятельное технологическое направление подземная отработка рудных месторождений (Н.И. Трушников, Н.А. Стариков, И.А. Кузнецов, М.И. Агошков и др.); Е.Ф. Шешко, Б.П. Боголюбов, Н.В. Мельников, В.В. Ржевский и другие заложили основы теоретическим вопросам открытого способа добычи твердых полезных ископаемых. К 1935 году П.К. Соболевский завершил формирование научных основ новой научной дисциплины – геометрии недр.

В период 1960-1980 гг. в Московском горном институте (В.В. Ржевский) формируется научное направление «Физика горных пород и процессов»; в системе горных знаний в самостоятельное научное направление выделяется круг вопросов по комплексному и рациональному освоению недр (Н.В. Мельников, М.И. Агошков, К.Н. Трубецкой). Период 1980-1990 гг. в истории горной науки знаменателен тем, что появляются первые работы по методологии построения горных наук, по определению их сущности и содержания.

Вторая половина ХХ века выдвинула на первый план исследования, направленные на обеспечение эффективной работы горнодобывающих гигантов. Интенсивное развитие мировой практики открытого способа отработки месторождений способствовало строительству горных предприятий с производственной мощностью до 100 и более миллионов тонн горной массы в год. Этому способствовали три обстоятельства:

  1. потребности мировой индустрии резко возросли, что стало результатом использования по самому широкому фронту достижений науки;
  2. снижение кондиций к качеству минерального сырья расширило возможности строительства горных гигантов с открытым способом отработки месторождений и глубоким обогащением полезных ископаемых;
  3. горное машиностроение оказалось подготовленным для создания разнообразных и мощных моделей горнотранспортного оборудования, как для открытой, так и для подземной технологии.

В связи с этим уже известные технологические задачи добычи и переработки минерального сырья приобрели характер проблем, связанных с масштабами горной индустрии. Вопросы транспорта, аэроэкологии карьерного пространства, геомеханики, организации и управления горным производством как единым технологическим комплексом добычи и первичной переработки минерального сырья, социальные и демографические аспекты урбанизированных территорий, исчерпаемость запасов в недрах и целый ряд сопутствующих проблем ставят задачу перед металлургами – получение высококачественных металлов, перед машиностроителями – изготовление новой мощной и надежной техники, перед геологами – поиск и разведка перспективных районов для добычи полезных ископаемых, перед горняками – рациональное обращение с недрами и т.д. Таким образом, Горная наука – область естественнонаучных знаний об извлечении полезных ископаемых из глубин недр и строительстве промышленных горнотехнических комплексов. Объектом внимания Горной науки являются верхние слои земной коры, технически доступные человеку для промышленного и хозяйственного освоения. Памятниками высокой технологической культуры, инженерных знаний и промышленного потенциала служат сегодня тоннель под Ла-Маншем, Северомуйский тоннель длиной 15,34 км на трассе БАМа, Коркинский и Асбестовский карьеры на Урале, карьеры КМА и алмазные карьеры Якутии и, конечно же, лабиринты городских подземных коммуникаций.

Предмет исследования Горной науки многогранен в силу многообразия форм и свойств проявления закономерностей и процессов взаимодействия человека с недрами. Горное давление и горные удары, порождающие опасность техногенных катастроф, обеспечение устойчивости бортов глубоких карьеров (глубина 300 и более метров), наиболее полное извлечение полезных ископаемых из недр, управление запасами и технологическими процессами на базе геоинформационных систем, вопросы экологии территорий интенсивных горных работ – все это требует не только широких профессиональных знаний, но и знаний специальных разделов математики, физики, химии, биологии, гносеологии и других смежных дисциплин.

К концу ХХ века общий годовой объем горной массы, добываемой на планете, перешагнул уровень 30 млрд. т. Уникальная горная техника позволяет интенсивно отрабатывать как глубокозалегающие залежи, так и маломощные пласты. Регулирующими критериями являются экономические показатели.

Наконец, ХХI век принял как эстафету от второго тысячелетия проблему обеспечения всего человечества продукцией горной индустрии. Совершенно естественно, что политические ориентиры экономически развитых государств направлены на овладение контролем за минерально-сырьевой базой планеты. В этих условиях экономическая безопасность государств может быть обеспечена только ясной и твердой стратегией недропользования. Недра принадлежат человечеству, оно – пользователь и защитник их.

