НОВАТОРЫ ГОРНОГО ДЕЛА


Когда геологи обнаружат месторождение полезного ископаемого, а тщательная разведка установит границы его залегания, выяснит, какова его мощность, — пора строить шахту, закладывать карьер, бурить скважины. Большая

Схема радиоразведки.

Схема электроразведки.

Схема гравиметрической разведки.

отрасль техники —горное дело — занимаемся вопросами добычи полезных ископаемых.

Целый комплекс проблем приходится разрешать горнякам. Надо установить, как лучше всего подобраться к залежи — вскрыть месторождение и найти наивыгоднейший способ разработки; надо осуществить проходку выработок и закрепить их; надо позаботиться о снабжении подземных ходов свежим воздухом, осветить их, наладить откачку грунтовых вод; надо организовать выемку ископаемых и доставку добытого на-гора, очистить ископаемые от ненужных примесей.

В царской России горная промышленность была одной из самых отсталых отраслей народного хозяйства. Добыча ископаемых велась1 полукустарными методами.

Бесчеловечно эксплуатируя рабочих, владельцы шахт предпочитали обходиться без механизации. Вплоть до Великой Октябрьской революции основными инструментами горняков оставались кирка и лопата. В ненасытной жажде прибыли шахтовладельцы вели добычу хищническим способом, старались снять только «пенки» с месторождений, забрасывали рудники и шахты, которые еще можно было разрабатывать.

И все же вопреки косности, царившей в горной промышленности, русские новаторы стремились помочь совершенствованию горной техники и облегчить труд горняков. *

Схема радиометрического способа разведки.

* ❖ ❖

Завершенный в 1795 году труд Ивана Бригонцова, носивший по обычаю тех лет пространное заглавие: «В общественную пользу внут-ренной государственной • экономии. Руководство к познанию, разрабатыванию и употреблению каменного угля с показанием и исследованием тех мест России, где оный преимущественно находится и необходимо нужен к замене и вознаграждению недостатков в лесе», явился замечательным обобщением и развитием опыта многих поколений русских горщиков.

Детально разбирает автор в своей книге все вопросы, связанные с поисками и добычей ископаемых углей. Он рассматривает различные случаи залегания угольных пластов, пишет о том, какими способами надо вскрывать месторождения угля и как их разрабатывать.

Подробнейшим образом Бригонцов рассказывает, как следует транспортировать уголь, производить подъем его из шахт, как откачивать воду из выработок й удалять из них испорченный воздух. Бригонцов пишет о том, как можно каменный уголь использовать в самых разнообразных отраслях народного хозяйства.

Книга русского горного инженера отнюдь не сборник технических правил. Он ставит в ней широкие, имеющие государственную важность вопросы, говорит о том, что необходимо по всей России организовать добычу каменного угля, что пора начать добывать уголь под Петербур-

гом и этим углем снабжать заводы и фабрики столицы и ближайших городов. Бригонцов предлагает наладить перевозку угля из Донецкого бассейна к берегам Черного моря и дает решение этой важной проблемы. Горячим патриотизмом пронизана книга русского горного инженера.

С негодованием пишет он о хищническом истреблении лесов, призывает отказаться от употребления леса для топлива, заменив лес каменным углем.

Содержание этой книги, сыгравшей большую роль в создании фундамента отечественной науки о разработке месторождений каменного угля, выходит за пределы темы, избранной автором. Сосредоточивая свое внимание на добыче каменного угля, Бригонцов вмес;те с тем дал замечательное руководство для разработки всяких пластовых месторождений.

Заметный след в истории горного дела оставила опубликованная в 1834 году статья инженера А. Гернгроеса, работавшего на Урале, на Березовских приисках. Автор ее, подробно проанализировав вопрос, об устойчивости горных пород, дал подробную классификацию их в этом отношении. Замечательно, что, разбирая проблему крепления выработок, Гернгросс уже говорит не только о давлении на выработку сверху, с потолка, но и о боковом давлении на ее стенки.

Порода, окружающая выработку, стремится не только обрушить ее свод, но и с'близить ее стенки. Для того чтобы обеспечить сохранность выработки, указал Гернгросс, мало надежно подпереть ее свод, необходимо позаботиться и о креплении боковых сторон. Русский инженер дал ключ к решению одного из насущнейших вопросов горного дела — крепления выработки.

