Гайко Г.И. История горной техники

Подождите немного. Документ загружается.

121

Таблица 4.1

Удельный вес открытой добычи полезных ископаемых,

% (по бывш. СССР)

В начале 80-х годов в мире посредством карьеров добывалось 95% строи-

тельных горных пород, около 70% руд, 90% бурых и 20% каменных углей.

Современные крупные карьеры (например Соколовско-Сарбайский горно-

обогатительный комбинат в Казахстане, предприятия Криворожского бассей-

на) имеют производительную мощность по горной массе до 120 млн. т в год и

до 50 млн. т – по руде, разрабатывают месторождения на глубине до 500 м и

более, причем в стадии проектирования находятся карьеры глубиной до 1000

м. Рекордсменом является американский меднорудный карьер «Бингем-Ка-

ньон» (введен в эксплуатацию в 1904 г.), имеющий в настоящее время глубину

более 800 м, ширину около 3,5 км и занимающий площадь 730 га (рис. 4.72).

Подобные разработки, наверное, делают честь таланту инженеров и наглядно

демонстрируют могущество горной техники, но почему-то вспоминаются

Полезное

ископаемое

1913 1950 1960 1970 1980 1987

Уголь

Железная руда

Руды цветных металлов

Фосфориты

0,6

68,0

16,6

48,9

50,0

20,0

57,1

53,0

39,2

28,3

79,2

67,0

56,0

40,9

84,6

62,0

75,0

Рис. 4.72 Карьер «Бингем-Каньон» скорее напоминает следы деятельности

внеземных цивилизаций, чем результат ведения открытых горных работ

122

грустные слова А. Гумбольдта: «Человеку предшестсвуют леса, его сопро-

вождают пустыни...»

Открытый способ добычи имеет целый ряд существенных недостат-

ков и ограничений: изъятие из природного кругооборота значительной

части поверхности Земли, которая могла бы с успехом использоваться в

сельском хозяйстве и градостроительстве; заметное влияние открытых

работ на загрязнение атмосферы и природных вод; нарушение регио-

нальных экосистем; большие транспортные расходы на доставку полез-

ных ископаемых потребителю (транспортирование, как правило, из весь-

ма удаленных регионов сосредоточения открытых горных работ: Си-

бирь, Австралия, Канада и др.); невысокая эффективность разработки

глубоких залежей.

Вышеперчисленные обстоятельства ставят под соменение распрост-

раненное мнение об открытых горных работах как основном направле-

нии добычи полезных ископаемых.

123

Глава 5

КОНТУРЫ

БУДУЩЕГО

«Что-то будет дальше?

Не знаю, – скромно говорит Тикки, –

мы предсказываем прошлое»

Л. Лиходеев «Звезда с неба»

«Будущее не угадывают, его создают».

А. Лану

олее ста лет назад немецкий фило-

соф Эрнст Капп сформулировал изве-

стный тезис: «Вся история человечества при

тщательном рассмотрении сводится в конеч-

ном счете к истории изобретения все лучших

орудий труда» [3]. Развитие горной техники

наглядно иллюстрирует данный подход.

С горного дела началась история техники.

Оно на протяжении тысячелетий обеспечива-

ло человеку возможность использовать приро-

ду в своих интересах, вовлекать в трудовой

процесс. Становление и развитие государств,

благосостояние народов, их культурные дос-

тижения всегда обеспечивались сырьем и энер-

гией, извлеченными из недр Земли, во многом

зависели от уровня развития горной техники.

Основные периоды ее эволюции (табл. 5.1)

свидетельствуют о том, что горное дело пре-

допределяло фазы технологической цивили-

зации человечества, служило «детонатором»

многих великих изобретений. Современным

горным машинам принадлежат самые боль-

шие рекорды в мире техники (размеры, мощ-

ность, грузоподъемность и др.) [50].

В настоящее время в целях решения пробле-

мы управления научно-техническим прогрес-

сом в горной промышленности все большее

значение приобретает прогнозирование (науч-

но обоснованное предвидение) основных тен-

124

Таблица 5.1

Эволюция горной техники (по Л.М. Гейману)

125

126

денций развития горной техники.К наиболее распространенным спосо-

бам научного прогнозирования относят метод экспертных оценок, а так-

же экстраполяцию, предполагающую продление в будущее тенденций,

наблюдавшихся в прошлом [51]. Следует отметить, что теоретическая

разработка проблем прогнозирования будущего науки и техники нахо-

дится в настоящее время только в стадии первых обобщений, классифи-

каций, формулировок требований к прогнозам [52]. Поэтому история

техники, ход эволюции технических объектов и систем могут оказать

существенную помощь в понимании наиболее вероятных направлений

их дальнейшего развития.

Многочисленные прогнозы будущего горных технологий, сделанные

в середине ХХ в., уверенно определяли перспективу развития на 50 лет

и более. Как показало время, эти экскурсы оказались излишне оптими-

стичны и недостаточно обоснованы. На то, как не надо делать прогно-

зы, указывал в присущей ироничной манере еще Марк Твен. В замеча-

тельном произведении «Жизнь на Миссисипи» он писал: «За 175 лет

длина Миссисипи в ее нижнем течении сократилась на 242 мили. В сред-

нем река укорачивалась более чем на 1,3 мили в год. Всякий здравомыс-

лящий человек, не являющийся тупицей или идиотом, поймет, что ров-

но миллион лет назад длина Миссисипи составляла более 1,3 миллиона

миль, и она пересекала Мексиканский залив подобно удилищу. В силу

тех же причин каждому должно быть ясно, что по прошествии 742 лет

протяженность Миссисипи в ее нижнем течении сократиться до 1 мили

с четвертью... В науке есть нечто такое, от чего захватывает дух». Дабы

не уподобиться герою М. Твена, рассмотрим лишь общие условия, оп-

ределяющие тенденции развития горной техники, и ее ближайшие, впол-

не реальные перспективы.

Статистика второй половины ХХ в. свидетельствует, что среднего-

довой прирост потребления важнейших видов минерального сырья в

2,5-3,0 раза опережал среднегодовой прирост населения планеты и со-

ставлял 5-6% в год [49]. К началу нашей эры населние Земли составляло

250 млн. человек. Потребовалось 16 веков, чтобы оно удвоилось. Сле-

дующее удвоение произошло уже к 1830 г. (численность населения дос-

тигла 1 млрд. жителей). Спустя 100 лет численность человечества пере-

валила за 2 млрд. Чтобы достичь 3 млрд., потребовалось всего 32 года

[35]. Сейчас население Земли превышает 6 млрд. человек. Как подсчи-

тал академик В.И. Вернадский, «на заре своей сознательной деятельно-

сти человек использовал 19 химических элементов и их сочетаний, в

XVIII веке – 28, в начале XX века – 59». В наши дни применяют уже

более 100 элементов, добываемых с поверхности и из недр Земли. Еще

более разительная картина – объемы потребления человеком того, что

он берет из кладовых планеты. Из земных недр уже извлечено более 50

127

млрд. т. угля и 2 млрд. т. железа, наиболее доступных для разработки.

По данным академика А.Е. Ферсмана ежегодное потребление угля, меди,

никеля и марганца увеличилось в 50-60 раз, а алюминия, вольфрама,

молибдена, калия – в 200-1000 раз по сравнению с первой половиной

XIX века. В настоящее время на одного человека приходится более 20 т

полезных ископаемых, ежегодно извлекаемых из недр Земли. Это сви-

детельствует, что горная промышленность постоянно наращивает свой

потенциал и требует привлечения самых передовых научно-техничес-

ких достижений.

Возникает вопрос – как долго это может продолжаться? За исклю-

чением торфа и солей, новообразование которых идет сравнительно

быстрыми темпами, характерной особенностью естественных ресурсов

является невозобновимость практически всех полезных ископаемых.

А.Е. Ферсман в книге «Занимательная геохимия» представил гипоте-

тическую картину исчерпания железа. «Ужас разрушения... и гибель че-

ловечества сделались бы неминуемы». Об этом же писал еще в XVI в. Г.

Агрикола: «С устранением металлов из обихода людей была бы унич-

тожена всякая возможность как ограждения и поддержания здоровья,

так и вообще ведения цивилизованного образа жизни. Ибо, если бы не

было металлов, люди влачили бы самую омерзительную и жалкую

жизнь среди диких зверей» [12]. К счастью подобная перспектива (по

крайней мере в отношении железа) в обозримом будущем не угрожает

человечеству, что однако не снимает вопрос бережного отношения к

ресурсам.

Американский ученый Ф. Кларк и его научная группа, проделав

тысячи химических анализов горных пород со всего мира, установили

примерное содержание каждого химического элемента в земной коре.

На три четверти она состоит из кислорода и кремния. Еще восьми эле-

ментам принадлежит по весу более 20% земной коры: алюминий – 8,05%;

железо – 4,6%; кальций – 3,3%; натрий – 2,4%; калий и магний – 2,35%;

водород – 1,0%; титан – 0,6%. Всех остальных элементов вместе взятых

примерно в 20 раз меньше, чем перечисленных выше [35].

Из разведанных месторождений полезных ископаемых больше всего

на Земле каменного угля. Мировые запасы его около 15 трил. т. Пример-

но столько же (13-15 трил. т) обнаружено железных руд (из них бога-

тых – менее 1%). На третьем месте по запасам – горючие сланцы –

около 0,5 трил. т). Далее идут нефть (0,27 трил. т), торф (0,25 трил. т)

и природный газ (около 100 трил. м

) [49]. Следует отметить, что ука-

занные объемы характеризуют общие геологические запасы, из кото-

рых лишь небольшая часть может рентабельно разрабатываться при

существующем уровне горной техники.

В структуре промышленных запасов топлива на уголь приходится

128

67%, на нефть – 18% и газ – 15% [53]. В мировом энергетическом балан-

се потребление угля составляет 32%, нефти и газа 59%, гидроэнергии

7%; атомной энергии 2% [48].

Приведенные цифры свидетельствуют, что при существующих тех-

нологиях добычи и объемах потребления полезных ископаемых, метал-

лов хватит менее, чем на тысячелетие, угля – на 400-500 лет, нефти и

газа – на 80-100 лет. Эти обстоятельства выдвигают требования все-

мерной экономии ресурсов (снижения энергоемкости производств, вто-

ричного использования сырья и т.п.); наиболее полного извлечения по-

лезных ископаемых при разработке; качественного совершенствования

горных технологий с целью эффективной отработки забалансовых за-

пасов. В этой связи особое значение приобретает рециклинг (вторич-

ное использование) металлов, который в некоторых европейских стра-

нах превышает 50% производства [54]. При вторичном использовании

метталлов доля расхода энергии составляет 60-70% от традиционных

металлургических технологий. Весьма перспективны также технологии

сжигания высокозольных углей и отходов углеобогащения в топках с

циркулирующим кипящим слоем, которые могут составить основу для

объектов малой энерегетики [53]. Эти меры способны существенно про-

длить использование природных ресурсов Земли.

Для горной промышленности характерны некоторые особеннос-

ти, типичные только для этой отрасли, которые не изменятся в буду-

щем. Доктор Е. Кицки (Польская академия наук) связывает их с ме-

стом расположения залежей, которое является одновременно объек-

том разработки и фактором окружающей природной среды [54]. Ре-

сурсы каждого месторождения ограничены и невосстановимы, гео-

графически неравномерно распределены, имеют различную доступ-

ность. Неоднородное качество полезных ископаемых и разнообра-

зие горно-геологических условий их залегания оказывают решаю-

щее влияние на издержки эксплуатации. Подземная разработка в

значительной степени носит вероятностный характер, что емко вы-

ражено лапидарной фразой – «месторождение может быть достаточ-

но хорошо разведано только по завершении его окончательной экс-

плуатации» [54]. Все эти факторы способствуют большому разнооб-

разию применяемых в горном деле технических средств и промыш-

ленных технологий и выдвигают к горной технике требование адап-

тивности, т.е. возможности приспосабливаться к изменениям разра-

батываемых природных объектов.

Любопытной особенностью горной промышленности является то

обстоятельство, что качество конечного продукта (добытого полезно-

го ископаемого) практически не зависит от технической оснащенности

производства. К примеру, уголь, добытый на некоторых шахтах Азии

129

ручными орудиями и вынесенный в корзинах на поверхность, успешно

конкурирует (за счет крайне низкой стоимости рабочей силы и относи-

тельно благоприятных условий разработки) с продукцией самых со-

временных механизированных комплексов. Такая «экономическая це-

лесообразность» представляет собой своеобразную «машину времени»,

позволяющую в начале третьего тысячелетия в различных странах и

регионах наблюдать страницы истории горной техники, начиная с же-

лезного века. Это формирует превратное мнение о горном деле, как об

отсталой, недостаточно наукоемкой деятельности, связанной с тяже-

лым ручным трудом. Таким образом, востребованность и дальнейшая

модернизация современной горной техники находятся в прямой зави-

симости от социально-экономической обстановки в которой развива-

ется научно-технический прогресс.

Важным фактором ведения горных работ становятся экологические

проблемы, связанные с добычей и последующей переработкой полез-

ных ископаемых. Развитие горнодобывающей промышленности при-

водит к изъятию из природного кругооборота значительной части по-

верхности Земли, особенно при открытых горных работах. При этом

уничтожается растительность, происходит осушение водоемов, отвод

рек и ручьев. Массовые взрывы, экскавация, транспортирование гор-

ной массы, породные отвалы существенно загрязняют атмосферу пы-

лью и вредными газами. При взрывах в карьерах пылегазовые облака

поднимаются на высоту 60-120 м и разносятся на большие расстояния.

Шахтные и карьерные воды значительно изменяют химические и био-

логические свойства природных вод. Поэтому зона влияния горнотех-

нической деятельности распространяется на значительно большую пло-

щадь, чем отрабатываемый участок месторождения и, с учетом масш-

табов ведения горных работ, создает угрозу экологической безопасно-

сти целых регионов.

Например, только в бывш. СССР в 70-80-е годы из недр (ежегодно)

извлекалось 8-10 млрд. т горных пород. Из них использовалось в каче-

стве конечного полезного продукта лишь около 2%, остальное (98%!)

ушло в отвалы и «хвосты» обогащения, загрязняя природную среду,

отравляя местную фауну и флору [48].

Примечательно, что еще несколько десятилетий тому назад, вклад

техники в цивилизацию только приветствовался. Сегодня о технике в

руках человека можно было бы сказать словами Овидия Назона, обра-

щенными к своей любвеобильной супруге: «Neс tecum vivere possum,

nec sine te» (лат.: ни с тобой жить не могу, ни без тебя) [3].

Для изменения ситуации работу промышленных предприятий необ-

ходимо оценивать не только по показателям себестоимости продукции

и производительности труда, но также по коэффициенту полезного ис-

130

пользования сырья и коэффициенту загрязнения природной среды c уче-

том соответствующих экологических налогов. Это выдвигает в число

приоритетных направлений развития техники (в т.ч. горной) разработку

природоохранных и энергосберегающих технологий.

Технический прогресс – это непрерывное совершенствование тех-

ники и технологии производства на основе достижений науки. Соглас-

но академику Б.М. Кедрову, в истории взаимосвязи науки и техники

можно выделить три этапа [48]:

1. До XVII-XVIII вв. наука в своем развитии отставала от техники.

Орудия и машины являлись воплощением накопленных эмпирических

знаний, а не результатом научных исследований.

2. В XIX в. наука догоняет технику. Производственный процесс ста-

новится сферой применения науки, а наука – функцией производствен-

ного процесса.

3. В середине ХХ в. наука в своем развитии опережает технику, пре-

вращается в непосредственную производительную силу и приводит к

созданию новых материалов и способов производства.

Известный историк науки Дж. Бернал отмечал: «Наука должна рас-

сматриваться как вторая производная от общего продукта. Расшире-

ние или улучшение производства обычными техническими методами

есть первая производная. Ею представлена скорость изменения суще-

ствующих процессов производства. Вторая производная – скорость из-

менения первой – как раз и есть то, что производит наука» [55]. Именно

поэтому в современной (а еще более – в будущей) системе «наука – тех-

ника – производство» науке принадлежит решающая роль. «Доля ин-

теллекта, входящая в производимые продукты, в сравнении с долей энер-

гии и материала все более возрастает» (Г. Клаус). Последнее обстоя-

тельство, усиленное, благодаря достижениям компьютерной техники,

высокой интенсивностью информационных потоков, позволяет наде-

яться на успешное решение проблем, стоящих перед горной промыш-

ленностью и техникой.

При прогнозировании задач ближайшей перспективы (15-20 лет), в

развитии угольной отрасли можно выделить направление по созданию

горнодобывающих предприятий, которые кроме выемки угля должны

вырабатывать тéпло- и электроэнергию, обеспечивать попутную до-

бычу метана, переработку пород отвалов и шламов, добычу попутных

рассеянных и редкоземельных элементов [53].

К основным направлениям совершенствования горнопроходческих

работ следует отнести в первую очередь сокращение материалоемкос-

ти крепей горных выработок (переход на анкерные системы, породоне-

сущие и облегченные рамные крепи), увеличение скорости проведения

выработок (расширение области применения комбайновой техники), а