Исторические периоды Способ, средство, методы ведения горных работ Первые исторические сведения
Доисторический Собирание камней и осколков горных пород, приспособление их для использования Места компактного проживания групп людей
Первобытнообщинный Целенаправленный поиск камней, их первичная обработка и приспособление для рытья ям, канав, шурфов. Изобретение круглого сечения выработок и способа крепления при помощи ивовых прутьев. Глубина шурфов – 10-15 м. Проходка наклонных выработок. Изобретение короба, решение задачи спуска и подъема грузов (прототип каната, шеста, лестницы). Изобретение кайла: суховатая палка, олений рог, палка-камень. Добыча соли. Украшения из камня и кости (буквы). Кены (Египет). Ламбург (Бельгия). Венгрия.
10-4 тыс. лет до н.э. Открытие свойства ковкости самородной меди. Изготовление заостренных изделий. Плавка меди, изготовление режущих и колющих предметов. Украшения из меди. Открытие свойств самородного олова. Открытие бронзы как сплава меди и олова. Первые изделия из бронзы. Древний Восток (Средняя Азия), Закавказье, Причерноморье
4-3 тыс. лет до н.э. Изобретение простейших земляных инструментов (шест, отвес, мерный шнур, водяной нивелир). В обиходе самородное золото и серебро, освоение речного песка и россыпей. Проходка тоннельных выработок. Египет, Индия, Китай, Алтай,Урал, Украина, Рим, Греция, Вавилон
3-1 тыс. лет до н.э. Зарождение горно-литейного ремесла по разработке медных, оловянных, золотых, серебряных копей. Ювелирные поделки, изготовление приспособлений для охоты и быта из железа. Территория России и стран СНГ, Причерноморье, Средняя Азия, Ближний Восток
2700-2500 лет до н.э. Изобретение искусственной воздуходувки, поверхностной закалки железа. Разработка залежей киновари. Египет
2400-2200 лет до н.э. Глиняные дощечки с изображением первых карт-схем. Разработка медных проявлений в крепких породах. Пешеходный тоннель под рекой Евфрат. Месопотамия, Артемовск (Украина), Аравия
1500-1100 лет до н.э. Древнейший горный чертеж на папирусе с изображением плана рудника Нубийский золотой рудник
Открытие способа получения сварного железа из руды (гематит – красный железняк). Железные копи. Добыча благородных металлов, чеканка монет. Сечение выработок в породах – 0,5-1,0 м ². Закавказье, Дилмация (Югославия), Галлия (Австрия), Лаврион (Греция)
1000 лет до н.э., начало н.э. Добыча строительного камня, мрамора, известняка, глин для массового строительства городов Крым, Европа, Египет, Закавказье, Средняя Азия, Ближний Восток
600 г. до н.э. Проходка тоннеля встречными забоями. Изобретены ходковая и камерная системы добычи, огневой способ отбойки скальных пород. Водоотлив, вентиляция, освещение, проветривание, подъем, транспорт – осуществляются в едином комплексе горнодобычных работ. Транспортировка грузов осуществляется в корзинах и заплечных мешках. О. Самос (Эгейское море)
0-100 гг. Первое письменное изложение вопросов ориентирования подземных выработок в работе «О диоптре» Герон Александрийский
500-700 гг. Рудник Канимансур: длина – 350 м, ширина – 25 м; штольня в Бабакане: длина – 150 м; глубина подземных работ в Такиле – 120-150 м. Средняя Азия, Ближний Восток
800-900 гг. Входит в обиход денежное обращение в виде монет в товарном обращении между странами  
1200-1300 гг. 1249 г. Изобретение водяной буссоли. Первое изложение горного права Чехия
1300-1400 гг. Изобретение накладного компаса и треноги  
1356 г. Издание «Золотой буллы», в которой закреплено право за князьями использовать земные богатства. Возникла задача выноса границ участков в подземных выработках Германия (Карл IV)
1408 г. Утверждены горные уставы рудокопов Шладминга и Шварца Германия
1400-1500 гг. Строительство белокаменной Москвы; возведение Нового Успенского собора (1475-1479 гг.), кремлевских стен, башен, ворот. Строительство дворца, Гранатовой палаты (1491 г.), соборов и церквей на базе залежей белого известняка в Подмосковье. Получение соли путем варки рассола подземных вод (проходка скважин ударным бурением глубиной 100-160 м). Мячковские и Протопоповские каменоломни (Россия)
