УПРАВЛЕНИЕ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОЙ

 

Лаптевы – русские дворянские роды. Один из них, по сказаниям древних родословцев, происходит от легендарного князя Редеди, потомок которого, Варфоломей Григорьевич Глебов, по прозванию Лапоть, был родоначальником Лаптевых. Борис Тимофеевич Лаптев пожалован в 1634 году вотчиной, за отличие при осаде Смоленска, Николай Симонович Лаптев (умер в 1814 г.) был прокурором юстиц-коллегии. Род Лаптевых внесен в VI часть родословной книги Новгородской губернии. Есть еще 2 рода Лаптевых, восходящих к началу XVII века, и 13 родов позднейшего происхождения.

 

ПОКАРЕВО. АЛФАВИТНЫЙ КАТАЛОГ.

 

 

Общие сведения. Горное дело зародилось в глубокой древности с возникновением человеческого общества и развивалось в тесной связи с его социально-экономической структурой на базе совершенствования орудий производства. Ранние периоды истории горного дела протекали в разных регионах в различное время – наиболее достоверные и ранние по времени археологические источники культур периода каменного века обнаружены в Африке, Европе, Азии, медного и бронзового – в странах Средиземноморья, в Малой Азии, на Балканах и в Альпах, на Урале и в Казахстане, периода железных орудий – в странах античного мира, Малой и Средней Азии, Закавказье, Западной Европе, Китае, Японии. Возникновение горного промысла и ремесла, перерастание их в горную промышленность впервые происходят в странах Переднего Востока, античного мира, Западной Европы и др.

С развитием горного дела росло число широко используемых полезных ископаемых: к нерудному минеральному сырью каменного века добавляются в 7-5 м тыс. до н.э. руды цветных металлов (меди, золота, олова, сурьмы), в 908 вв. до н.э. – железной руды, в античное время и средние века – горючие полезные ископаемые (нефть и уголь), в 20 в. – радиоактивные руды. Известная с древнейших времен разработка полезных ископаемых открытым и шахматным способами дополняется в 1-м тыс. до н.э. технологией добычи посредством буровых скважин, с 50-х гг. 20 в. технологией разработки залежей в морских акваториях (гл. образом на шельфе). В 70-е гг. горное дело перерастает в гигантскую по масштабам и комплексную по содержанию область производства, обеспечивающую свыше 70 % всех потребностей общества в сырье. В мире ежегодно извлекается из недр около 140 млрд. т горной массы, добывается около 30 млрд. т полезных ископаемых, суммарная ежегодная стоимость горной продукции – сотни млрд. руб. Важнейшее место среди минеральных ресурсов занимает топливно-энергетическое минеральное сырье. В античное время в шахтах и каменоломнях в качестве горных орудий применяются простейшие механизмы, появляются первые горные машины, в 16-17 вв. они значительно совершенствуются, с конца 18 в. оснащаются автономным приводом. Научно-техническая революция 20 в. открыла дорогу внедрению в горное дело машин-автоматов и автоматизированных систем.

Эпоха горных орудий составила наиболее протяженный этап истории горного дела. Собирательство каменного сырья предшествовало целенаправленно разработке недр и восходит к раннему палеолиту (2,5 млн. лет – 35 тыс. лет назад). Период характеризуется отбором с поверхности Земли каменных материалов (обломки камней и гальки), которые могли быть применены без какой-либо обработки или после скалывания (олдувайская, ашельсая, мустьерская эпохи) для резания или рубящих действий. Установлено (на территории Европы, Африки и Азии), что в это время наряду с кремнем человек использовал свыше 20 минералов и около десятка горных пород (яшма, обсидиан, роговик и др.).

С эпохами мезолита и неолита связано использование вначале камня (рис. 2), позже рогов животных (рис. 1) в качестве примитивных горных орудий. Аграрная революция, вызванная появлением земледелия и скотоводства, привела к выделению ремесла, в т.ч. по изготовлению каменных орудий. Появляются молоты, кайла, мотыги, кирки, клинья для горных работ.

 

Рис. 1. Роговые орудия древних горняков

 

Формируется древнейшее горное дело как система приемов применения этих орудий: для добычи кремня выкапываются ямы, канавы, ниши в крутых берегах рек и подземные ходы-выработки. Они обнаружены на территории многих стран Европы – Спьен (рис. 2), Обур, Стрепи (Бельгия), Граймс-Грейвс (рис. 3), Сисбери (Великобритания), Мюр-де-Баррес, Шампионьоль (Франция), Ольборг, Хов (Дания), Кварнбю (Швеция), Мальярошдомб (Венгрия), Кшеменки (Польша), Мауэр (Австрия), Красное Село (СССР). Археологические реконструкции показали, что для выемки залежей кремня, обнажающихся на крутых берегах рек, в оврагах и балках, проводились горизонтальные выработки, а применительно к пластам или конкрециям кремня в известняках – вертикальные выработки, вначале в виде котлованообразных ям, а с развитием навыков горных работ – стволов шахтного типа (рис. 4, глубина которых достигла 18 м. Стремление отработать возможно большую площадь залежи приводило к созданию расширений в забойной части и сбойке стволов под землей. Появляются деревянные распорки для крепления.

 

 

Рис. 2. Древние горные выработки в Спьене (Бельгия)

 

Совершенствование обработки камня посредством шлифования, пиления и сверления привело к использованию наряду с кремнем других крепких и абразивных горных пород в качестве исходного сырья (гнейсы, диабазы, жадеит и др.) расширению ассортимента каменных орудий, изготавливаемых в древних специализированных мастерских (о. Рюген в Балтийском море; Кшеменки на территории Польши, Капчагай на территории СССР). Вблизи поселений обычно добывалась глина для керамических изделий.

Первое использование медных минералов (малахит) для изготовления украшений датируется 10-8-м тыс. до н.э. Наиболее ранний пример добычи и плавки медной руды зафиксирован в 7-м тыс. до н.э. (пос. Четал-Хююк в Анатолии). Однако начало распространения медных орудий датируется 6-5-м тыс. до н.э., когда добыча медных руд и изготовление изделий из меди приобретают относительно широкий характер. Наряду с медными рудами добываются золото, руды олова, мышьяка, свинца. С 5-4-го тыс. до н.э. из среды общинников выделяются группы горняков-профессионалов, передававших свой опыт из поколения в поколение. Целые кланы и даже племена могли специализироваться в горном деле.

В начале периода основную массу горных орудий по-прежнему составляли каменные топоры и роговые кайла. С расширением объемов добычи медных руд, усовершенствованием процессов плавки и ковки медные и бронзовые орудия постепенно вытесняют каменные. Появляются из меди и бронзы кирки и клинья. Однако высокая крепость рудных тел значительно затрудняла их выемку с помощью и этих простых орудий. Впервые внедряется способ искусственного ослабления прочности массива с помощью пожога, когда перед плоскостью забоя раскладывали костер, нагретые породы обливали водой, а в образовавшиеся трещины каменными кувалдами забивали деревянные клинья. Затем клинья смачивали, и при разбухании они отрывали породные глыбы от массива (например, Лаврионские рудники в Греции, копи «Миттерберг» в Австрии). Исследование хорошо сохранившихся подземных выработок («Айбунар» и «Рудна-Глава» на Балканском полуострове, «Вади-Эль-Араба» на Синае, Гумешевский рудник на Урале, Зодский рудник в Армении, Калбинские рудники на Алтае и др.) позволяет составить представление о технологии работ в них. Для отбойки пород от массива использовать металлические долота и кайла. Форма подземных выработок, их трасса и протяженность (достигавшая сотен м) повторяли конфигурацию рудного тела. Это вызывало необходимость предохранять выработки от обрушения, что достигалось оставлением целиков, сооружением подпорок из глыб камня, применением деревянных распорок. Для этих же целей кровле горной выработки придавали сводчатую, арочную или остроугольную формы. Проветривание осуществляли посредством специальных дополнительных вертикальных выработок, проходимых на разных уровнях. Для предотвращения затопления шахт ливневыми дождями около ствола строили защитные плотины. Подземные воды собирали в ямы-водосборники, из которых воду вычерпывали кожаными или берестяными ведрами. Освещались горные выработки сжиганием сухого хвороста или лучин, а позднее – с помощью масляных сосудов – ламп. Для спуска и подъема рудокопов в стенке вертикальной выработки оставляли небольшие уступы, применяли также бревна с зарубками или частично обрубленными сучьями. Руду поднимали на поверхность в кожаных сумках, плетеных корзинах и т.п. Для выемки руд из близповерхностных залежей начинают выкапывать ямы и котлованы значительных, размеров, оставляя между ними участки массива пород. Выработки типа карьеров достигали длиной 100 м и более, глубина 20-30 м. Древний медный карьер в урочище Кенгазган (Центральный Казахстан) имел длину до 500 м, ширину до 100 м, глубину до 18 м; на Синайском полуострове древний медный карьер (долина Каринг) представлял собой котлован длиной около 100 м, шириной 10 м, глубиной 9 м. Появляются первые горные чертежи – сохранился древнеегипетский папирус, на котором показана схема шахты по добыче золота (рис. 5).

 

 

Рис. 5. Схема древнеегипетской шахты на папирусе

 

Складываются навыки и приема подготовки руд к плавке, в частности разделение их в водной среде с использованием разности в плотности минералов. Возникает новая область горного дела – обогащение полезных ископаемых. В качестве дробильных орудий начинают использовать каменные молотки, а также цилиндрические песты и терочники. Для измельчения подбирались крупные камни округлой формы (куранты), а также каменные плиты. Для разделения минералов в водной среде вода подавалась даже из удаленных источников, например, в районе древних Миттербергских копей – из горного озера на расстояние в 200 м. В районе древних выработок Джесказганского меднорудного месторождения в Казахстане сохранилась система ям, соединенных арыками между собой для направления потоков весенних вод.

Для выделения рудных минералов измельченную руду ссыпали в деревянные корыта и промывали. На дне осаждались куски тяжелой руды, а с водой выносились более легкие частицы породы.

В самостоятельном направление горного дела выделялась добыча и обработка каменных блоков. Наиболее крупных масштабов это деятельность достигла в Др. Египте при сооружении пирамид. Техника выемки заключалась в оконтуривании отделяемых блоков системой врубов, в которые забивали клинья. Для постройки только одной пирамиды Хеопса (Хуфу) потребовалось 2300 каменных блоков массой от 2 до 15 т каждый. Высокого уровня достигла техника обработки камня – примитивными резцами создавали ровную поверхность. В значительных количествах добывался гипс (о. Крит), лазурит (Бадахшанское месторождение на территории Афганистана), хризолиты, топазы и др. драгоценные камни, минеральные пигменты (аурипигмент, диморфин, гетит, гематит, хантит и др.).

Приобретенные навыки сооружения горных выработок позволили строить подземные системы водоснабжения. Так, колодец Иосифа в Каире состоял из 2 стволов – верхнего (глубина 50 м) и нижнего (40 м), между которыми была создана куполообразная камера с бассейном для воды, вычерпываемой из нижнего ствола. Вода на поверхность подавалась в глиняных сосудах, подвешенных к веревке (т.н. нориях). Документальные свидетельства особенностей горного дела этого периода обнаружены в медных рудниках фараона Тутмоса IV на Синайском полуострове.

Первые письменные сведения по обработке и добыче железной руды связаны с Анатолией и восходят к середине 3-го тыс. до н.э. Там же со 2-го тыс. до н.э. начинается производство серий железных орудий (народ в Малой Азии). В течение последующих нескольких столетий добыча железных руд и выплавка железа не получили широкого распространения. Начавшаяся с 9 в. до н.э. разработка озерных, болотных и луговых залежей железных руд привела к появлению больших серий железных орудий, которые стали вытеснять бронзовые на большей части Евразии. Развитие добычи и выплавки железа привело к крупным сдвигам в производительных силах. Ф. Энгельс характеризует железо в этот период как «… последнее и важнейшее из всех видов сырья, сыгравших революционную роль в истории…». В этот период рабский труд в горном деле постепенно становится основным. Рост объемов производства способствовал освоению новых месторождений железных руд и возникновению железоделательных центров (поселение Хансбери на территории Великобритании, поселение Камп-д^′ Африк на территории Франции и др.). Стимулом к расширению и интенсификации горного дела становится дальнейшее развитие торговой рудой, металлами, солью, мрамором, минеральными красками, драгоценными камнями и др. полезными ископаемыми. Железные молот и кайло становятся основными орудиями горного производства. Железные руды разрабатываются по всем горно-металлургическим районам Старого Света, исключая северо-восточные области Азии и Африку южнее Сахары.

Замена бронзовых и каменных горных орудий на железные позволила усовершенствовать технологию горных работ: возрастают темпы проведения горных выработок, их глубина и протяженность. Замена горняцких бронзовых орудий на железные обусловила рост масштабов добычи полезных ископаемых – руд железа, меди, золота, серебра, свинца, мышьяка, мрамора, каменной соли и др. Начинается добыча нефти: к 7 в. до н.э. относится одно из первых упоминаний (тексты Ашшурбанипала на глиняных таблицах) о колодцах для добычи светлых нефтей; два века спустя Геродот описывает колодезный журавль с мехом вместо ведра для добычи нефти с ее последующим отстаиванием в емкостях в Киссии (Сузиана).

Совершенствование железоделательного производства привело к созданию сложных орудий труда, нашедших применение в горном деле. Развитие горного дела в этот период происходит на фоне возникновений и расцвета античных государств – Др. Греции, Др. Рима и др. стран Средиземноморья. В 6 в. до н.э. складывается объединение древнегреческих естествоиспытателей, так называемая милетская школа, просуществовавшая до 494 г. до н.э. Зарождение в странах античного мира естествознания создало основу для коренного совершенствования средств и способов горных работ, особенно в области разработки железных руд. В еще более широких масштабах разрабатываются руды меди (Кипр, Странджа), золота (о-ва Сифнос и Тасос, Фракция), серебра (Лаврионские рудники, Сифнос, Фракия, Македония, Эпир, Лидия). Практическое применение в горном деле получают геометрические измерения. В этой связи показательно сооружение водопроводного тоннеля дл. 1 км на о. Самос (6 в. до н.э.), когда работы были одновременно начаты с двух сторон скалы и обе партии проходчиков встретились под землей в намеченном месте. Появляются сложные механические приспособления для подъема руды из шахт глубиной свыше 100 м, производятся водоотливные механизмы («Архимедов винт»).

Значительные совершенства достигают работы по добыче золота с использованием водных потоков. Обычно золотоносный песок ссыпали на бараньи шкуры, которые промывали водой, подаваемой по деревянным желобам (Колхида). На территории Испании эти работы по долинам рек Тахо, Дуэро, Миньо и др. приняли глобальный характер: на предварительно расстеленные шкуры обрушивались посредством искусных подкопов огромные объемы горных пород, на которые затем отводились водные потоки от рек. После окончания промывки в обоих случаях шкуры высушивались и сжигались. Остатки горения собирали в корыта и вручную промывали в проточной воде, которая уносила пепел. На дне корыта оставались золотинки. Свинцово-цинковые и другие руды измельчали в каменных ступах (позднее толчеях) с последующей промывкой на каменных «столах» - площадках с параллельными канавками для воды, которая подавались из водоемов «Архимедовым винтом». Появляется первое крупное, дошедшее до наших дней описание и систематизация минералов и полезных ископаемых тел» Плиния, 1 в.). Территория Испании становится одним из главных центров добычи руд в Европе. До наших дней сохранился знаменитый «камень из Линареса» - одно из редчайших произведений искусства римской эпохи, который изображает рудокопов с кайлами на плече перед спуском в шахту.

В 1-м тыс. до н.э. отмечается резкий подъем горного дела и в других регионах Старого Света. Например, в Китае ведется разработка нескольких тысяч месторождений руд железа, меди, олова и др. полезных ископаемых. Для добычи соляных растворов впервые осуществлялось бурение скважин глубиной до 900 м, диаметром 12-15 см (рис. 6).

Развивавшиеся производительные силы требовали увеличения масштабов производства и потребления. Экономический кризис перерастает в социальный и приводит к распаду рабовладельческого строя на территории Европы в первых веках н.э. Горное дело с крушением могущественной Римской империи в течение нескольких веков переживает глубокий кризис.

С формированием феодальных отношений и выделением свободных производителей (в т.ч. ремесленников-горняков) связан новый подъем производительных сил. Объемы горного производства расширяются, возобновляются римские разработки в Альпах, в Трансильвании, Северных Балканах, северных районах Европы. С 4-5 вв. разрабатываются угольные месторождения в районе Льежа (Бельгия). В 712 г. начинается добыча железных руд в Штирии. В больших масштабах разрабатываются руды полиметаллов в Богемии, на р. Рейн. С 11 в., в странах Европы стали формироваться крупные города – центры ремесленной деятельности горняков (в Чехии, Саксании,

 

 

Рис. 6. Бурение скважин в Китае

Франции и др.). Жители этих городов добывали руду для выплавки железа, золото и серебро для чеканки монет, каменную соль и др. Города добиваются от феодалов т.н. горных свобод, а правила ведения горных работ закрепляются спец. законодательством – горным правом (впервые в 1249 для чешского горного города Йиглавы). Резкое повышение производительности труда в горном деле было связано с переходом к особой – цеховой организации рудокопов, которые создают в этот период товарищества по эксплуатации месторождений. Опыт профессиональных объединений в Чехии, Саксонии, Австрии широко распространился в Европе. Деятельность этих товариществ начинает регламентироваться горным правом. Формируются традиции горняков, получающие свое выражение в профессиональных праздниках, парадной одежде (рис. 7).

 

 

Рис. 7. Парадная форма саксонских горняков 18 в.

 

Особое художественное и иллюстративное оформление получают так называемые горные книги. Сборники законодательных актов, касающихся регламентации горных работ (сер. 16 в.), потребовали включения в них красочных иллюстраций, отображающих в то же время правильные методы и способы ведения горных работ. Пример этого – иллюстрации к Швацкой горной книге, выпущенной в 1556 г. Поясняющими рисунками к тексту, описывающему с высокой точностью все рабочие процессы, снабжается созданный первый технический учебник – «Двенадцать книг о горном деле и металлургии» Г. Агриколы. В 13 в. в Зап. Европе начинается подземная добыча каменной соли методом растворения. У средневековых горняков Гарца появляются первые обогатительные машины – прообраз отсадочных. Глубокие корыта разделяли перегородкой, не доходящей до дна, на два отделения; в одном из них вертикально движется плоский поршень, вызывая пульсацию пульпы. Происходит отделение рудного материала (свинца, цинка, серебра) от пустой породы.

Центром добычи золота и серебра в 16 в. становится Южная Америка, где объемы получения этих металлов в 5 раз превышают уровень Европы до открытия Нового Света. В этот период, например, в Мексике для измельчения и истирания руды применялись специальные устройства (арастры), для привода которых использовались мулы. В кольцевых каменных ямах с выпускными отверстиями для измельченной руды дробления осуществлялось огромными обтесанными камнями, прикрепленными цепями к вращающейся крестовине. Позднее для привода арастры стали использовать водяное колесо. Для извлечения серебра начинает широко применяться амальгамация в чугунных ретортах (так называемый американский способ).

Эпоха горных машин связана с возникновением мануфактурного производства, которое в 16-18 вв. стало истоком для научно-технического прогресса в Европе. Под влиянием идей Возрождения наука обращается к практике: ее знаменуют изобретение компаса, пороха, книгопечатания и др. Магнитный компас находит применение в маркшейдерской практике (Германия, 1539), замена огневых работ взрывной отбойкой произвела переворот в горной технологии (рудник «Банска-Штявница», 1627), появляются первые печатные руководства по горному делу. В этот период создаются теория махового колеса и маховых движений, теория желоба, умения о напоре воды, о сопротивлении, трении, изучаются свойства водяного пара и др. Научные разработки нашли отражение и при создании первых горных машин: прототипа подъемной шахтной машины для спуска-подъема груза с использованием цилиндра для навивки каната, бура для разведки недр (известны по рисункам Леонардо да Винчи 1500), водоотливных машин, эрлифта для откачки воды из обводненных шахт, конного ворота для шахтного подъема (рис. 8), диффузоров, флюгеров, примитивных вентиляторов (рис. 9), рудничных вагонеток, маркшейдерских инструментов. Расширяется область применения простейшего гидравлического двигателя – водяного колеса в качестве привода подъемных шахтных лебедок (Великобритания, 17 в.), обогатительных механизмов (толчеи, мельницы, мешалок), сложных устройств шахтного подъема и др. Это позволило сооружать шахты в виде упорядоченной системы горных выработок, придавая им облик крупного производства (рис. 10).

 

 

Рис.8. Система механизмов шахтного подъема с конной тягой

 

 

Рис. 9. Средневековые механизмы для проветривания шахт

 

Вводятся в практику технологические процессы: обжиг руд, рудоразработка по цвету и блеску, амальгамация. Разрабатываются методы распознавания местоположения рудных тел по почвам, растительности, вмещающим породам. В Саксонии, Чехии и др. странах появляются первые горные школы и училища, создаются обобщающие руководства. Наиболее значительное среди них – капитальный труд Г. Агриколы «О горном деле и металлургии…» (1556).

 

 

Рис. 10. Средневековая рудная шахта близ г. Хемниц (Eroberung der Tiefe, 1980)

 

Широкие масштабы на Апшеронском полуострове приобрела добыча нефти при помощи колодцев глубиной 10-15 м, из которых она вычерпывалась кожаными ведрами с использованием конной тяги (описана немецким ученым Э. Кемпфером, 1683). В крупную отрасль горного дела вырастает добыча каменной соли.

исключительную роль в совершенствовании конструкций горных машин сыграло изобретение парового котла (Д. Папен, Великобритания, 1680). Горное дело оказалась такой областью производства, где внедрение парокотельных агрегатов в 18 в. происходило наиболее интенсивно. Так, на рудниках Западной Европы получает распространение пароатмосферная водоподъемная машина (Т. Ньюкомен, Великобритания, 1705), на угольных шахтах близ Льежа применяется паровой насос для водоотлива (1717). Решающее значение имело создание универсального парового двигателя Дж. Уатта в 1774-84 (первая паровая воздуходувная машина сконструирована И.И. Ползуновым в 1763-65). Первую такую машину Дж. Уатт использовал для водоотлива в шахте (1774), позднее паровой двигатель применяется для шахтного подъема (угольная шахта в провинции Эпо, Бельгия, 1809). Паровые двигатели механизируют наиболее трудоемкие процессы на шахтах Великобритании (за что именуются «друг шахтера»). Отличительной особенности периода – появление подземных выработок постоянных сечений, схем рационального их размещения в подземном пространстве, специализация выработок (для водоотлива, вентиляции, спуска-подъема руды, транспортирования и т.п.). Преимущественное распространение получила шахтная разработка месторождений, что объяснялось отсутствием техники для крупномасштабных земляных работ.

Достоверными документами, характеризующими уровень развития горного дела 17-18 вв., стали произведения изобразительного искусства в Западной Европе.

Ведущая в Германии Майсенская мануфактура посвятила целую серию фарфоровых фигурок горнякам как профессиональному сословию, которое, оказывая значительное воздействие на экономику Саксонии.

Качественно новый период в развитии горного дела наступает с налаживанием индустриального выпуска высокопроизводительных горных машин во время промышленного переворота (конец 18 – начало 19 вв.), который характеризовался победой и утверждением капитализма. Основой организации общественного производства стала капиталистическая фабрика, образовались промышленные центры, формируется промышленный пролетариат. Изобретение и применение рабочих машин стало началом перехода от мануфактурного производства к машинному. Возникает машиностроение, которое к 70-м гг. 19 в. превращается в крупную отрасль фабрично-заводского производства (Великобритания), создаются заводы горного машиностроения. Огромный спрос на минеральное сырье со стороны расширяющегося машиностроения превращает горное дело к 70-м гг. 19 в. в крупнейшую отрасль капиталистического хозяйства (среднегодовая добыча свыше 225 млн. т, в т.ч. 187 млн. т каменного угля и 20,5 млн. т железной руды).

С развитием промышленного производства тесно связан процесс развития науки. Научные исследования в области горного дела приводят к созданию основ горной механики (П.А. Олышев, И.А. Тиме), теории горного давления (М.М. Протодьяконов), теоретических основ обогащения полезных ископаемых (Г.Я. Дорошенко и др.). В 1761 патентуется механическое приспособление для подрубания угольного пласта (М. Мензис, Великобритания), Патентуется основная машина для открытого способа разработки – одноковшовый паровой экскаваторов на рельсовом ходу (В. Отис, США, 1834) и дисковая врубовая машина для угольных шахт (С. Воринг, Великобритания, 1852). Внедряются пневматические поршневые перфораторы (Франция, 1861). В 30-х гг. появляются стальные канаты для рудничного подъема и откатки (Германия, 1835), устройства для воздействия на горные предприятия напорной струей воды – водометы («фонтаны», а затем «брызгала» - прообраз гидромониторов, Россия).

