История горного и взрывного дела. Хрестоматия

ской Академии наук в Санкт-Петербурге была напечатана монография М. В. Ломоносова «Первые основания металлургии или рудных дел».

Берг-коллегия просуществовала с 1719 по 1806 гг., затем была упразднена, и в составе Министерства финансов был учрежден Горный департамент. Первым президентом Берг-коллегии был Яков Велимович Брюс – видный государствен-

ный деятель эпохи Петра I, принимавший активное участие в реализации всех его реформ, генералфельдмаршал.

Становление и выделение отдельных дисциплин горной науки в конце XIX–XX вв. Горная наука родилась в недрах производства и первоначально выступала как свод правил по организации горных дел. В этот период она называлась горным искусством. Горное искусство не имело четко определенного предмета исследований, оно вбирало в себя относительно небольшой запас знаний о геологии, разведке, горной геометрии, горной механике, способах извлечения и обогащения полезных ископаемых. Процессу становления и выделения отдельных дисциплин горной науки в конце XIX–XX вв. способствовали капитальные научные работы в области вскрытия и систем

А. А. Скочинского, обогащения полезных ископаемых – Г. Я. Дорошенко, подземной газификации угля – Д. И. Менделеева. В области открытых горных работ необходимо отметить заслуги таких выдающихся ученых, как А. П. Зотов – создатель первого в мире учебника для вузов «Разработка полезных ископаемых открытым способом», Б. П. Боголюбов – основатель научной школы по разработке рудных месторождений открытым способом, Е. Ф. Шешко – основатель научной школы по отрытой разработке угольных месторождений,

Н.В. Мельников – академик АН СССР, В. В. Ржевский – академик, ректор МГИ, автор ряда учебников по открытым работам и многих других.

Объектом изучения горной науки являются недра Земли, ее полезные ископаемые. Цель горной науки, по определению академика

Н.В. Мельникова, раскрыть закономерности и научно объяснить явления и процессы, происходящие при разработке полезных ископаемых, для коренного совершенствования техники и экономики горного производства. Потребности горнодобывающей промышленности определяют целевую установку и практическую направленность горнотехнических наук, которые призваны разрабатывать знания о путях, методах и средствах эффективного и безопасного извлечения полезных ископаемых из недр Земли.

Вклад советских ученых в развитие мировой горной науки. В СССР развитием идей безопасной угледобычи занимался академик Александр Александрович Скочинский (1874–1960 гг.). Он широко известен как крупнейший ученый в области рудничной аэрологии и смежных с нею дисциплин, связанных с вопросами безопасности ра-

72

бот. Под руководством Скочинского была разработана теория структуры вентиляционной струи, позволившая понять физикомеханическую природу процесса вымывания вредных примесей из горных выработок, в том числе метана. По инициативе и под руководством Скочинского на протяжении многих лет проводились исследования аэродинамического сопротивления горных выработок и выяснение взаимовлияющих факторов, обусловливающих его. Эти исследования привели к выявлению законов сопротивления движению воздуха при различных видах крепи и наличии в выработках транспортного оборудования. В результате исследований для различных условий был определен коэффициент аэродинамического сопротивления α столь необходимый для проектирования вентиляции шахт.

На основании экспериментально определенного коэффициента аэродинамического сопротивления, начиная с 1970-х гг., было разработано множество программных комплексов по решению задач вентиляции на действующих и проектируемых шахтах и рудниках. Эта работа продолжается и в настоящее время (программные комплексы «Вентиляция», «Ударная волна»).

Развитие идей А. А. Скочинского его учениками и последователями привело к установлению фундаментальных закономерностей изменения метаноносности угольных пластов с глубиной их залегания и фундаментально-прикладных основ прогнозирования и управления газовыделениями в шахтах и рудниках. Однако развал угольной отрасли, нашей страны начавшийся в 1980-х гг., привел к тому, что в настоящее время не все разработки прошлых лет используются в полной мере. Так, процессы, происходившие в отрасли во время перестройки, нанесли ущерб безо-пасности горных работ. На шахте им. Л. Д. Шевякова (Томуссинская 5/6), некоторое время даже не было второго запасного выхода, требуемого действующими правилами безопасности, что привело к трагедии в декабре 1992 г., когда погибли 25 горняков. Контроль со стороны государства в то время практически отсутствовал.

Весомый вклад в развитие горной науки в нашей стране внесли и другие горные инженеры и ученые. Назовем лишь наиболее выдающихся из них.