1500-1600 гг. Зарождение признаков специализации труда горняков: копку и промывку руды вели рудокопы или копачи; варку железа производили дымари или домники; проковку криц – кузнецы. Изобретение одноколесной тачки, тележки на колесах и деревянного настила. Совершенствование ручного долота и изобретение водяного колеса. Изобретение конного привода и гидравлического колеса. Конструирование многоковшовой подъемной машины с гидравлическим верхнебойным колесом. Рождение идеи поршневого насоса. Решающее значение для проветривания шахт приобретают нагнетающие и всасывающие меха, заимствованные из металлургии. Рождается идея вентилятора. Совершенствуются процессы дробления, грохочения, размалывания, промывки. Изобретен способ обогащения при помощи восстающей струи воды и наклонных желобов.  
Зарождение мануфактур Западная Европа
Появление первых горных графических документов: эскизы, перспективное изображение земной поверхности и горизонтальные проекции горных выработок. Появление чертежей в масштабе 1:200; 1:2000 с ориентировкой по странам света. Самостоятельное значение приобретают вертикальные разрезы  
1556 г. Издание «О горном деле и металлургии» – энциклопедии горного промысла Г. Агрикола
1560 г. Изобретение подвесного компаса и полукруга. Изобретение винкельвайзера (указателя грузов); для нивелирования используются две рейки, превышение определяется как разность отсчетов по рейкам В. Ямнитцер
1574 г. Издано руководство по земледелию и маркшейдерии с описанием квадрата для измерения вертикальных углов и компаса с диоптрами, решение задачи определения глубины шахт по таблицам тангенсов. Г. Агрикола
1600-1700 гг. Для поддержания очистного пространства применяется деревянная крепь, оставляются целики. Выработанное пространство закладывается пустой породой. Разработка гнездовых руд, залегающих на небольшой глубине, производится в зимнее время без крепления. Урал (Россия)
1627 г. Первое применение пороха для взрывных работ Рудник Банская Штявница (Словакия)
1631 г. Первый сыродутый железоделательный завод Урал (Россия)
  Широкое использование пороха. Годовой расход пороха - 500-600 пудов (Россия) Чехословакия, Австрия, Саксония, Англия, Россия (Алтай, Урал)
1686 г. Издание книги «Подземная геометрия или маркшейдерское искусство» Н. Фогтейль
1690-1710 гг. На Пермских соляных промыслах проходят шахты глубиной 100 м. Рассол добывается через рассольно-подъемные трубы, имеющие трехступенчатую конструкцию. Пермь (Россия)
1698 г. Патент на водоотливную установку с использованием пара. Севери (Англия)
1700 г. Указом Петра I от 24.08.1700 г. утвержден «Приказ рудокопных дел» Россия
1702-1716 гг. Создание первых горнозаводских школ и училищ Фрайнберг (Германия), Невьянск (Россия), Чехия
Конец ХVII – начало ХVIII вв. Изобретение четырехколесных тачек-вагонеток и деревянных рельс–брусьев. Изобретение группового колеса с ребордами и железных рельс. Возникновение идеи бесконечной откатки и воздушно-канатной дороги. Изобретение штангового бурения: диаметр скважины 36 см, глубина 180 м.  
1702 г. Издание работы «Друг рудокопа». Машина Севери обеспечивала подъем воды на 70 м. Севери (Англия)
1705-1711 гг. Изобретение паро-атмосферной машины. Использована на угольном руднике в Варвикшире Ньюкомен (Англия)
1721 г. Открытие залежей угля на Дону Г. Капустин (Россия)
1722 г. Применение машины Нью-Комена на рудниках Словакия
1734 г. Разработан «Заводской устав» В.Н. Татищев (Россия)
1738 г. Издание книги «Краткое руководство к познанию простых и сложных машин» Г. Крафт (Россия)
1734-1754 гг. Открытие залежей угля в Кузбассе и Усть-Каменогорске  
1777 г. Издание книги «Подземная геометрия» А. Мартов (Россия)
1744-1750 гг. Издание первых учебников по маркшейдерии И. Югель (Германия), Ф.В. фон Опель
1761-1763 гг. Издание труда «Первые основания металлургии или рудных дел». Россия вышла на первое место в мире по выплавке черного металла М.В. Ломоносов (Россия)
1760-1780 гг. Создание первых высших учебных горных заведений Прага (Чехия), Фрайнберг (Германия), Шемниц (Германия), Берлин (Германия), Петербург (Россия), Клаустале, Мадрид (Испания), Париж (Франция)
1780 гг. Разработана первая маркшейдерская инструкция Рур (Германия)
1760-1780 гг. Совершенствование систем разработки: почвоуступный забой, потолкоуступный забой; камерные системы при разработке пологих угольных пластов с оставлением межкамерных целиков; система разработки короткими столбами. Потери в целиках превышали 30% запасов угля. Изобретение первых специальных способов проходки – забивная крепь при пересечении плывунов. Англия, Германия