В 1860 французский инженер М. Кувре изобрел многоковшовый экскаватор, в 1863 началась добыча золота с помощью драг (Новая Зеландия). В 1864 изготовлена первая цепная (баровая) врубовая машина (Великобритания). Первостепенное значение для совершенствования горной технологии имела замена порохов мощными ВВ – пироксилином, нитроглицерином и, наконец, динамитом (1867). Первая отбойка угля динамитом в ш. «Анна-Мария» (Сев. Вестфалия, Германия) открыла дорогу широкому внедрению взрывных работ в практику горное дело. Благодаря применению динамита стала возможной проходка многокилометровых тоннелей в Альпах – Мон-Сенисского (12 км), Сен-Готарского (15 км), арльбергского (10 км), Симплонского (19 км). Тоннелестроение формируется в самостоятельную отрасль горного дела.

Для подготовки рудного сырья к переработке создаются дробилки различных конструкций: валковые (1806), роторные (1842), щековые (1858), стержневые (1859), конусные (1877), молотковые (1895).

Изобретение во Франции (1844-49) способа бурения свободно падающим инструментом послужило основой увеличения объемов проходки скважин. Начинается скважинная добыча нефти (1859, США; 1864, Россия). В США внедряется глубинно-насосная добыча нефти (1865), а с конца 80-х гг. – роторное бурение на нефть с применением лопастных долот и промывкой глинистым раствором (шт. Луизиана).

Совершенствуется привод горных машин; на смену парокотельным агрегатам приходят электрические двигатели. Использование их в шахтах (Великобритания, 1880) сыграло решающую роль в техническом перевооружении горного производства: создается электрический станок для бурения скальных пород (Германия, 1884) и электродвигатель становится основным приводом буровых механизмов внутришахтного транспорта, вентиляторов, водоотливных установок и др. Значительно усовершенствовался шахтный подъем, для которого наряду с бадьями используют многоэтажные (до 6) клети. Водоотлив из шахт осуществляется насосами с приводом от парового двигателя. Открытый способ разработки применялся в ограниченных масштабах, в основном для добычи природных строительных материалов (глин, известняка, мрамора и др.), бурого угля, торфа, железных руд (главным образом болотных), россыпного золота. В широких масштабах применяется эрлифтная нефтедобыча на нефтепромыслах Баку (с 1894).

В конце 19 – нач. 20 вв. резко увеличивается потребность в полезных ископаемых, выделяются крупные отрасли горнодобывающей промышленности: каменноугольная, железорудная, нефтяная. Новые общественные условия, возникновение крупных капиталистических объединений горного машиностроения приводят к качественным изменениям в горном деле. Значительно совершенствуется буровая техника для проведения нефтяных скважин глубиной до 500 м; появляются станки вращательного бурения с паровым приводом, а также от двигателей внутреннего сгорания. Расширяется применение этих приводов. Например, в 1902 в районе Баку для бурения на нефть использовалось около 42 тыс. паровых машин (суммарной мощностью около 670 тыс. л.с.) и 12 тыс. двигателей внутреннего сгорания (мощностью 240 тыс. л.с.). Улучшаются методы проходки шахтных стволов: появляется способ замораживания. Патентуется первый в мире комбайн для проходки горизонтальных горных выработок (А. Калери, Россия, 1897). Для отбойки угля широко применяются цепные врубовые машины (в 1913 в Великобритании эксплуатировалось около 3 тыс. врубовых машин, в США – 15 тыс.). Развивается механизированная откатка в шахтах тягачами – воздуховозами (США, 1881), электровозами (Германия, 1882). В угольных шахтах появляются конвейеры – скребковые (Великобритания, 1902), ленточные (Великобритания, 1906), качающиеся (Германия, 1906). Появляется электрический шахтный подъем (Германия, 1894). Внедряются шахтные водоотливные установки с центробежными насосами (Испания, 1903).

