Гайко Г.И. История горной техники

Подождите немного. Документ загружается.

Ã.È. Ãàéêî

Èñòîðèÿ ãîðíîé òåõíèêè

Äîíáàññêèé ãîðíî-ìåòàëëóðãè÷åñêèé èíñòèòóò

Рекомендовано Министерством образования и науки Украины

в качестве учебного пособия

для студентов горных специальностей вузов

Àë÷åâñê

2001

УДК 622

Гайко Г.І. Історія гірничої техніки: Навчальний посібник.

- Алчевськ: ДГМІ, 2001. - 134 с.

ISBN 966-7560-28-7

Розглянуто питання еволюції гірничих орудій, машин і технологій та

їх вплив на історичний процес розвитку людства. В хронологічній послідов-

ності наведено багатий фактологічний матеріал щодо створення й впровад-

ження базових зразків гірничої техніки. Надано відомості про становлення

гірничої науки та освіти.

Для студентів гірничих спеціальностей, а також читачів, яких цікав-

лять питання історії техніки.

Рассмотрены вопросы эволюции горных орудий, машин и технологий,

их влияние на исторический процесс развития человечества. В хронологичес-

кой последовательности изложен богатый фактологический материал по со-

зданию и внедрению базовых образцов горной техники. Приведены сведения

о становлении горной науки и образования.

Для студентов горных специальностей, а также читателей, котрых ин-

тересуют вопросы истории техники.

Табл. 2 Іл. 111 Бібліограф. 55

Рецензенти: доктор технічних наук, професор Зборщик М.П.,

(Донецький державний технічний університет);

доктор технічних наук, професор Литвинський Г.Г.,

(Донбаський гірничо-металургійний інститут)

ISBN 966-7560-28-7 © Г.І. Гайко, 2001

«В науке и технике больше, чем в каком-

либо другом институте человечества, необ-

ходимо изучать прошлое для понимания на-

стоящего и господства над природой в буду-

щем».

Дж. Бернал

з всего многообразия видов человечес-

кой деятельности есть один, имеющий

непреходящее значение. Это – деятельность по

обеспечению общества минеральными и энер-

гетическими ресурсами. Разработка недр яв-

ляется основой экономического развития, слу-

жит базой для всех иных отраслей промышлен-

ности.

Горное дело зародилось в глубокой древно-

сти одновременно с возникновением человечес-

кого общества и имеет богатую и славную ис-

торию. Развитие горной техники от эпохи ка-

менных орудий до настоящего времени соста-

вило основное содержание данной книги.

Знания по истории техники находятся в ди-

алектической взаимосвязи с новыми научны-

ми результатами. Лучшее и прогрессивное из

старого переходит в новое и дает ему бóльшие

перспективы. Иногда забытое старое снова

возрождается на новом техническом уровне и

приобретает как бы вторую жизнь, но в дру-

гом, более доскональном виде.

Вопросам истории техники уделяется посто-

янное внимание (особенно в англо- и немецко-

язычной литературе). В бывш. СССР эти воп-

росы рассматривались в основном с обществен-

но-политических позиций и редко затрагивали

непосредственно ход технической эволюции.

История горной техники, несмотря на свой ре-

шающий вклад в развитие технического про-

гресса человечества, остается недостаточно из-

вестной даже в среде горных специалистов. В

изданных до настоящего времени работах (став-

ших уже библиографической редкостью) немно-

ПРЕДИСЛОВИЕ

гочисленные данные разрознены, изложены краткими разделами, иног-

да политически заангажированы. Отсутствуют современные издания,

обобщающие и систематизирующие сведения по истории горной тех-

ники.

Автор поставил перед собой цель свести воедино доступную ему ин-

формацию по рассматриваемым вопросам и в научно-популярной фор-

ме изложить ее для студентов горных специальностей вузов.

В гл. 1-3 материал расположен в хронологической последовательно-

сти исторического процесса и охватывает период от эпохи горных ору-

дий до начала 20 в. В гл. 3 рассматривается эволюция отдельных объек-

тов горной техники на протяжении 20 в. Особое внимание уделено пер-

вым изобретениям (прототипам), с которых началось развитие отдель-

ных направлений. Как образно заметил Пифагор: «Начало – половина

целого». Подробно изложены вопросы становления отечественных школ

горной науки, а также создания горных машин для условий Донецкого

каменноугольного бассейна. В гл. 5 рассмотрены условия будущего раз-

вития горной техники, даны прогнозные обобщения.

В книге много цитат. Зачастую сообщения «из первых уст» более эмо-

циональны, чем «речь от автора» и лучше передают дух рассматри-

ваемой эпохи. Иногда это известные афоризмы ученых, концентрирую-

щие в себе, подобно формулам, целые «пласты» информации. В посо-

бие включены также занимательные, любопытные и малоизвестные фак-

ты, рассчитанные на повышение эрудиции будущих специалистов.

Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность про-

фессорам М.П. Зборщику и Г.Г. Литвинскому за труд по рецензирова-

нию книги и доброжелательные советы, позволившие улучшить подачу

материала. Автор весьма признателен коллективу издательско-полигра-

фического центра ДГМИ «Ладо» за помощь в подготовке рукописи к

изданию.

Трудностями публикаций с привлечением исторического материала

являются достоверность, полнота и критический отбор приводимых ис-

торических фактов. Вполне вероятно, что эти трудности остались не до

конца преодоленными в данной работе, поэтому автор с благодарнос-

тью примет пожелания и критические замечания по существу изложен-

ного ниже материала.

Отзывы просьба направлять по адресу: 94204, г. Алчевск Луганской

обл., пр. Ленина, 16, ДГМИ, каф. СШПС.

«Каждое орудие имеет свою родословную

и ведет свое происхождение от тех орудий,

которыми само это орудие было сделано»

Н. Винер

сновные доисторические эпохи раз

вития человечества определяются по

ведущим рабочим материалам своего времени.

Археологи назвали их: век камня (2 млн. – 6

тыс. лет назад), век меди (четвертое тыс. до

н.э.), век бронзы (конец четвертого начало пер-

вого тыс. до н.э.), век железа (первое тыс. до

н.э.). Схему знаменитой триады веков (век меди

и бронзы обычно объединяют в один) предло-

жил в 1836 г. хранитель коллекций Копенга-

генского археологического музея Христиан

Томсен. Он расположил экспонаты музея со-

гласно своей культурно-хронологической схе-

мы, которая сначала легла в основу его путе-

водителя по музею, а через 40 лет полностью

восторжествовала в исторической науке [1].

Следует отметить, что впервые идея трех

эпох была высказана в философско-поэтичес-

ком виде еще в I в. до н.э. Титом Лукрецием

Каром в его знаменитом труде «О природе ве-

щей» («De rerum natura»):

«Прежде служили оружьем зубы, каменья,

Обломки ветвей от деревьев...

После того была найдена медь

И порода железа».

В том же I в. до н.э. писатель Ханьской ди-

настии Древнего Китая Юн Кан предложил

аналогичное деление древнейшей истории че-

ловечества на эпохи камня, меди и железа [1].

Начало каменного века свидетельствует о

зарождении древнейшего горного дела и со-

впадает по времени с возникновением челове-

Глава 1

ЭПОХА ГОРНЫХ

ОРУДИЙ

Перев. И. Рачинского

ческого общества. По данным археологов первые «настоящие люди»

появились около 2 млн. лет назад в южных и восточных областях афри-

канского континента [2]. Им дали латинское название Homo habilis («че-

ловек умелый»). Эти первобытные люди умели дробить и заострять куски

камня, чтобы использовать их в качестве орудий. Разбитые и обрабо-

танные камни были найдены в тех же местах, что и останки Homo habilis.

Около полутора млн. лет назад появился другой вид гоминидов – Homo

erectus («человек прямоходящий»). Рядом с останками этих людей были

найдены новые виды каменных орудий – двусторонние ручные рубила (би-

факсы). Такой инструмент представлял собой плоский булыжник или боль-

шой осколок камня, тщательно обработанный с двух сторон так, чтобы у

него были правильная форма и острые края. Здесь также находили отбой-

ники – орудия, которые использовали для раскалывания других камней.

Homo erectus изобрел способ добывания огня и умел им пользоваться.

Человек современного вида Homo sapiens («человек разумный») появился

около 40 тыс. лет назад, имея уже значительный набор каменных ору-

дий. Поиск каменного сырья, его обработку и изготовление орудий Ф.

Энгельс считал важнейшим этапом в становлении Homo sapiens. В за-

мечательном произведении «Диалектика природы» он отмечает, что «ра-

зум человека развивался соответственно тому, как человек научался из-

менять природу». Сегодня можно по разному относиться к трудовой

теории происхождения человека,

однако нельзя не заметить, что воз-

никновение человеческого обще-

ства и развитие горного дела на-

ходились в тесной взаимосвязи,

причем древнейшее горное дело,

по-видимому, сыграло роль свое-

образного катализатора процесса

человеческой эволюции (т.н. гене-

зис техники и разумного человека) [3].

Наиболее протяженный этап

развития горного дела составила

т.н. эпоха горных орудий [4]. Из-

начально целенаправленной раз-

работке недр предшествовал дли-

тельный период собирательства

каменного сырья (2 млн. – 35 тыс.

лет назад). Этот период характе-

ризуется отбором с поверхности

Земли каменных материалов

(рис.1.1, а), которые могли быть

Рис. 1.1 Этапы развития добычи кремня:

а – собирательство; б – выкапывание с

поверхности; в – выкапывние с помощью

ям; г – уступная разработка

применены непосредственно или после несложной обработки для ре-

зания или рубящих действий. Установлено, что наряду с доминиру-

ющим кремнем человек использовал в этот период около десятка гор-

ных пород (яшма, обсидан, сланец, кварцит, доломит и др.), а также

минеральные краски (охры). Собрание кремневого материала на про-

тяжении палеолита привело к заметному истощению поверхностных

залежей качественного кремня, поэтому в эпоху мезолита и неолита

собирательство постепенно сменяется целенаправленной добычей с

некоторой глубины (рис. 1.1, б-г).

В это время в качестве примитивных горных орудий используются

вначале камень (рис. 1.2), позже – роговые орудия (рис. 1.3). Возникно-

вение земледелия и скотоводства (около 10 тыс. лет назад) привело к

выделению ремесла по изготовлению каменных орудий. Появляются

молоты, топоры, кайла, мотыги, кирки, клинья для горных работ (рис.

1.4), формируется система приемов применения этих орудий. Археоло-

гические реконструкции [5] показали, что для выемки залежей кремня,

обнажающихся в оврагах и балках, проводились горизонтальные вы-

работки (рис. 1.5), а применительно к пластам или конкрециям – верти-

кальные выработки в виде котлованов, а позже – стволов шахтного типа

(рис. 1.6). Желание отработать максимальную площадь залежи приво-

дило к созданию расширений в забойной части и сбойке стволов под

землей, что потребовало применения деревянных распорок для предот-

вращения обрушения горных пород.

Рис. 1.2 Первые каменные орудия

для добычи кремня

Рис. 1.3. Роговые орудия древних землекопов

Возможность обра-

ботки камня посредством

пиления и сверления при-

вела к использованию в

качестве исходного сы-

рья крепких и абразив-

ных горных пород (гней-

сы, диабазы), а также не-

фрита. Древнейшие свер-

ла представляли собой

деревянные стержни с

закрепленными на кон-

цах каменными наконеч-

никами. Позже пришло

умение сверлить камень

трубчатой пустотелой

костью животного. Про-

цессу сверления научи-

лись помогать песком и

водой. Это был прообраз

вращательного бурения

пород пустотелым ци-

линдром с подводом по-

рошка твердого минера-

ла. Археологам удалось

обнаружить при раскоп-

ках древних камнеобра-

батывающих мастерских

(Кшеменки на терр.

Польши, Капчагай на терр. бывш. СССР) оторванные столбики (кер-

ны) пробуренного камня [6].

Среди находок неолита есть каменные ломы из глинистого сланца.

Ими можно было разрабатывать только глины. Глина, как и камень, –

наиболее доступный дар земли. Вода помогла человеку понять ее плас-

тические свойства, а огонь обжигал глину, придавая необходимую проч-

ность керамическим изделиям. Рядом с глиняными карьерами возника-

ет простейший гончарный промысел. Осколки глиняной посуды нахо-

дят в древних поселениях, датируемых восьмым тысячелетием до н.э.