  Изобретение сводчатого каменного крепления выработок Алтай (Россия)
1760 г. Издание труда «Обстоятельное наставление рудному делу» И. Шлаттер (Россия)
1763 г. Описание принципа действия паровой машины И.И. Ползунов (Россия)
1763-1765 гг. Строительство гидравлических установок К.Д. Фролов (Змеиногорский рудник, Алтай)
1765 г. Построена первая паровая машина для заводских нужд И.И. Ползунов (Урал, Россия)
1773 г. Издание книги «Руководство по горному искусству» с подробным изложением техники и схем водоотлива шахт Делиус
1775 г. Построена паровая машина для водоподъема Уатт (Англия)
1784 г. Изобретен универсальный паровой двигатель. Совершенствование насосов: увеличение размеров, совершенствование клапанов, применение чугунных труб (подъем до 60 м каждым насосным ставом). Применение гидравлического колеса, ручных насосов, использование лошадей и быков в качестве тяговой силы Уатт (Англия)
1798 г. Разработана конструкция теодолита Г.К. Брайт-Гаупт (Германия)
1800-1900 гг. Преобразование мануфактур в промышленные отрасли хозяйства  
1800 г. Выполнено барометрическое нивелирование всех штолен в Руре Рур (Германия)
1805 г. Издание учебника по маркшейдерскому искусству «Практическая подземная геометрия» А.И. Максимович (Россия)
1800-1810 гг. Высказана идея создания ударного перфоратора  
1811 г. Разработана конструкция нивелира И.Г. Штудер (Германия)
1815 г. Первая попытка бурения с промывкой скважин Европа
1815 г. Изобретение шахтной лампы ДэВи Дэви (Англия)
1825 г. Начато издание «Горного журнала» Россия
1820-1830 гг. Изобретение канатного бурения. Создание буровых станков Европа, Китай
1830 г. Изобретение огнепроводного шнура  
1832 г. Изобретение центробежного вентилятора А.А. Саблуков (Россия)
1836 г. Пройден первый подземный теодолитный ход Германия
1839 г. Изобретение кессонного метода проходки шахт Триже (Франция)
1830-1840 гг. Конструируется подъем с применением клетей, металлических канатов, парашютов  
1840 г. Изобретена машина для изготовления проволочных канатов Словакия
1843 г. Издание книги «Курс горного искусства» И.А. Узатис (Россия)
1844 г. Высказана идея о добыче нефти с помощью скважин Ф.А. Семенов (Россия)
1844-1848 гг. Изобретение ударного штангового бурения (глубина скважин – 1300 м)  
1847 г. Издание «Курса маркшейдерского искусства». Разработка теодолитной маркшейдерской съемки П.А. Олышев (Россия)
1846 г. Разработан двухкамерный вентилятор вертикального типа с 92-мя парами клапанов, с диаметром поршня 5,5 м производительностью 1300 м³/мин  
1848 г. Пройдена первая нефтяная скважина Баку
1850 г. Изобретение откаточной машины непрерывного действия, щековой и волновой дробилок  
1840-1850 гг. Изобретение камерно-столбовой и столбовой систем разработки Россия
1847-1886 гг. Издание трудов с описанием новых способов съемок горных выработок П.А. Олышев (Россия), Ю.Л. Вайсберг (Германия), Э. Борхес, Г.А. Тиме (Россия), О. Братгун (Германия)
1847 г. Изобретен нитроглицерин  
1854 г. Изобретение и изготовление взрывчатого вещества на базе нитроглицерина Н.Н. Зинин, В.Ф. Петрушевский (Россия)
1860 г. Издание курса по рудничному подъему «Аналитический вывод отношения между напряжением двигателя и сопротивлениями, действующими на вал рудоподъемного устройства» П.А. Олышев (Россия)
1861 г. Изобретена металлическая забивная крепь Рур (Германия)
1862 г Разработан перфоратор с полым буром и алмазной коронкой  
1864 г. Изобретение детонатора А. Нобель (Швеция)
1867 г. Изобретение динамита А. Нобель (Швеция)
1871 г. Первый опыт бурения с использованием паровой машины Г.Д. Романовский (Россия)
1860-1870 гг. Разработан насос с паровой машиной прямого действия  
1876 г. Издана работа «Практическое руководство по горному искусству» с изложением идеи врубовой машины с использованием принципа сверления Г. Андре (Англия)
1875 г Испытания врубовой машины Донбасс (Россия)
1875 г Изобретение аммиачно-холодильной машины  
1873-1890 гг. Начало концентрации горнопромышленных комплексов. Создание монополий. Металлургическое производство выделяется в самостоятельную отрасль промышленности. Горное производство структурируется как сырьевой и рудоподготовительный комплекс Мировая тенденция