Академик Александр Митрофанович Терпигорев создал новое научное направление – механизацию горных работ.

73

Он организовал изучение физи- ко-механических свойств горных пород и углей и первым начал работы по изучению процессов резания углей и пород, развившиеся затем в техническую дисциплину, помогающую конструировать горные машины и механизмы. А. М. Терпигорев вместе с учениками разработали классификацию горных машин, определили наиболее целесообразные условия их применения. Основной идеей академика Терпигорева было создание научных основ выбора комплекса оборудования для эффективной добычи угля в различных горно-геологических и технических условиях.

Академик Лев Дмитриевич Шевяков (1889–1963 гг.) является крупнейшим советским ученым и создателем теории проектирования шахт на основе исследования методами математического анализа зависимостей между природными, тех- нико-организационными и экономическими параметрами разработки месторождений, а также основоположником научной школы в этой области. Под его руководством в Институте горного дела были проведены такие работы, как обобщение мирового опыта разработки мощных угольных пластов, создание прогрессивных методов разработки угольных пластов Кузбасса, развитие открытого способа разработки месторождений в СССР, усовершенствование методов водопонижения при разработке месторождений со сложными геологическими условиями, проходка горных выработок специальными способами и др.

Григорий Ильич Маньковский – выдающийся горный инженер и ученый, сферой его деятельности было шахтное строительство: проходка стволов шахт бурением и другими специальными способами, а также разработка месторождений в сложных гидрогеологических условиях (замораживание и химическое закрепление горных пород, водопонижение).

Игорь Николаевич Плаксин (1900–1967 гг.) – горный инженер, доктор технических наук, член-корреспондент Академии наук СССР,

один из основоположников современной теории гидрометаллургии и

74

обогащения полезных ископаемых. Он разработал теорию взаимодействия газов с минералами при флотации.

Евгений Фомич Шешко (1901– 1961 гг.) внес большой вклад в становление и развитие открытого способа разработки месторождений угля и руд. Он является основоположником научной школы в области открытой разработки месторождений полезных ископаемых.

Михаил Михайлович Протодъяконов (1874–1930 гг.) широко известен в нашей стране как создатель шкалы относительной крепости горных пород, теории давлении горных пород на рудничную крепь горных выработок, а также разработки научных основ нормирования труда в горной промышленности.

Николай Васильевич Мельников – академик Академии наук СССР, Герой Социалистического труда, внес большой вклад в создание советской научной школы в области комплексного освоения недр Земли. Под его руководством были разработаны новые промышленные методы использования взрывчатых веществ для горных работ, выполнены исследования по оптимальному проектированию горнодобывающих предприятий, прогнозированию добычи полезных ископаемых, комплексной механизации карьеров.

Развитие горно-технического образования в России. Горно-техническое образование и горная наука в нашей стране получили развитие еще во времена М. В Ломоносова. Более 250 лет суще-

ствования насчитывает школа горного дела в Нижнем Тагиле, более 220 лет – в Екатеринбурге. 21 октября 1773 г. в Петербурге по указу

75

Екатерины II для подготовки специалистов по добыче полезных ископаемых, металлургии и металлообработке было открыто первое в России (и второе в мире) высшее техническое учебное заведение – Горное училище (ныне Санкт-Петербург-ский государственный горный институт им. Г. В. Плеханова (технический университет). За время своего существования он дал Родине 111 членов Академии наук СССР и Российской АН.

Всвязи с бурным развитием каменноугольной и металлургической промышленности на Юге России в 1899 г. было открыто Екатеринославское высшее горное училище (ныне – Днепропетровский горный институт), а в 1907 г. – горные факультеты в Донецком политехническом институте и в Томском технологическом институте.

В1917 г. первых студентов принял Уральский горный институт Императора Николая II (ныне – Уральский государственный горный университет). Несколько позже была создана Московская горная академия, на базе которой впоследствии организовался Московский горный институт.

Высшее горное образование на Дальнем Востоке получило свое развитие в 1989 г. с момента образования высшего политехникума,

всоставе которого было горное отделение.

Вистории горно-технического образования нетрудно увидеть уже давно наметившуюся дифференциацию специальности горного инженера. Ведь долгие годы бытовало мнение о том, что образование горного инженера является широким (в известном смысле – энциклопедическим, в области геологии и техники) и достаточно глубоким, позволяющим горным инженерам справляться с управлением сложным комплексным хозяйством (например, в начале XX столетия

внашей стране горным инженерам было даже предоставлено юридическое право ответственности за строительство гражданских сооружений!). Поэтому еще в середине ХIX в. геология и разведка, разработка месторождений и металлургия являлись общей специальностью горного инженера, а специализация часто определялась только его последующим производственным опытом. И еще в начале ХХ в. горная наука была единой и нерасчлененной. Технология разработки полезных ископаемых называлась горным искусством. Однако бурное развитие процессов горного производства диктовало необходимость широкого использования естественных и технических знаний. В русле потребностей времени произошла дифференциация горного искусства на ряд горно-технических наук: технология подземной разработки ме-

76

сторождений, технология открытых горных работ, маркшейдерское дело, рудничная вентиляция, буровзрывные работы, рудничный транспорт, геомеханика, а подготовка специалистов по всем этим направлениям стала вестись отдельно.

Особенно активно внедрялась подобная специализация при подготовке горных инженеров в вузах нашей страны после Октябрьской революции. В 1920-е гг. выделяются специальности по разработке пластовых и отдельно рудных месторождений, обогащению полезных ископаемых, маркшейдерскому искусству, в 1930-х гг. появляются механическая и электромеханическая, шахтостроительная и экономическая специальности. Несколько позже организуется подготовка специалистов по горному машиностроению. Начиная с 1940-х гг., специальность «Разработка месторождений полезных ископаемых» разделяется еще и по способам – подземному и открытому. Наконец, в специализацию горных инженеров были введены дополнительные изменения, обусловленные веяниями времени: подготовка горного инженераэлектромеханика стала вестись специализированно по профилям горного инженера-механика и горного инженера-электрика, в отдельных институтах вводится новая специализация горного инженера-физика.

Еще более интенсивно процесс дифференциации горного искусства продолжает развиваться в настоящее время. Классификация современных горно-технических наук основывается на объекте их исследования. Исходя из этого, можно выделить группы горно-технических наук, изучающих: физические свойства горных пород массива при разработке месторождения; законы разрушения горных пород и энергетические затраты на их разрушение; машины и механизмы для разработки месторождений; методы управления машинами; экономические и экологические результаты разработки.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что интенсивное развитие угольной и горнорудной промышленности в наши дни потребовало организации целого ряда горнотехнических учебных заведений, многие из которых находятся непосредственно в горнопромышленных районах. Горные институты имеют постоянную тесную связь с производством и оказывают влияние на технический прогресс промышленности.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ МИРОВОЙ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Классификация основных групп отраслей в горной промышленности. В горной промышленности выделяются основные группы отраслей:

1)минерального энергетического сырья (нефтяная промышленность, газовая промышленность, угольная промышленность, торфяная промышленность, сланцевая промышленность, урановая промышленность, геотермия);

2)руд черных и легирующих металлов (железорудная промышленность, марганцево-рудная промышленность, хромовая промышленность, вольфрамовая промышленность, молибденовая промышленность, ванадиевая);

3)руд цветных металлов (алюминиевая промышленность, медная промышленность, никелевая промышленность, оловянная промышленность, свинцово-цинковая промышленность, сурьмяная промышленность);

4)горно-химическая промышленность (добыча апатита, калийных солей, нефелина, селитры, серного колчедана, борных руд, фосфатного сырья);

5)нерудного индустриального сырья и строительных материалов – графита, асбеста (асбестовая промышленность), гипса, глины, гранита, доломита, известняка, кварца, каолина, мергеля, мела, полевого шпата;

6)драгоценных и поделочных камней (алмазная промышлен-

ность);

7)гидроминеральная (минеральные подземные воды).

Развитие горной промышленности и размещение ее отраслей по странам и континентам были обусловлены как природными (наличие

внедрах достаточных ресурсов полезных ископаемых нужного качества и др.), так и различными социально-экономическими факторами.

Формирование отраслей мировой горной промышленности

вСредние века и роль промышленного переворота конца XVIII – начала XIX вв. Отрасли горной промышленности начали складываться в XVI–XVIII вв. на базе разложения средневекового ремесла, превращения горняков-ремесленников в наемных рабочих и возникновения капиталистических горных и горно-металлургических мануфактур. Для отдельных отраслей горной промышленности этот про-

78

цесс завершился с развитием капиталистических отношений (конец XVIII – первая половина XIX вв.). Промышленный переворот конца XVIII – начала XIX вв. послужил мощным стимулом к увеличению добычи минерального сырья, включавшего до второй половины XIX в. только твердые полезные ископаемые. А с развитием металлургии повысился спрос на руду и каменный уголь. Еще более крупным потребителем каменного угля стала паровая энергетика. Большое количество каменного угля требовал железнодорожный транспорт. Увеличилась потребность и в благородных металлах.

Все это обусловило быстрое развитие соответствующих отраслей горной промышленности. Среднегодовая мировая добыча продукции горной промышленности возросла в 1860-х гг. до 225,3 млн т по сравнению с 17,3 млн т, которые добывались ежегодно за первые двадцать лет XIX в. В эти годы на долю каменноугольной отрасли приходилось 80–83 % всей продукции горной промышленности. Главенствующее положение в добыче угля и других видов полезных ископаемых занимала Европа. Только на долю Великобритании в 1820-е– 1850-е гг. приходилось в среднем около 65 % мировой добычи каменного угля и оловянной руды, около 50 % – железной, медной и свинцовой руд. В 1860-х–1870-х гг. доля Европы продолжала преобладать в добыче угля, железной, марганцевой, свинцовой и оловянной руд, фосфоритов, самородной серы. В 1870-х гг. благодаря промышленному подъему в странах Центральной Европы и США удельный вес продукции угольной промышленности Великобритании снизился до 52 % мировой добычи угля.

Основные тенденции развития мировой горной промышленности в XIX – начале XX вв. Огромные масштабы использование минерального сырья приобрело на рубеже XIX и XX вв., когда преобладание отдельных видов энергетического сырья вызывало коренные изменения структуры мировой горной промышленности. Так, в XX в. начинает бурно развиваться промышленная добыча нефти и газа. Во многих отраслях горной промышленности резко возрастает концентрация производства, а в промышленно развитых странах создаются крупные монополии горного профиля. Например, в 1893 г. в Германии был образован Рейнско-Вестфальский каменноугольный синдикат, уже в 1910 г. контролировавший 94,5 % добычи рурского угля. В США также быстро монополизировалась горная промышленность, доля которой в мировом масштабе увеличилась с 2,4 % в начале XIX в. до 42 % к началу Первой мировой войны.

79

Расширение спроса на минеральное сырье в условиях обострения конкурентной борьбы обусловило интенсивные поиски новых, более дешевых его источников. Особое внимание монополий промышленно развитых стран привлекали минеральные богатства колониальных и зависимых государств, где было много нетронутых запасов полезных ископаемых и дешевой рабочей силы. В итоге в период, предшествовавший Первой мировой войне (1900–1913 гг.), наметилась тенденция к сокращению доли Европы в добыче традиционных для нее полезных ископаемых. Существенную роль в этом сыграли открытие и освоение новых месторождений марганцевых руд в Индии, фосфоритов – в Северный Африке (Алжир, Тунис), руд цветных металлов – в странах Латинской Америки (Республика Перу, Чили), а также развитие добычи бокситов в США и комплексных медноникелевых руд в Канаде, вовлечение в эксплуатацию крупных месторождений серы на побережье Мексиканского залива.

Усиление противоречий между монополиями США и Западной Европы в области обеспечения источниками минерального сырья в 1920-е–1940-е гг. С середины 1920-х гг., когда обострилась борьба между монополиями стран Запада за перспективные источники сырья и наиболее выгодные сферы приложения капитала, произошло дальнейшее снижение доли Европы в мировой добыче железных руд и руд цветных металлов (медь, свинец, цинк), этот регион окончательно утратил роль крупнейшего поставщика олова и фосфоритов. В это время снизился удельный вес США в добыче руд меди (в связи с развитием меднорудной промышленности в африканских странах) и бокситов в результате освоения американским капиталом крупных месторождений, открытых в 1915 г. в Нидерландской Гвиане (современный Суринам) и в 1917 г. в Британской Гвиане (современная Гайана).

Также на этом этапе существенно возросла в общей продукции горной промышленности доля стран Южной Америки, Азии и Африки. Южная Америка становится крупным поставщиком нефти (главным образом за счет освоения богатых месторождений бассейна озеро Маракайбо в Венесуэле), руд меди, свинца и цинка. Увеличивается удельный вес Азии в добыче угля (активизация эксплуатации месторождений Китайской Народной Республики, Японии, Индии), нефти (месторождения Индонезии, Ирана и Ирака), железной руды (месторождения Индии и Китая), свинцовой руды (месторождения Бирмы), графита (месторождения Кореи).

80