Пользуясь глинами, железной охрой и киноварью, человек ачинает про-

цесс зарождения искусства, познает созданную своей же рукой художе-

ственную красоту.

В начале четвертого тыс. до н.э. (что, конечно же, весьма условно)

Рис. 1.4 Каменные орудия древних горняков

каменный век сменяется медным. Спор о прародине металла имеет дав-

нюю историю. Выдающийся шведский археолог Монтелиус приписы-

вал открытие металлургии меди давно исчезнувшим шумерам (юг со-

временного Ирака), француз Навиль – легендарным хамитам Южной

Аравии, О’Лери доказывал, что честь первооткрывателей металла при-

надлежит армяноидной расе, жившей вокруг горы Арарат [1]. И все же

самые древние украшения из меди были обнаружены при раскопках нео-

литического «города» Чатал-Хююк в Анатолии (современная Турция)

и датируются шестым тыс. до н.э. Однако от первых медных бусинок и

иголок до разработки руд и изготовления медных орудий лежал путь

длиной в тысячелетия.

Что же привлекало людей в меди? Каков был механический эффект

нового рабочего материала? Ответить на эти вопросы во многом по-

Рис. 1.6 Добыча кремня в вертикальных выработках

Рис. 1.5 Добыча кремня

в горизонтальных выработках

могли эксперименты д-ра ист. наук С.А. Семенова (Институт археоло-

гии АН бывш. СССР), которые касались моделирования древних про-

изводственных процессов изготовления и использования орудий [7].

Сравнительные эксперименты по рабочей эффективности каменных и

медных орудий показали следующее. «Молодой человек, вооруженный

двумя топорами – каменным и медным, рубил две сосны диаметром 25

см, росшие в анчарской тайге. Непрерывно орудуя каменным топором

в течение 75 минут, лесоруб свалил сосну. После короткого отдыха в

соседнюю сосну уже вонзился медный топор. Это дерево упало через 25

минут. Медный топор оказался эффективнее каменного в 3 раза! Это

объясняется тем, что угол клина у медного топора был 20°, а у каменно-

го – 45°, и каменный, конечно, плохо входил в дерево. Затем взяли дере-

вянный сук и начали строгать его каменным и медным ножами. Теперь

медь по своим качествам превзошла кремень уже в 6-7 раз! При обра-

ботке кости и рога медными пилками эффект в 4 раза превосходил ка-

менные орудия... Но, пожалуй, сильнее всего эффективность меди про-

явилась при сверлении. Березовое полено просверлили медным сверлом

в 22 раза быстрее, чем кремневым, а при использовании лучкового станка

скорость возросла в 46 раз» [7]. Кроме рабочего эффекта, следует отме-

тить преимущества по изготовлению и ремонту медных орудий: даже

ковкой в холодную легко изменить форму медного предмета, а расплав-

ленной меди можно придать такую форму, какую камню придать нельзя;

замятое лезвие ножа или топора из мягкой меди легко подточить, тогда

как заломы и выщербины кремневого орудия окончательно снижают

его работоспособность.

Медный век ознаменовал возникновение металлургии (термин – от

греч. metallurgeo – добываю руду, обрабатываю металл), которая в те-

чение многих веков до выделения в отдельную область науки и техни-

ки, будет важнейшей составляющей горного дела. Английский историк

металлургии Герберт Коглен выделил следующие этапы ее развития [1]:

А – фаза холодной, а потом и горячей ковки самородной меди (ког-

да ее принимали за разновидность камня);

В – фаза плавления самородной меди и отливки простых изделий в

открытые литейные формы;

С – фаза выплавки меди из руд (начало истинной металлургии);

D – фаза бронз (искусственных сплавов на медной основе);

Е – фаза металлургии железа (выделена Р. Форбсом).

Металлические богатства доставались людям чрезвычайно трудно.

Сначала нужно было найти руду, затем извлечь ее из недр, освободить от

пустой породы, выплавить из минералов металл и только после этого

сделать из него орудия. Высокая крепость рудных тел и вмещающих

пород значительно затрудняла их выемку даже с помощью медных и