1878 г. Изобретение способа очистки скважин от шлама Н. Соколовский (Россия)
1879 г. Изобретение электробурильного молотка  
1880 г. Издание курса горного искусства «Справочная книга для горных инженеров и техников по горной части» Г.Я. Дорошенко (Россия)
1883 г. Изобретен метод замораживания при проходке горных выработок  
1889 г. Издание книги «Проволочные канаты в теории и горной практике», в которой установлено соотношение диаметров барабана подъемной машины К.Ю. Мельковский (Россия)
1880-1900 гг. Изобретение турбины. Появление двигателя внутреннего сгорания. Изобретение электрогенератора и электромотора.Зарождается нефтяная индустрия. Развивается машиностроение. Создана машина для проходки горизонтальных горных выработок. Изобретение аккумуляторной лампы и центробежного насоса. Изобретение перфораторов молоткового и вращательного типа. Изобретение концентрационного стола для обогащения мелкого материала.  
  Изобретение гравитационного метода обогащения углей В.А. Гуськов (Россия)
1899 г. Разработка теории алмазного бурения: «Разведка в очень твердых породах с помощью алмазного бурения» С.Г. Войслав (Россия)
1880-1915 гг. Производство систематических магнитных съемок, создается магнитометрия  
1894 г. Изобретение электроподъемника Германия
1900-1930 гг. Широкое применение сплошной системы отработки маломощных угольных пластов. Изобретение системы разработки подэтажными штреками  
1906 г. Изобретение ленточного транспортера Сетклиф (Германия)
1903 г. Издание книги «Давление горных пород и рудничное крепление» М.М. Протодьяконов
1910-1914 гг. Изобретение системы разработки подэтажного и этажного обрушения  
1914 г. Издание книги «Практический курс горного искусства» Б.И. Бокий (Россия)
1915 г. Издание книги «Теория и расчет рудничного гармонического подъема» М.М. Федоров (Россия)
1901-1932 гг. Выдвинута идея и разработана теория геометризации формы, свойства и качества полезных ископаемых в недрах. Разработана теория геохимического поля П.К. Соболевский (Россия)
1900-1950 гг. Становление горной науки. Формирование самостоятельных научно-технических направлений: разведка месторождений полезных ископаемых, проектирование, вскрытие и системы отработки, проходка и крепление горных выработок, механизация, водоотлив, вентиляция, освещение, разрушение горных пород, обогащение, горная механика, геометрия недр, рудничный транспорт. Мировая тенденция
1960-1980 гг. Становление научного направления «Физика горных пород и процессов» В.В. Ржевский (Россия)
Становление научного направления «Проблемы комплексного освоения недр» Н.В. Мельников, М.И. Агошков, К.Н. Трубецкой
Развитие горного машиностроения, создание моделей мощного горнотранспортного оборудования  
1960 г Начало развития АСУТП в переделе обогащения и диспетчеризации в горном производстве  
1970 г. Теоретические проработки по модифицированию геофизических методов разведки для решения задач горного производства  
1980 г. Промышленное освоение геофизических методов в практике горного производства в системе АСУТП и контроля за технологическими процессами. Обострение проблем горной экологии, рекультивации  
1990 г. Широкое внедрение ЭВМ и ПЭВМ на горных предприятиях на базе стандартизированных программ  
1993-2000 гг. Промышленный кризис в России и странах СНГ  
Начало ХХI века Возникла проблема обеспеченности минеральным сырьем промышленного комплекса планеты  

 

А.В. Гальянов,
доктор технических наук, профессор, Уральский государственный горный университет,
г. Екатеринбург

 


 
Дорогие читатели! Вы можете прокомментировать данный материал. Интересные идеи, непредвзятые точки зрения и конструктивные замечания - приветствуются.
Информация
Нет информации о выставках на ближайшие 30 дней

Выставки и форумы одной строкой

Дата проведения: 17.10.2017 - 19.10.2017. 10-я специализированная выставка «Горное дело: Технол... далее
Дата проведения: 12.09.2017 - 15.09.2017. 13-я Международная выставка и конференция по о... далее
Дата проведения: 23.05.2017 - 24.05.2017. XIV Всероссийский Конгресс «Государственн... далее

Котировки

Курсы Валют  Дата ЦБ РФ
LME - Лондонская биржа цветных металлов цены ($/тн):
 

Подписка на новости

Подпишитесь на новости. Введите Ваш e-mail

Подписка на RSS канал

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter