Лекции - История горного дела
Подождите немного. Документ загружается.
применять глиняную забойку шпуров, получился ожидаемый
разрушительный эффект. С этого времени значительно уменьшается
стоимость и увеличивается производительность горных работ.
С возникновением мануфактурного производства (XVI-XV1II вв.)
начинается развитие горной техники. В этот период были разработаны теория
махового колеса и маховых движений, теория желоба, учения о напоре воды,
о сопротивлении, трении, изучаются свойства водяного пара. Научные
разработки нашли отражение и при создании первых горных машин:
прототипа подъемной шахтной машины, бура для разведки недр,
примитивных вентиляторов, водоотливных устройств. Паровые двигатели
механизируют трудоемкие процессы в шахтах Великобритании, за что
получают название «друг шахтера». Разрабатываются методы
распознавания месторождений рудных тел по почвам, растительности,
вмещающим породам.
Характерная особенность этого периода — появление подземных
выработок постоянного сечения, схем рационального их расположения в
подземных условиях, специализация выработок (для водоотлива, вентиляции,
транспортирования и др.). Все это позволило сооружать шахты в виде
упорядоченной системы горных выработок, придавая им облик крупного
производства.
С XVIII в. начинается промышленная добыча ископаемого угля, до тех
пор развитая весьма слабо по причине обилия лесов и небольшой
потребности в топливе. Потребность в обильном ископаемом твердом
топливе начала быстро увеличиваться после изобретения паровой
машины — величайшего изобретения на пути индустриализации мировой
экономики.
Распространение горнозаводского промысла в мире шло вровень с
современными географическими открытиями и улучшениями путей
сообщения. Часто рудокопы были »пионерами« цивилизации, как, например,
в Северной Америке, Австралии и Южной Африке.
В 1848 г. открываются золотоносные россыпи Калифорнии, куда
устремляются громадные массы народа. В 1855 г. начинается разработка
медных руд на берегах Верхнего Озера в Северной Америке, в 1858 г.
открываются богатейшие месторождения различных руд в Неваде, где до 1890
г. было добыто более чем на 600 миллионов марок золота и на 800 миллионов
марок серебра.
В 1859 г. в Пенсильвании открываются значительные запасы нефти и,
начиная с этого момента, фактически зарождается американская нефтяная
промышленность. Кстати, в 1859 г. Россия добыла нефти на порядок больше,
чем США (0.0039 и 0,00028 млн. т соответственно). С 1870 г. русская
нефтяная промышленность выходит на мировой рынок. Центр нефтедобычи
— г. Баку быстро приобретает мировую известность. К концу ХIХ в. Россия
добывала нефти больше, чем США (рис. 1.1).
С начала 50-х годов XIX в. Австралия и Новая Зеландия входят в число
стран, игравших важную роль в мировой добыче золота. С 70-х годов
Австралия и Тасмания формируют мировой рынок добычи олова. В 1866 г.
был случайно найден первый алмаз близ поселения Кимберли в Южной
Африке. К 1872 г., всего за шесть лет, общая масса добытых алмазов
составила 1 млн. карат. В 1888 г. начинается добыча золота в Трансваале.
Добыча алмазов и золота круто изменила историю южной части
африканского континента. Южно-Африканская республика к концу XIX в.
превращается в одну из самых мощных горнодобывающих стран мира.
В 1885 г. при постройке Канадской железной дороги было открыто
огромное месторождение никеля. В 18% г. на реке Юкон начинается
«золотая лихорадка», все страсти которой живописал в своих произведениях
писатель нашего детства Дж.Лондон. Кстати говоря, термин «золотая
лихорадка» родился в России. Так современники назвали открытие и
освоение россыпных золотоносных месторождений на Урале в 20-х годах
XIX века.
В 1814 г. уральский горняк Л.И. Брусницын открыл месторождение
россыпного золота в долинах рек Березовка и Пышма, разработал
рациональную технологию добычи и создал промысловое оборудование
собственной конструкции. Вскоре россыпные месторождения золота были
открыты сразу в нескольких горных округах Урала. Только в начале 20-х
годов уральская горная администрация зарегистрировала около 300
золотоносных приисков. В середине XIX в. Россия, благодаря открытию
богатейших месторождений золота на Урале и в Сибири, обогнала все страны
мира и давала почти половину мировых объемов его добычи (в 1847 г. - 47%).
До «золотой лихорадки» на калифорнийских и австралийских
золотоносных россыпных месторождениях Россия была главным
производителем золота на мировом рынке. К концу XIX в., в связи с
созданием Транссибирской магистрали, в ожидании своего развития
находилась огромная и совершенно неосвоенная для горного промысла
российская Сибирь, недра которой, как выяснилось позже, таят в себе
огромные по составу и количеству запасы полезных ископаемых.
Таким образом, горное дело на протяжении своей длительной истории
эволюционировало под влиянием все возрастающих потребностей
человека в веществах и материалах, получаемых из полезных ископаемых. В
доиндустриальную эпоху (до середины XIX в.) малый спрос на минералы и
получаемые из них продукты удовлетворяли небольшие, по современным
понятиям, примитивные горнозаводские промыслы.
Только в XIX в., который по праву называют «веком пара», когда
механические приспособления, применяемые в технике, получили
необыкновенное разнообразие, одно изобретение быстро следовало за
другим, а конец этого века ознаменовался открытием электричества^
приходит окончательное понимание важности полезных ископаемых для
удовлетворения все более возрастающих потребностей современного
человечества. В связи с индустриализацией мировой экономики
горнозаводской промысел превращается в глобальную по географическим и
экономическим факторам отрасль промышленного производства.
В связи с увеличивающимся спросом на минеральное сырье
горнозаводское дело диверсифицируется. Выделяются в отдельные
самостоятельные отрасли горнодобывающей промышленности:
каменноугольная, железорудная, нефтяная и др., что означало качественные
изменения в горном деле.
К концу XIX в. общая среднегодовая стоимость всех добываемых в
мире полезных ископаемых исчислялась огромными суммами. По объемам и
стоимости горнопромышленной продукции, произведенной, например, в
1895 г., первое место уже тогда принадлежало ископаемому углю (54%),
второе — железу и стали (более 20 %).
Германия с богатейшими традициями горного дела, благодаря
глубоким политическим и экономическим реформам в заключительной части
XIX в., проведенным «железным» канцлером О. Бисмарком, по многим
экономическим и техническим показателям вышла на первое место в мире.
Интенсивное развитие мировая горная промышленность получает в XX в.,
причем темпы ее роста опережали темпы роста численности населения
земного шара и основных показателей мировой экономики.
Академик В.И Вернадский отмечал, что по мере своего прогресса
человек использовал все большее количество химических элементов. До
XVII в. — 19 химических элементов, в XVIII в. — 28, в XIX в. — 50 и в
начале XX в. — 59 элементов. В XX в. количество и объемы используемых
химических элементов возросли.
В XX в. было использовано 80-85% нефти, около 50% угля и железных
руд, добытых человечеством за всю историю. При этом на экономически
развитые страны, в которых проживает 16% населения планеты, приходилось
55-56% потребления добываемой в мире нефти, 50% — газа, 23—25% —
угля, более 80% — урана, 43% — железных руд, 70-80% — меди и свинца,
от 50 до 80% — олова, вольфрама и молибдена и т.д.
К концу XX в. (1996 г.) при численности населения земного шара почти
в 6 млрд. чел. производительность мировой горной промышленности в
стоимостном выражении составляла уже около 40 долл. США на одного
жителя планеты. По стоимости добытых минералов (твердых полезных
ископаемых) первое место по-прежнему осталось за ископаемым углем —
37,4%, второе — за благородными металлами и алмазами — 31,8%, третье —
за горнорудной промышленностью — 25,5% (рис 1.3).
Одна из существующих точек зрения на роль минерально-сырьевого
комплекса в XXI в. предполагает постепенное сокращение объемов добычи
полезных ископаемых при переходе от индустриального к
постиндустриальному обществу. В связи с фундаментальными изменениями в
мировой экономике, промышленное производство будет становиться все
менее материалоемким; количество сырья, требующееся для производства
единицы продукции, будет снижаться, что, в свою очередь, приведет к
снижению спроса на все виды минерального сырья. Также, в этой связи,
снизится уровень занятости лиц физического труда, который вытеснят
капиталы и знания. Осуществится переход от реальной экономики
(производство товаров и услуг) к «виртуальной», или, как еще говорят,
«экономике символов» (движение капитала, валютные курсы, потоки
кредитов и др.). Возможно, этот прогноз сбудется, но не так скоро. Еще
длительное время потребности растущего народонаселения будут
удовлетворяться за счет добычи полезных ископаемых.
В начале первого тысячелетия новой эры на Земле жило 300 млн.
человек. К его окончанию население планеты увеличилось всего лишь на 10
млн. человек. К 1500 г. землян стало 500 млн. человек. В начале XX в. на
земном шаре обитало около 1,5 млрд. чел., в середине 20-х годов — 2
миллиарда человек. Примерно в 1950 г. начался всемирный
демографический бум, связанный в основном с тем, что в слабо
развитых странах резко сократилась смертность. В октябре 2000 г.
Организация Объединенных Наций объявила, что на Земле живет 6 млрд.
чел., а к 2050 г. по прогнозу численность землян может составить 9 млрд.
человек. Среднестатистический образ жителя планеты сегодня — это 26-
летняя китаянка, в середине XXI в. — жительница Индии 39 лет от роду.
Нынешний «угольный рекордсмен» — Китай с населением более 1,2
млрд.Dчел. должен будет уступить пальму первенства Индии (так же
угледобывающей стране), население которой увеличится с 1,0 до 1,53
миллиарда человек.
Рост численности населения породит множество энергетических,
продовольственных, экологических и других проблем. Предварительные данные
по итогам XX в. свидетельствуют, что энергоемкость производства увеличилась
в течение века в 12 раз, а материалоемкость — в 9 раз.
Ископаемый уголь в промышленных объемах потребовался в
индустриальную эпоху, с началом нового «железного века» (XVIII-XIX вв.),
когда чугун, железо и сталь стали производиться и потребляться в.
неизмеримо больших масштабах. Новый «железный век» вызвал к жизни
«эру ископаемого угля».
Лекция 2
Англия широкомасштабно начала внедрять все новшества в XVII в.
Это позволило ей чуть позже стать центром и родиной промышленной
революции.
Но несмотря на значительное распространение горного дела по всему
миру, орудия и способы добычи полезного ископаемого оставались такими
же, как и в древнем Риме и Греции, такой же была и производительность
горных работ. Горняки пользовались все той же киркой, тем же молотком и
огнем.
В XVI веке, эпоху Ренессанса, для горного дела в области техники был
сделан значительный для того времени шаг вперед. В 1570 году в Америке
был изобретен процесс амальгамации, который значительно облегчил
извлечение серебра из бедных руд. Амальгамация – это процесс
избирательного извлечения металлов (главным образом благородных) из руд,
основанный на способности металлов при смачивании их ртутью
образовывать с ней сплавы (амальгамы). В 1570 году было изобретено
мокрое толчение и обогащение бедных руд промывкой получающегося
шлама. Для облегчения ручного труда стали применять конный ворот для
подъема грузов, так же были изобретены машины для подъема воды из шахт.
В 1530 году в швейцарском Базеле появляется первое научное
сочинение под заглавием «Берман или о горнорудном деле», его автор
Георгий Агрикола, а в 1557 году – сочинение по горному делу на немецком
языке «О горном деле и металлургии».
Георгий Агрикола (1494 – 1555) – немецкий ученый в области горного
дела и минералогии. Образование получил в Лейпциге (Германия), где
изучал философию и древние языки; в 1519 году основал первую греч. школу
в Саксонии. В 1522-26 изучал медицину в Италии, где получил степень
доктора медицины. На основе исследования трудов античных ученых по
геологии и горному делу впервые обобщил и систематизировал опыт горного
производства и заложил научные основы поисков и разведки месторождений
полезных ископаемых, подземной разработки руд и их обогащения, и
металлургию. Агрикола описал 20 новых минералов, предложил методы
определения их по внешним признакам. Одним из первых проследил влияние
условий труда на здоровье горняков.
Развитие горного дела создавало предпосылки в этот период для
колонизации европейцами все больших территорий и создания
транснациональных горнопромышленных компаний.
В связи с постепенным углублением рудников и шахт, усложнением их
горно-геологических условий все больше появляется востребованность в
квалифицированных горнорабочих. Это привело к появлению в середине
XVI века начального обучения горному делу. А в 1766 году во Фрайберге
была образована первая в мире горная академия.
Значение горного дела в этот период было огромным. Образованно
первое в истории международное научное общество «Общество горного
дела», которое объединило многих ученых и специалистов-практиков того
времени, таких как А. Лавуазье, Дж. Уатт и др.
К 1613 году во Фрайберге, Верхнем Гарце, Тироле и в Венгрии, были
произведены первые опыты применения пороха при отбойке твердых пород,
но они оказались не удачными, так как взрывы велись в открытых шпурах и
не производили нужного эффекта. Только с 1687 года начали применять
глиняную забойку шпуро в, что привело к существенному увеличению
эффективности и производительности горных работ.
С возникновением мануфактурного производства (XVI-XVIII вв.)
начинается развитие горной техники. В этот период были разработаны
теория махового колеса и маховых движений, теория желоба, учения о
напоре воды, о сопротивлении, трении, изучаются свойства водяного пара,
появляются первые горные машины: примитивные вентиляторы,
водоотливные устройства.
К началу нового времени появляются подземные выработки
постоянного сечения, схемы рационального их расположения, специализация
выработок (для водоотлива, вентиляции, транспортирования и др.).
Промышленная добыча ископаемого угля начинается с XVIII века, что
было связано с изобретением паровой машины и все более возрастающей
потребности в производстве чугуна, железа и стали.
Начало промышленной революции в истории человечества
Период промышленной добычи и использования ископаемого угля в
мире, начался с индустриальной революции и составляет не более 200-300
лет.
Однако горючие свойства углей были известны еще древнем и позже
античном мирах. В своих трудах Аристотель и его ученик Теофраст,
называли ископаемый уголь «антраксом», т.е. «горючим камнем». В Китае
ископаемый уголь использовался уже за 2000 лет до н.э. Одним из очевидцев
этого был известный итальянский путешественник Марко Поло (1254 –
1324Dгг.). Проложил в Китае 15 лет.
Но до промышленной добычи дело не дошло, так как не было еще
потребности в этом. Так же как и паровой двигатель, изобретенный еще
Героном во втором столетии до н.э., который был предназначен лишь для
показа «а вот я могу». Роль ископаемого угля выполнял более дешевый
древесный уголь.
В начале второго тысячелетия новой эры в Европе впервые начал
ощущаться дефицит леса. Начиная с XVI-XVII вв. спрос на лес в Европе
увеличивался семимильными шагами, особенно для получения железа. Одна
плавильная печь, построенная в лесу, за месяц уничтожала всю
растительность в радиусе километра.
Потребность в производстве железа все более возрастала. Первой
«обезлесела» Англия и Голландия в конце XVI века. По мере того, как на
протяжении средних веков в Европе цены на дрова росли, ископаемый уголь
находил все более широкое применение, одновременно росла его добыча.
Центром индустриальной революции и промышленной добычи угля стала
Англия, зарождается новое капиталистическое производство, для которого
уголь стал главным ресурсом. Возникает потребность в механических
двигателях в 1711 году паровую машину создает англичанин Т. Ньюкомен, а
в 1784г. шотландец Дж. Уатт совершенствует ее, в 1807 г. американец Р.
Фултон применяет паровую машину на пароходе, в 1825 году англичанин Д.
Стефенсон использует ее для паровоза. В начале 18 века выплавка железа
стала осуществляться с помощью кокса, полученного из каменного угля.
Главными потребителем каменного угля стали железные дороги. К 30-
40 гг. XIX века в Англии имелась самая развитая сеть железных дорог в
мире.
В конце XVIII в. – начале XIX в. к промышленной разработке угольных
месторождений приступила Франция и Германия, которые добыли в 1800 г.
соответственно 800,0 и 300,0 тыс. тонн. Англия к этому времени добывала
уже 14 млн. тонн.
С 1814 года промышленная добыча каменного угля начинается в США.
В 1899 году США обогнали Англию (230,2 млн. т. по сравнению с 223,6 млн.
т. соответственно). В России добывалось чуть больше 16 млн. т.
Самой глубокой шахтой в 1875 году была «Розбридж» - горные работы
велись на глубине 745 метров.
В 70-х годах XIX века в Англии, Германии, США, России зарождается
горное машиностроение. Появляются первые серьезные изобретения,
которые стали прототипом современных технических средств добычи угля.
В 1958 г. СССР вышел на 1-ое место по добыче угля в мире
493,2Dмлн.Dт.
Отбойка угля в угольных шахтах Европы и США в конце XIX в. начале
XX в. начинает осуществляться с помощью цепных врубовых машин. Первая
врубовая машина появилась в Великобритании на шахте «Нормантон» в
г.DЙоркшир. В 1903 году на английских шахтах работало уже 150 врубовых
машин, в России в 1904 году эксплуатировалось всего две английские
дисковые врубовые машины.
К концу XIX века ископаемый уголь приобрел роль самого значимого
для мировой экономики топливно-энергетического ресурса. Он был основой
машинного производства, сырьевой базой черной металлургии,
железнодорожного и морского транспорта, массового передвижения людей и
товаров.
Становление горного дела в России
Россия значительно позже европейских стран приступила к
промышленному освоению кладовых своих недр. До XVI-XVIII веков
горный промысел был развит слабо.
Лекция 3
Еще в древние времена племена, проживающие на территории
современной России, владели искусством горного и металлургического дела.
Восточные славяне владели железоделательным ремеслом. Сырьем служила
болотная руда, которая откладывается на корнях болотных.
Развитие горный промысел получает во время усиления русской
государственности в XIV-XV вв., когда происходило объединение русских
княжеств вокруг Москвы. В начале XVI века Российское государство стало
крупнейшим в Европе.
В 1491-1492 году в России, во время княжения Ивана III (1450-1505 гг.)
была осуществлена первая геолого-разведочная экспедиция. Совместно с
германскими рудознатцами была отправлена группа в Печорский край для
поиска серебряной и медной залежи. В 1492 году была открыта медная
залежь и заложен рудник.
Результаты этой экспедиции стали важной вехой в становлении
горного дела на Руси. Известный историк Н.И. Костомаров дал оценку того
времени - «… когда греки, рассеявшись по Западной Европе…положили
начало великому умственному перевороту, известному в истории под именем
эпохи возрождения, в Московском государстве, где исповедовалась
греческая вера, … для распространения всякого рода умелости в русском
народе не сделано было нечего…».
В дальнейшем царь Иван IV (1530-1584 гг.), отдал земли в верховьях
реки Камы (территория Республики Коми) братьям Строгановым, где они
намеривались добывать соль, и обязал их вести поиски и добычу медных и
серебряных руд. В XVI веке создается все больше горных промыслов,
появляются русские рудознатцы.
В XVII веке колонизируются все большие пространства Сибири и
Дальнего Востока. На новых землях начинают разведку рудных
месторождений. Были открыты месторождения железной руды, слюды,
серебра, свинца и т.д.
Первооткрывателем сибирской нефти стал Леонтий Кислянский,
который в 1684 году в районе Иркутского острога обнаружил выход
нефтяных газов.
Эпоха царствования Петра I
Официальное свое летоисчисление горная промышленность России
ведет с эпохи царствования Петра I (1672 – 1725 гг.), когда была создана
первая горная администрация – Рудный приказ (1700 г.).
В начале царствования Петра Алексеевича, Россия, была одной из
богатейших стран мира по количеству и качеству полезных ископаемых, если
и не самой богатой, но в тоже время была едва ли не беднейшим
государством по предприимчивости и приемам для разработки горных
богатств.
В этот период развитие металлургия и горное дело получает мощный
импульс: на берегу Онежского озера (Карелия), были построены
чугунолитейный и железоделательный заводы. На Урале было построено 16
металлургических заводов. Всего же к 40-ым годам XVIII века на среднем
Урале действовало около 30 металлургических заводов.
Первыми горными начальниками уральских заводов Владимир
Никитич Татищев (1668-1750 гг.) и Виллим Иванович (Георг Вильгельм -
Немец) Де-Генин (1676-1750 гг.), они так же явились родоначальниками
горнозаводского образования, которое в России возникло значительно
раньше, чем в Англии, Франции, США и других странах. Начинается оно с
создания горнозаводских школ при различных заводах.
В.Н. Татищев составил первый Горный устав и реорганизовал
управление горной промышленности.
Историк В.О. Ключевский отмечал, что «Петр оставил после себя 233
фабрики и завода по самым различным отраслям промышленности».
Рудный приказ просуществовал до 1711 года, в 1715 году была
организована Канцелярия рудных дел, а в 1719 году образована Берг-
Коллегия. На смену прежнему хаотичному приказному управлению пришли
новые центральные учреждения отраслевого типа.
Берг-Коллегия действовала в 1719-1731, 1742-1784, 1796-1806 гг.
Главным целью Берг-коллегии было упорядочивание всех финансовых,
имущественных и прочих отношений и централизованный контроль.
Начало Российской науки и М.В. Ломоносов
В царствование Императрицы Анны Иоанновны (годы правления 1730-
1740 гг.) Берг-Коллегия была упразднена и все казенные заводы были
переданы в управление частным лицам и компаниям. Это негативно
сказалось на развитии промышленности в нашей стране.
При императрице Елизавете Петровне (годы правления 1741-1762 гг.).
Берг-Коллегия была восстановлена. Помощниками императрицы были
видные специалисты того времени Иван Андреевич Шлаттер (1708-1768 гг.)
и Михаил Федорович Соймонов (1730-1804 гг.).
В период правления императрицы Елизаветы Петровны фактически
зарождается российская наука, в том числе горная. Основателем горной
науки по праву читается Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765 гг.) –
первый русский ученый-естествоиспытатель.
В 1742 году М.В. Ломоносов разработал трактат «О вольном движении
воздуха, в рудниках примеченном», эта работа стала первым научным
исследованием в области рудничной аэрологии, положившим начало ее
развитию как науки. В этом трактате была объяснена природа естественной
тяги воздуха в шахтах и открыты законы ее проявления.
В 1765 году в своем трактате «Первые основания металлургии, или
рудных дел», Михаил Васильевич обосновал теорию происхождения
ископаемых углей из растений, обобщил имевшийся тогда опыт и обосновал
важнейшие вопросы горного дела, поисков полезных ископаемых, вскрытия
месторождений, проведения и крепления горных выработок, подъема,
водоотлива, проветривания и т.п.
Ломоносов не ограничивался теоретической разработкой вопросов, а
привел также описания применявшихся в то время механизмов и предложил
новые, сконструированные им самим подъемные, вентиляционные и
водоотливные средства. Всего Михаил Васильевич опубликовал 130 научных
работ, и в большинстве из них затрагиваются вопросы горного дела и
геологии.
Начиная с трудов М.В. Ломоносова, впервые появляется
дифференциация горного дела на отдельные дисциплины: минералогия,
геогнозия (устар. название геологии), разведочное дело, маркшейдерское
искусство, горное искусство, механическое обогащение полезных
ископаемых, горная и горнозаводская механика.
Ломоносов М.В. вводит определение высотной отметки поверхности
относительно уровня Балтийского моря. К примеру, уровень дневной
поверхности шахты «Абашевская» составляет около 260 м.
Для развития горнозаводских наук большое влияние оказало создание в
1773 году Петербургского горного училища (позднее горного института).
Оно было создано исходя из все более возрастающей необходимости в
квалифицированных специалистах. Выпускники Горного училища получали
звание горного офицера до 1834 года, когда Николаем I было установлено
звание горного инженера.
Эпоха царствования Екатерины II (годы правления 1762-1796) была
отмечена высокими темпами роста промышленности. Так, если в 1760 г.
насчитывалось около 600 крупных промышленных предприятий, то к концу
века – не менее 1200, а всех заводов и фабрик было около 2300. Россия
занимала первое место по выплавке чугуна, произведя в 1800 году 9,9 млн.
пудов. В Англии, уже завершившей промышленный переворот, в 1800 году
было выплавлено 9,5 млн. пудов.