Большим событием в технике был выход в 1843 году фундаментального учебника по горному делу А. И. Узатиса (1814—1875) — преподавателя Горного института. Автор подверг математическому анализу различные виды горных выработок, методы их крепления, разобрал с'пособы вентиляции шахт, борьбы с подземными водами, системы организации рудничного транспорта и подъема.

Инженер А. И. Узатис ввел классификацию пород по их твердости и вязкости. В его курсе мы встречаемся уже с термином «давление породы», ныне прочно вошедшим в горное дело. Автор указывал на важность правильного выбора формы сечений выработок. Для горизонтальных выработок совершенно верно предлагал он наивыгоднейшее сечение — суживающийся кверху эллипс или овал: в этом случае стены

выработок лучше всего противостоят давлению породы. Сечение же вертикальных выработок должно быть круглым или эллиптическим.

А. И. Узатис, в курсе которого много разделов посвящено машинам и механизмам шахт и рудников, по праву может именоваться одним из основоположников горной механики.

Выдающимся деятелем горного дела был современник Узатиса — П. А. Олышев (1817—1896), в трудах которого горная механика получила дальнейшее развитие. Олышев — создатель теории рудничного подъема. По его инициативе горная механика стала читаться в Горном институте как самостоятельный курс. Олышев воспитал многих деятелей отечественной науки и техники.

В середине XIX века русскими горняками был сделан ряд важных изобретений.

Титульный лист книги И. Бригонцова.

вЪ общественную пользу ВНУТРЕННОИ ГОСУЛЛРСТВЕННОЙ

ЭКОНОМ1И

РУКОВОДСТВО к ъ аознлнпо, разработшанИо

У ПО ТРЕЗЛЕШЮ

КАМЕННАГО УГЛЯ

аокаатлЫсм а- и*сллл.овеояи*к» «ЫХ.с» алеть Рссеш, гл* ошн! п/жиии/щгст се-шю каясомнпел и нео4м>А%**о да жен» к» и врзнагралслеНЙо

недостатко/ь ** *и*с* н&аишю

сКлаусом* 2лрх*озсц<гяъжъ

М Еклтушносмг$ъ 1795гола-

Большую сложность представляет проветривание подземных выработок. Чтобы снабдить свежим воздухом глубокие выработки, приходится пользоваться воздуходувными устройствами.

Долгое время техника вентиляции в шахтах была очень несовершенной. В 1832 году в этой области было сделано важное изобретение.

Русский инженер А. Саблуков взял патент на новый тип вентилятора. Ему удалось сконструировать практически применимый центробежный вентилятор, несравненно более совершенный, чем поршневые воздуходувки. Рабочее колесо этого вентилятора, напоминавшее по конструкции колесо водяной мельницы, своими лопастями захватывало и гнало воздух, создавая сильный и непрерывный воздушный поток. В 1835 году вентилятор Саблукова был поставлен на одном из рудников Алтая.

Схема

вращательного бурения скважин.

ГИБКИЙ ШЛАНГ ДЛЯ ГЛИНИСТОГО РАСТВОРА

Центробежный принцип Саблуков использовал и в другом своем изобретении: в 1840 году он сконструировал центробежный водяной насос.

Преимущество центробежных насосов и вентиляторов перед поршневыми, которыми издавна пользовались на шахтах, стало особенно

разительным после появления на шахтах электродвигателей. Чтобы заставить электромотор двигать шток поршня, приходится создавать сложные передачи. Центробежные насосы и вентиляторы дают возможность непосредственно использовать вращательное движение, развиваемое электромотором. Механизмы, созданные Саблуковым, — это прообразы вентиляторов и насосов, работающих на современных шахтах.

В 1848 году произошло еще одно большое событие в технике горного дела.

Добыча нефти и бурение — для нас эти слова совершенно неотъемлемы друг от друга.

Но когда-то нефть добывалась совсем не так, как в наши дни. Было время, когда рыли колодцы и вычерпывали из них «черное золото» ведрами. Понятно, что так можно было добывать нефть лишь из не очень глубоких залежей.

И вот в 1848 году служащий горного ведомства Ф. А. Семенов впервые в истории техники произвел бурение скважин на нефть.

Способ, найденный Семеновым, — ныне единственный метод разработки нефтяных месторождений и одно из главнейших средств разведки недр.

В 1859 году в России появилось еще одно изобретение, очень важное для по

следующего развития техники транспортировки на горных разработках. В июле, этого года в Сибири, на золотом прииске у берега реки Мурож-ная, изобретатель А. Лопатин построил интересную машину. Она состояла из двух шкивов, отстоящих друг от друга на 30 сажен. На шкивы как приводной ремень была надета широкая лента из холста. Для прочности в края ленты были вшиты канаты. Между канатами через небольшие промежутки были вставлены распорки, — это обеспечивало постоянную ширину ленты. Чтобы лента не могла провиснуть, под ней изобретатель поставил шеренгу валиков. Один из шкивов машины был соединен с водяным колесом.

Лопатин как бы проложил холщовую дорожку между рекой и золотопромывочной машиной. Когда на колесо пустили воду, эта дорожка пришла в движение, и песок, набрасываемый рабочими на ленту, потек рекой к золотопромывочной машине. Раньше же песок перевозили на телегах.

«Песковоз» Лопатина — это предок ленточных конвейеров, устройств, ныне получивших широчайшее применение не только на Схема наклонного бурения

Г гкап'игни

шахтах, но и всюду, где приходится транспортировать сыпучие материалы.

Создателю замечательной машины пришлось претерпеть немало мытарств, прежде чем удалось отстоять свои права на это изобретение.

Лишь в 1861 году Лопатин получил привилегию на песковоз. Машина была потом усовершенствована русскими инженерами Абрамовым и Писаревым, заменившими холщовую ленту металлической.

V ^ Ф р

В 1872 году знаменитый механик И. А. Вышнеградский опубликовал труд о подъемных машинах. Эта работа многим способствовала становлению горной механики — науки о машинах, применяющихся на шахтах и рудниках.

В 1879 году вышел курс горнозаводской механики, написанный профессором Горного института И. А. Тиме (1838—1920). Глубокий теоретик, Тиме подверг анализу многие из проблем, волновавших горняков. Не ограничиваясь, однако, теоретическими изысканиями, Тиме проводил и экспериментальные исследования, изучал, например, рудничные канаты.

Основоположник русской школы горной механики отдал этой науке сорок лет своей жизни.

В 1880 году вышел в свет курс горного искусства, принадлежавший перу коллеги Тиме — профессору Г. Я- Дорошенко (1846- 1910).

Этот капитальный труд — важная веха в развитии горной науки. Г. Я. Дорошенко не только дал замечательное обобщение знаний и опыта, накопленных горняками России и других стран, но внес в горную науку много своего, нового. В частности, им была разработана превосходная классификация горных пород в отношении устойчивости. Большое внимание уделил Г. Я- Дорошенко проблеме обогащения руд — разработке методов очищения руд от примесей.

Всякий занимающийся историей горного дела не может пройти и мимо научной статьи инженера И. Кржижановского «Исследование некоторых типов рудничной крепи в статическом отношении», появившейся в 1895 году.

Какова величина того давления, которое приходится выдерживать рудничной крепи? Вопрос, поставленный автором статьи, очень важен. Решение, которое на основании тщательных исследований дал Кржижановский, было поразительно.

Над крепью высится огромная толща породы. Можно подумать, что огромны и силы, стремящиеся сломить стойки. Но рассуждать таким образом было бы ошибкой, показал русский инженер. Лишь ничтожную долю породы приходится удерживать крепи. Большая же часть давления лежащих над выработкой пластов уравновешивается действием сил, возникающих в пластах самой породы.

. ВьшодЫ) к которым пришел Кржижановский, стали отправной точкой для всех дальнейших исследований давления горных пород

гт 1?Ьм™И®СЯ ТДУДЫ посвятил двоению богатств земных недр ственнойГСпп™Пламенный патриот, он боролся за развитие отече-Ф ромышленнос^ги, создал первую лабораторию по исследо-

Схема подземной газификации угля

ванию нефти, выдвигал оригинальные идеи транспортировки ее — проект нефтеналивного судна для перевозки нефти по воде и нефтепроводы.

Владимиром Григорьевичем Шуховым, о котором мы говорили в других разделах книги, были созданы проекты танкера и нефтепровода — этих основных способов современной транспортировки нефти.

Интересные идеи развивал Менделеев и в работах, посвященных добыче каменного угля. Об этом уже рассказывалось в главе «Русские металлурги».

Еще в 1882 году он замечает в своей записной книжке: «Поджечь уголь под землей, превратить его в светильный, или генераторный, или водяной газ и отвести его по трубам...» Здесь, пока лаконично, была высказана мысль о создании совершенно нового способа использования энергии, заключенной в каменном угле. А в 1888 году великий новатор в статье «Будущая сила, покоящаяся на берегах Донца» подробнее изложил свою мысль.

Менделеев пишет о том, что не обязательно извлекать каменный уголь на поверхность земли, чтобы использовать его химическую энергию. Можно применить другой способ: зажечь угольный пласт и, заставив его гореть при малом доступе воздуха, превратить шахту в гигантский газогенератор. Уголь будет превращаться в высококалорийный газ, который можно по трубам направить на заводы и фабрики как ценнейшее топливо и как великолепное сырье для химического производства.

В 1912 году английский физико-химик Уильям Рамзей опубликовал статью, в которой изложил метод подземной газификации.

Владимир Ильич Ленин, познакомившись с идеей подземной газификации, дал ей очень высокую оценку. В своей статье «Одна из великих побед техники», напечатанной в 1913 году, обрисовал, какие огромные блага принесет человечеству подземная газификация угля.

Реализация идеи подземной газификации оказалась делом очень сложным. В СССР она воплощается в живую действительность. Сейчас у нас уже работают шахты, где осуществляется подземная газификация угля.

К началу XX века в горной науке было накоплено огромное богатство фактического материала. Разведка месторождений, проходка шахт, крепление выработок, освещение их, вентиляция, обогащение полезных ископаемых, горная механика и т. д. — каждый из разделов горной науки и техники стал выделяться в самостоятельную дисциплину.

Началась особенно углубленная разработка проблем горного дела. На помощь были призваны методы математического анализа и лабораторные исследования.

Переходу горной науки на новую, более высокую ступень способствовали труды плеяды талантливых русских ученых Б. И. Бокия, А. М. Терпигорева, 'М. М. Протодьяконова, А. А. Скочинского, Л. Д. Шевякова. Начав свою деятельность еще в царской России, эти ученые явились затем основоположниками советской горной науки.

Труды профессора Бориса Ивановича Бокия (1873—1927) открыли новую эпоху в горной науке. Он приложил математические методы к решению проблем горного дела.

Электробур.

Закладывая рудник, проектировщики должны установить: как

с наименьшими затратами вскрыть месторождение, как выгоднее его разработать, какие размеры должно иметь шахтное поле, как провести горные выработки. Прежде почти все это решалось в общем, на глазок. Бокий взглянул на эти проблемы с точки зрения математики. Математиками давно разработаны методы, дающие возможность решать задачи на максимум и минимум, находить способы, обеспечивающие наибольший эффект при наименьших затратах. Например, устанавливают, что линией заданной длины можно охватить наибольшую площадь, если придать ей форму окружности.

Нечто подобное задачам на максимум и минимум увидел русский ученый в проблемах горного дела. Уже первые труды Бокия, опубликованные в «Горном журнале» в 1902 году, привлекли к себе пристальное внимание горняков всего мира.

Методы, созданные исследователем, были сразу же признаны. Формулы Бокия позволили горным инженерам проектировать и строить шахты и рудники быстро, экономично, надежно.

Почин Бокия уже в первые годы XX века был подхвачен и продолжен профессором А. М. Терпигоревым.

Работа А. М. Терпигорева «Разбор систем разработок каменного угля, применяемых на рудниках юга России, в связи с подготовкой к очистной добыче», опубликованная в 1903—1904 годах в «Горнозаводском листке», принесла широкую известность ее автору.

Читатели нашли в ней тонкий анализ разных систем разработки каменноугольных месторождений с точки зрения технической и экономической целесообразности.

Выводом формул, охватывавших более широкий круг факторов, чем формулы, данные Бокием, Терпигорев намного продвинул вперед горную науку.

Выдающийся вклад в развитие аналитических методов внес академик Лев Дмитриевич Шевяков.

Будучи инженером, еще в первых своих работах он сумел решить общую задачу определения шахтного поля с учетом особенностей залегания месторождения, проектной мощности шахты, дальности транспортирования ископаемых.

В первые годы XX века Александром Александровичем Скочинским было начато еще одно направление в горном деле. Скочинский поставил на научную основу вопросы рудничной вентиляции, газового режима шахт, профилактики и борьбы с подземными пожарами. Он явился основоположником рудничной аэрологии. Эта наука рассматривает вопросы газо- и теплообмена в выработках, определяет законы движения воздуха и газов в шахтах и учит управлять этим движением.

Скочинский подверг глубокому исследованию вопросы, связанные с проникновением рудничного газа в выработки и образованием угольной взрывоопасной пыли. Работы Скочинского лишь после Октябрьской революции получили широкое применение. Его исследования помогли создать способы предотвращения пожаров и взрывов и улучшить условия труда в шахтах.

Заметный след в горном деле оставили труды профессора Михаила Михайловича Протодьяконова (1874—1930).

Ученый сосредоточил свое внимание на исследовании давления по

род. Его работа «Давление горных пород на рудничную крепь» (1907 г.) сыграла большую роль в развитии этой области горного дела. Русский ученый ввел, в частности, новое понятие о своде обрушения, прочно вошедшее в науку.

В 1897 году русский изобретатель А. Камери создал проект машины, которая могла производить зарубку и отбойку угля в шахтах, и затем получил патент на свое изобретение. Шахтовладельцы остались глухи к предложению конструктора, выдвинувшего идею горного комбайна.

Создание горных комбайнов началось только после Октябрьской революции.

* ❖ ❖

С именем выдающегося русского инженера-электрика Роберта Эдуардовича Клаосона (1868—1926) связано рождение крупного изобретения в области разработки торфяных залежей.

Добыча торфа долгое время была одной из самых труднейших. Торфяникам приходилось работать вручную в тяжелых условиях: стоя

по колено в болоте, они лопатами извлекали торф.

Классон был первым инженером, который сумел механизировать добычу торфа. Он предложил разбивать торфяные залежи сильными струями воды и получающуюся жидкую массу перекачивать с помощью насосов от места добычи к месту сушки.

Гидроторф — изобретение Клаосона — не был применен в царской России. Капиталисты, владельцы торфяных предприятий, находили более выгодным пользоваться дешевой рабочей силой.

Способ Клас’сона нашел применение только после Великой Октябрьской социалистической революции. В. И. Ленин, считавший гидроторф

замечательным изобретением, всячески способствовал его широкому внедрению на торфяных промыслах нашей страны. Способ Классона помог освободить рабочих-торфяников от изнурительного й вредного труда и повысить мощь нашей торфодобывающей промышленности.

Советская горная промышленность применяет замечательные машины и механизмы и наиболее совершенные методы добычи подземных богатств.

Член-корреспондент Академии наук СССР М. А. Капелюшников изобрел турбинное бурение нефтяных скважин — самый производительный способ бурения. Используя турбобур, советские нефтяники освоили сложнейший вид бурильных работ: они бурят не только вертикальные, но и наклонные скважины.

В нашей стране имеются и новейшие средства бурения — электробур, а также турбобур, система которого по праву считается лучшей в мире.

На наших шахтах применяются угольные комбайны. Наши инженеры разработали уже много типов этих замечательных машин, освобождающих шахтеров от тяжелого труда в забое. На многих шахтах у нас можно увидеть подвижное крепление горных выработок.

Советская горная промышленность заслуженно гордится установками для бурения уже не узких скважин, а целых шахт. Созданы машины для погрузки и транспортировки угля и породы.

Советская власть окружила заботой и почетом шахтеров. В шахтах засияли люминесцентные лампы, заливающие своим, подобным солнечному, светом темные когда-то выработки. Советские шахты становятся настоящими подземными заводами*



Истории, рассказы о русской науке и технике, Болховитинов В. 1957