Шувалов Ю.В., Азимов Р.А. Горное дело, окружающая среда и человечество
Подождите немного. Документ загружается.
рудничная атмосфера и проветривание. Начинаются
самостоятельные исследования горного давления. Окончательно
выделяется в самостоятельную область науки обогащение полезных
ископаемых. Горная механика получает самостоятельное,
независимое от заводской механики, развитие в тесной связи с
электротехникой. Единая собирательная дисциплина – горная
электромеханика, в свою очередь, распадается на самостоятельные
дисциплины.
В горной науке возникает так называемое аналитическое
направление. В работах по горному делу широкое применение
получают методы математического анализа, с помощью котороых
решается широкий круг вопросов, начиная от выбора места
заложения шахты, способов вскрытия, определения размеров
рудничных полей и высоты этажей и кончая расчетом отдельных
параметров систем разработки и обоснованием способов и
конструкций орудий и механизмов добычи и транспорта.
Широкое применение в горной науке получает эксперимент.
Законы природы, лежащие в основе явлений, возникающих при
проведении горных выработок, добыче полезных ископаемых,
ученые пытаются не только научно объяснить, но и научно
предугадать, чтобы нейтрализовать их вредные последствия или
использовать в нужном направлении. В эксперименте изучаются
динамика и состав рудничной атмосферы, законы выделения метана
из угольных пластов при добыче угля, явления, связанные с
возникновением рудничных пожаров и т.д.
Одним из основоположников аналитического направления
стал профессор Петербургского горного института Борис Иванович
Бокий. С 1902%г. он публикует в «Горном журнале» статьи, в
которых предлагается аналитическое решение проблем,
возникающих при проектировании рудников (способы вскрытия,
размеры шахтного поля, системы разработки и т.д.). В 1914%г. вышел
в свет обширный труд Б.И.%Бокия «Практический курс горного
искусства». Горные и буровзрывные работы, поиски и разведка,
системы разработки месторождений, открытая добыча полезных
ископаемых, вентиляция и водоотлив, рудничная доставка и
155
рудничное крепление – таков далеко не полный перечень вопросов,
всесторонне рассмотренных в «Практическом курсе горного
искусства». Ценность этого учебного пособия – в его полноте,
стройности и последовательности изложения, в строгости и
точности терминологии. Графический материал монографии стал
классическим, его воспроизводили и воспроизводят многие авторы
научных трудов в области горного дела. «Практический курс
горного искусства» стал не только учебным пособием для студентов,
но и справочной книгой для горных инженеров в их практической
деятельности.
Одновременно с работой над «Практическим курсом горного
искусства» Б.И.%Бокий собирал технические данные, касающиеся
разработки каменноугольных месторождений, и подвергал их
аналитическому исследованию для получения обобщающих
выводов.
Еще к началу XIX%в. относятся первые попытки установить
закономерности давления горных пород. Однако речь шла не о
решении проблем горного давления в собственном смысле этого
слова, а об установлении законов распространения процессов
обрушения (размер толщи горных пород над выработками,
достаточной для предохранения поверхностных сооружений от
обрушения, направление обрушения относительно угла залегания
разрабатываемых угольных пластов и т. п.). В 1885%г. попытку
обобщить наблюдения над явлениями горного давления предпринял
французский ученый Файоль, но пришел к выводу, что горное
давление зависит от столь разнообразных факторов, что невозможно
создать общую теорию и тем более дать количественную
интерпретацию явлений горного давления.
М.М.%Протодьяконов, приступая к изучению проблем горного
давления, поставил перед собой задачу получить не только
качественную картину явлений, происходящих в породах при
проведении горных выработок, но и количественно их оценить на
базе теории, позволяющей предложить расчетные формулы, удобные
для пользования и точные настолько, насколько это требует практика.
Свою оригинальную теорию давления горных пород
156
М.М.%Протодьяконов изложил в труде «Давление горных пород и
рудничное крепление», опубликованном в 1903%г. В решении проблем
горного давления трудами М.М.%Протодьяконова впервые в истории
горного дела был осуществлен переход от грубо приближенных
качественных эмпирических оценок к количественным инженерным
расчетам, открывшим широкие перспективы для развития горного
дела.
Большой вклад в разработку вопросов горной механики и
электромеханики внес профессор Екатеринославского высшего
горного училища, а затем академик М.М.%Федоров. М.М.%Федоров
создал курс, объединивший теорию центробежных насосов,
вентиляторов, компрессоров и воздуходувных машин. В труде
«Сравнение наиболее распространенных систем рудничных
вентиляторов на основании их характеристик». М.М.%Федоров
предложил путь исследования рудничных турбомашин в зависимости
от свойств их типовых характеристик. Он составил систематические
руководства к расчетам рудничных подъемных установок, поршневых
и центробежных насосов, вентиляторных установок, поршневых
компрессоров, передвижных и стационарных баллонов для сжатого
воздуха в рудничных пневмотовозных установках, а также инструкцию
к составлению смет на оборудование шахт машинами и техническими
постройками и др.
Б.И.%Бокий, М.М.%Протодьяконов, М.М.%Федоров, А.А.%Ско-
чинский, А.М.%Терпигорев, Л.Д.%Шевяков, А.П.%Герман, В.В.%Ржевский,
М.И.%Агошков, Н.А.%Мельников и ныне живущие академики
К.Н.%Трубецкой, Н.Н.%Мельников, М.В.%Курленя, М.И.%Шемякин, сотни
и тысячи других исследователей в России и за рубежом открыли новые
горизонты горной науки и горного дела.
ВСТУПАЯ В XXI ВЕК (ЗАКЛЮЧЕНИЕ)
Что дал человечеству ХХ век? Бурное развитие
человечества, увеличившего свою численность почти в 4%раза, и еще
более бурное увеличение потребления энергии и ресурсов. Две
157
мировые войны и множество более мелких конфликтов. И
интенсивное развитие научного знания с открытием новых
химических элементов, физических явлений, критических
технологий и видов техники. За прошедшие 100%лет в мире было
опубликовано информации больше, чем за всю предыдущую
историю человечества. Это относится и к проблемам горного дела и
взаимовлияния окружающей среды и человечества.
Уместно сказать о роли организаций и ученых, которые
стояли у истоков научного знания о недрах Земли и горных наук в
России.
Родоначальником горной науки в России является
М.В.Ломоносов – ученый-энциклопедист, философ и поэт, первый
российский академик, заложивший фундамент наук о Земле.
Его последователи Н.А.Львов, В.И.Геннин, В.Н.Татищев,
М.Ф.Соймонов и др. создавали условия для развития горного
образования, внедрения его в практику и превращения горного дела из
искусства в науку. Их усилиями было основано первое высшее
техническое учебное заведение России Санкт-Петербургский горный
институт – одно из старейших в мире высших технических учебных
заведений. Основанный в 1773%г. как Горное училище, на протяжении
XIX%в. он был несколько раз преобразован: в 1804%г. в Горный
кадетский корпус, в 1833%г. в Горный институт, в 1834%г. – в Институт
корпуса горных инженеров, в 1866%г. в Горный институт, в открытое
высшее учебное заведение. Являясь концентратором горных и горно-
заводских знаний, Горный институт сыграл огромную роль в
распространении высшего горного образования и развитии
российской горной науки и техники. На его фундаменте выросли все
основные институты и научные организации горного профиля
страны.
Из 124 профессоров и преподавателей Петербургского
горного института, преподававших за время его существования
вплоть до XIX%в., 24 профессора являлись почетными и
действительными членами и членами-корреспондентами
Петербургской академии наук. В Петербургском горном институте
работали такие известные академики, как В.М.Севергин,
158
В.И.Висковатов, В.Я.Буняковский, впоследствии вице-президент
Академии наук, Г.П.Гельмерсен, А.П.Карпинский, впоследствии
президент Академии наук СССР.
В начале XX%в. Екатеринославское высшее горное училище
стало институтом (1912), выпуск инженеров на горных факультетах
Томского технологического, Варшавского и Донского
политехнических институтов начался с 1913%г., а в Екатеринбургском
горном институте с 1914%г. В высших горных учебных заведениях и
на факультетах обучалось немногим более 1000%студентов, а
ежегодный средний выпуск горных инженеров в первое десятилетие
ХХ%в. составлял 60-70%человек. В то же время, в отдельные годы,
например в 1903%г., Петербургский горный институт выпустил 71, а
Екатеринославское высшее горное училище – 89 горных инженеров,
и эти кадры существенно пополнили руководящий состав горных
предприятий. Следует заметить, что на начало 1903%г. на шахтах
Юга России было лишь 80 горных инженеров и 150%штейгеров
(горных техников) при 1150 десятниках, не имевших технического
образования.
В 1807г. Берг-коллегия была преобразована в Горный
департамент, при котором существовал Горный совет,
способствовавший развитию горно-заводских знаний. В 1825г.
начинает издаваться «Горный журнал». Для руководства им при
тогдашнем Горном кадетском корпусе, преобразованном из Горного
училища, организуется Ученый комитет (впоследствии Горный
ученый комитет), сделавшийся в дальнейшем неразрывной частью
Департамента горных и соляных дел и превратившийся в главный
научный центр страны в области горного дела.
Ученый комитет способствовал развитию не только горных и
горно-заводских наук, но и других отраслей знаний. При содействии
Ученого комитета при Горном институте организуется Главная
физическая обсерватория во главе с академиком А.Я.%Кучпфером и
сеть обсерваторий на горных и горно-заводских предприятиях. Под
руководством академика проводятся первые в России широкие
метеорологические и магнитные наблюдения. Внедрение в России
метрической системы и метеорологии также связано с деятельностью
159
Горного департамента. Позднее, в 1882г., при содействии Горного
ученого комитета для подробного изучения геологического строения
России при Горном департаменте был организован Геологический
комитет, первым директором которого стал академик Г.П.%Гельмерсен.
Вкладом в горную науку XIX%в. явился «Курс горного
искусства», написанный преподавателем Петербургского горного
института горным инженером А.И.%Узатисом (1843). В курсе
А.И.%Узатиса в обобщающей форме и в удобном для практического
использования виде даны аналитические обоснования ряда процессов,
сопутствующих добыче. При разборе «Курса горного искусства»
Узатиса в Петербургской академии наук непременный секретарь
академии подчеркнул, что сочинение Узатиса не компиляция, а труд
самостоятельный, оригинальный, в том числе и в методическом
отношении.
А.И.%Узатис классифицировал горные работы на шесть видов:
лопатные, кайловые, кирковые, клиновые, огненные, взрывные, точно
указав, в каких случаях применяется тот или другой способ и подробно
описав различные конструкции инструментов, их характеристики и
способы ведения работ. А.И.%Узатис детально рассмотрел технологию
ведения взрывных работ при добыче крепких пород угля и россыпей и
основы выбора способа бурения шпуров, скорости бурения, размеров и
положения шпуров, величины заряда, способов заряжания и т.д.
Дальнейшее развитие теоретических основ горной механики
принадлежит современнику и преемнику А.И.%Узатиса – П.А.%Олы-
шеву. Работа П.А.%Олышева (Горный журнал, 1860, №%11)
«Аналитический вывод отношения между напряжением движителя и
сопротивлениями, действующими на вал рудоподъемного устройства.
Приложение этого вывода к рудоподъемным воротам ручному,
конному, вододействующему и паровому. Способы, употребляемые
для уравнивания движения рудоподъемных воротов» охватывает все
вопросы теории рудничного подъема и является первым в России
курсом по рудничным подъемным машинам, не входящим в состав
общего курса «Горного искусства».
В 1879%г. появляется первая русская оригинальная работа по
горно-заводской механике профессора Горного института И.А.%Тиме,
160
который в продолжение более 40%лет (1870 – 1915) преподавал в нем
курс горно-заводской механики. И.А.%Тиме является непосредственным
преемником и учеником П.А.%Олышева. Ему принадлежит дальнейшая
разработка вопросов горной механики. И.А.%Тиме сыграл крупную
роль в развитии технологии машиностроения в нашей стране: он
впервые обосновал схему образования стружки на резце и дал понятие
об ее усадке, угле скалывания и периодичности усилия резания.
Большой вклад сделан российскими учеными в теорию
обогащения полезных ископаемых. Одним из первых исследователей в
области обогащения угля был профессор Петербургского горного
института по горному искусству и прикладной механике
Г.Я.%Дорошенко. В 1876%г. в «Горном журнале» была опубликована
его работа «Механическое обогащение каменного угля», в которой
были исследованы явления падения частиц угля и сопутствующих
пород. Он дал первое аналитическое исследование движения частиц
угля и сланца в воде, позволило ему обосновать наиболее выгодные
режимы работы отсадочных машин. Работы Дорошенко имели
важное значение, ибо мокрое гравитационное обогащение углей
господствовало в технике обогащения на протяжении всего XIX%в.
Вместе с человечеством горное дело и металлургия прошли
длительный путь, ведущий в неизвестное будущее, которое в
значительной мере зависит и от темпов и направления развития добычи
и переработки полезных ископаемых.
Добыча полезных ископаемых сегодня удваивается каждые 10-
15%лет, а население увеличивается на 1%млрд человек. За 25-30%лет из
недр было извлечено около 15%млрд%т железной руды, 70%млрд%т угля,
25%млрд%т нефти, 12%трлн%м
3
природного газа, миллиарды тонн
минеральных удобрений, строительных материалов, десятки
миллионов тонн меди, свинца, цинка, алюминия, сотни тысяч тонн
цветных и редких металлов, сотни тонн золота и многих других
полезных ископаемых.
Только в России в настоящее время действуют более
600%шахт и рудников с подземной добычей угля, руд черных и
цветных металлов, минеральных удобрений, а также свыше 5000
карьеров. Минеральное сырье перерабатывают более 2000
161
обогатительных фабрик. В угольной промышленности работает
около 150%шахт и 60%разрезов (добыча около 250%млн%т угля), 74
обогатительные фабрики, 350%предприятий угольного
машиностроения, производства строительных материалов.
Разработка месторождений горно-химического сырья
осуществляется 35 карьерами и 20 рудниками. В железорудной
промышленности в настоящее время открытым способом
разрабатываются три месторождения: Лебединское, Стойленское и
Михайловское; подземная добыча производится на Коробковском и
Яковлевском месторождениях.
Ежегодно в процессе ведения горных работ перемещается не
менее 1%км
3
горных пород, а природные ландшафты изменены
человеком более чем на 50%% территории планеты.
Многие горно-добывающие регионы как в России (Кузбасс,
Норильск, Донбасс, Урал и др.), так и за рубежом (Рур и Саар в
Германии, Витватерсранд в ЮАР, Колорадо, Вайоминг в США и
др.) представляют собой искусственную среду, часто мало
пригодную для проживания человека. На 1%т добытого угля
образуется около 3%т отходов в процессе добычи и 0,2-0,3%т в
процессе потребления, на 1%т стали – 5-6%т отходов при добыче и 0,5-
0,7%т в процессе переработки, на 1%т цветных металлов – 100-150%т
отходов при добыче и более 50-60%т при переработке, на 1%т редких,
благородных и радиоактивных металлов – до 5-10%тыс.т отходов в
процессах добычи и от 10 до 100%тыс.%т при переработке.
Утилизация отходов пока не превышает 6-10%%. Общее количество
всех видов неутилизированных отходов горного производства в
России составляет около 45%млрд%т. Под их складирование занято
250%тыс.га земель.
Горно-добывающие предприятия ежегодно выбрасывают в
атмосферу более 20%млн%т пылегазовых веществ, в том числе в
угольной промышленности России 400%тыс.т; сброс загрязненных
вод достигает 0,6%млрд%м
3
. В газовой промышленности вредные
выбросы в атмосферу составляют 2138%тыс.т, в гидросферу – около
20%млн%т сточных вод. В нефтедобывающей промышленности
выбросы в атмосферу превышают 2,5%млн%т, а выбросы сточных вод
162
21%млн%м
3
. Площадь земель, нарушенных в процессе нефтедобычи,
более 12%тыс.га. Нефтеперерабатывающей промышленностью в
атмосферу выбрасывается более 1,5%млн%т загрязняющих веществ, в
гидросферу – 16,5%млн%м
3
сточных вод. Обогатительные фабрики
ежегодно направляют в хвостохранилища и очистные сооружения
до 10%км
3
твердых и жидких отходов.
Эту печальную статистику можно продолжать. Добавим
только, что в результате влияния человеческой деятельности на
окружающую среду суммарные потери живого вещества на планете
превышают 5%млрд%т в год, в том числе связанные с уничтожением
лесов 4%млрд%т в год, с почвенной эрозией 0,5%млрд%т в год. Около
30%% лесов в Германии безнадежно больны, на территориях самих
городов и крупных агломераций, а также в прилегающих к ним
районах на расстоянии до нескольких сотен километров почти
полностью изменены биомы, исчезли звери, птицы и насекомые,
населявшие их некогда, а их место заняли паразитирующие виды.
Сегодня человечество, осознав опасность, пытается снизить
нарастающие кризисные явления; государства принимают законы и
законодательные акты, требующие создания средств и систем защиты
окружающей среды.
Ученые-экологи разделились на пессимистов (25-30%%) и
оптимистов, борющихся и верящих в торжество человеческого разума,
хотя исторический опыт пока не подтверждает их надежд. Ответ на
вопрос даст время, но все, кто причастны к процессу разрушения недр
Земли, должны знать историю горного дела и помнить о законе
сохранения массы и энергии.
«Не бери больше, чем даешь!» – таков девиз современного
общества, им оно должно руководствоваться в своей повседневной
деятельности.
163
164