Выемка угля из маломощных пологих и наклонных пластов привела к значительному совершенствованию сплошной системы разработки, из мощных пластов – системы с закладкой выработанного пространства. На рудных шахтах распространяются системы с подэтажными штреками, а несколько позже – подэтажного и этажного обрушения. Для обогащения угля применяются отсадочные машины, металл из руды извлекается электромагнитным и флотационным способами.

На основе систематизации обширных практических данных и исследований к началу 20 в формируется четкая система знаний по горному делу в виде курса горного искусства (наиболее полный труд – «Практический курс горного искусства» Б.И. Бокия, 1914). Наряду с шахтным способом возрастают объемы открытых горных работ - этому способствуют развитие буровзрывных методов и изготовление паровых экскаваторов (рис. 11).

 

 

Рис. 11. Паровой экскаватор

 

 

Новый этап развития горного дела связан с научно-технической революцией (2-я половина 20 в.) и характеризуется автоматизацией процессов горного производства и массовым применением ЭВМ, созданием системы ГОРНЫХ НАУК. Научно-техническая революция превратила науку в непосредственно производительную силу, привела к внедрению комплексной автоматизации горного производства, контроля и управления основными технологическими процессами, охраны окружающей природной среды от влияния горных работ.

В области подземной разработки твердых полезных ископаемых основным средством механизации выемочных и проходческих работ становятся горные комбайны и самоходное оборудование (при разработке руд). С середины 50-х гг. создаются механизированные крепи, позволившие образовать выемочные комплексы и агрегаты, обеспечивающие механизацию всех основных рабочих процессов в очистном забое. Совершенствуется технология гидравлической добычи угля в шахтах (СССР, с 1935-36). Разрабатываются системы подземной газификации углей с помощью буровых скважин, основанные на бесшахтном методе подготовки подземных газогенераторов (СССР, 1945-48; идея высказана Д.И. Менделеевым в 1888).

Опережающими темпами развивается открытая добыча полезных ископаемых, в которой к 50-м гг. завершился переход к механизированному производству, основанному на внедрении станков пневмоударного, шарошечного и огневого бурения, многорядного короткозамедленного взрывания, нового ассортимента ВВ, машин для заряжания и забойки скважин, мехлопат и драглайнов с большой вместимостью ковша, высокопроизводительных роторных комплексов, электровозов переменного тока и тепловозов, думпкаров высокой грузоподъемности, систем конвейерного транспорта, гидромеханизации. Создаются и совершенствуются циклично-поточная и поточная технологии и техника непрерывного действия.

Высокого технического уровня и степени извлечения полезных компонентов достигает первичная переработка твердых полезных ископаемых, которая ведется на комплексно-механизированной и автоматизированной фабриках способами обогащения полезных ископаемых. Значительно возрастают объемы полезных ископаемых, перерабатываемых на обогатительных фабриках, что связано не только с увеличением масштабов добычи, но и вовлечением в разработку руд с все более уменьшающимися содержаниями полезного компонента. Обогатительные фабрики, расположенные, как правило, вблизи горно-добычных комплексов, тесно связаны с процессами добычи.

Создание горных машин большой единичной мощности и средств автоматики позволяет планировать и осуществлять разработку месторождений по принципу поточного производства. Это прежде всего относится к открытому способу разработки месторождений полезных ископаемых, на долю которого приходится около 40-70 % добычи угля, руд металлов, горно-химического сырья и 100 % нерудных строительных материалов. Шахтным способом разрабатываются залежи на глубинах, недоступных для открытой разработки.

Технология первичной переработки полезных ископаемых совершенствуется в направлении комплексного извлечения полезных компонентов с все более низким их содержанием и переходом на малоотходные и безотходные технологии. Внедряются замкнутые системы водооборота при обогащении полезных ископаемых.

Увеличение объемов открытых горных разработок приводит к уменьшению площади плодородных земель, ухудшению ландшафтов, эрозии почв. Вредные последствия этого ликвидируются путем рекультивации. Повышается качество работ, связанных с уменьшением вредного воздействия горных технологий на окружающую среду, масштабы которого принимают планетарный характер.

 

 

УПРАВЛЕНИЕ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОЙ