II. История горного дела. Русские и советские ученые-горняки. Развитие горной науки

Горная наука, как и горное дело, горное искусство, уходит своими корнями в глубокую древность и насчитывает тысячелетия.

Первые обобщения опыта поисков и добычи полезных ископаемых (камней) делали еще люди каменного века. Одним из первых металлов, привлекших внимание первобытного человека, было, по мнению К. Маркса, золото «…металлическая масса, бросающаяся в глаза благодаря своей желтой окраске, должна была привлечь внимание самого нецивилизованного человека, в то время как другие вещества, также попадающиеся ему на пути, ничем не могли возбудить его едва проснувшейся способности наблюдения». Первые памятники древней письменности содержат наиболее обстоятельные данные именно о золоте и серебре, о золотых и серебряных месторождениях, их разработке и методах извлечения металлов из руд.

К. Маркс отмечал, что «металлы сами по себе как орудия производства имеют преимущество перед другими товарами, а из числа металлов – тот металл, который был раньше других найден в физически цельной и чистой форме – золото; затем медь, далее серебро и железо».

После золота, меди и серебра наибольшее распространение получила бронза – сплав меди, цинка и олова, который древние греки и римляне использовали для изготовления топоров и бритв.

Если медно-каменному веку соответствует первобытно-общинная формация, то в бронзовом веке складывается классовое рабовладельческое общество (в странах бассейна Средиземного моря).

Еще от неолита (каменного века) остались древнейшие выработки типа штолен и даже шахт, например в районе г. Волковыска в Белоруссии, из которых древние люди добывали кремень для орудий труда. С появлением письменности многовековой опыт стал концентрироваться в надписях на скалах, в храмах на памятниках и глиняных таблицах, затем на папирусах в записях египетских жрецов. В Древнем Египте наиболее ранняя добыча золота и меди на Синае и в Нубии, как свидетельствуют надписи времен I-й династии Раннего царства, велась примерно 5000-3000 лет до н.э. Сохранились карты тех горных работ, например, карта Нубийского золотого рудника эпохи Рамсеса II.

В Египте наиболее рани разработки меди начали осуществлять греческие государства около 2,8 тыс. лет до н.э., а первая бронза здесь появилась примерно 2000 лет до н.э.

В бассейне Дуная медно-каменный век начался примерно 2000 лет до н.э. Горное дело пришло сюда из Закавказья и с Юга России.

Началом железного века можно считать ХIУ век до н.э., когда был изобретен сыродутный способ получения железа. Гомер (УШ век до н.э.), например, писал, что в кладовой Одиссея хранилось «золото, медь и железная утварь чудесной работы». Применение железа для изготовления орудий труда и оружия началось с Х-ХI веков до н.э.

Одним из древнейших в мире районов добычи полезных ископаемых и производства металлов нашей стране было Закавказье. Наряду с Нубией и Синаем (в Египте) одним из древнейших районов добычи руды и производства металлов в исторических источниках называются также Сибирь, Забайкалье, Алтай, Казахстан, где чудские рудники имеют самую древнюю историю. На Урале выплавка меди из медной «зелени» или «сини» началась в конце II тысячелетия до н.э. т.е. примерно в том же период, что и в Европе.

Эти же районы были районами развитой горной промышленности в период ХУI-ХIХ веков и остаются таковыми до сегодняшнего дня. Завиднейшим «долголетием» отличается разработка Мансфельдского месторождения, которое эксплуатируется уже более 800 лет.

Первые систематизированные научные сведения по вопросам горного дела с высказыванием определенных гипотез мы находим у многих гениальных ученых древности. Среди них можно отметить величайшего мыслителя античного мира Аристотеля (384-322 гг. до н.э.), который высказал гипотезу о происхождении месторождений на основе различных изменений в недрах Земли четырех стихий Эмпедокла (495-435 гг. до н.э.) – огня, воды, земли и воздуха, которые дают огненные и водные выделения, первые из них дают камни, вторые – металлы. Здесь можно усмотреть истоки геотермальной теории происхождения рудных месторождений. А ученик Аристотеля Тиртамос (371-286 гг. до н.э.) написал научный трактат «Книга о камнях».

В дальнейшем в горной науке, как и в других науках, после эллинистической эпохи наступает период Римской империи (У-I в. до н.э.). Подробное описание добычи золота на западе Египта дал в своей книге «Историческая библиотека» Диодор Сицилийский (90-21 гг. до н.э.).

Можно также отметить Тита Лукреция Кара (II-55 гг. н.э.), который в книге «О природе вещей» привел сведения о переработке руд, о том как человек впервые освоил методы выплавления из руд металлов – золота, меди, серебра, свинца. Он же сравнивает эти металлы с точки зрения изготовления из них орудий труда и отдает предпочтение железу.

Наиболее полно вопросы горного дела и металлургии античного мира освещены в 4-х из 37 томов энциклопедического труда Кая Плиния Секунда (24-79 гг.) «Истории природы». Но в основном эти книги посвящены металлам и сплавам (книги 33 и 34), а также строительных (книга 36) и драгоценным камням (книга 37). Эти книги были переведены на русский язык В. Севергиным и изданы в 1819 г. в Петербурге. Плиний дает подробное описание 670 минералов, семи металлов – золота, серебра, меди, олова, свинца, ртути и железа, 25 видов руд, 60 видов красок и солей, 45 видов минеральных лечебных средств, около 110 видов драгоценных камней и более 80 видов простых строительных камней. Даны также описания методов ведения горных работ, в частности, гидравлический метод добычи руд. Сведения Плиния о ртути и золоте удивляют достаточно глубоким знанием этих металлов: «В серебряных жилах находится также камень, из коего истекает жидкость, никогда не застывающая, называемая гливым серебром, ртутью. Она есть яд для всех вещей. Она разъедает и разрывает сосуды с ужасным изгрызением. Все на ней плавает, кроме золота, которое одно к себе притягивает. Того ради она есть наилучшее очищающее средство золота, выгоняющее из него нечистоты, когда оно в глиняных сосудах часто будет с нею потрясаемо».

Это практически современный метод амальгации ртутью золота.

О сыродутном методе получения железа Плиний пишет так: «Примечания достойно, что когда руда плавится, то железо бывает жидко как вода, после же того разламывается на куски, подобные губкам». Можно отметить также греческого историка Страбона (63 год до н.э. – 20 год н.э.) и римлянина Корнелия Тацита (69 г. н.э.), написавшего книгу «Германия».

Много интересных сведений о рудных месторождениях, их разработках, о металлах и драгоценных камнях имеется трудах мыслителей Востока бухарца Авиценны (Ибн Сина) (988-1087 гг.) «Книга исцелений» (1023 г.), «Книга о минералах», а также хорезмийца Бируни (Аль Бируни) (973-1048 гг.), «Собрание сведений для познания драгоценностей (минераловедения)» (1048 г.).

В эпоху Возрождения центр горной промышленности переместился в Европу. В частности, в Германии в 1525 г. в указе императора Карла У сообщалось, что горным промыслом занято было уже около 100 тыс. человек. Не случайно в этот период здесь появились уже близкие к современным технические решения и понятия о разработке рудных месторождений. В трудах великого Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.) есть сведения о насосах и гидравлических колесах для откачки воды из шахт, о других гидротехнических сооружениях.

Особой полнотой изложения и широтой взглядов поражает труд Георгия Агриколы (Георг Бауэр), жившего в 1494-1555 гг. Г. Агрикола был с 1527 г. врачом, а затем бургомистром города Яхимова в Чехии, который в том время являлся крупным центром горной промышленности Европы. С 1533 г. и до конца жизни он прожил, работая городским врачом и бургомистром в городе Хемнице в Саксонии (ныне Карл-Маркс-штадт) недалеко от древшейшего горнорудного предприятия. Здесь он писал свой труд в 12 книгах «О горном деле и металлургии», на который потратил более 20 лет жизни и который опубликован был полностью в 1550 году, незадолго до лишения (в 1533 г.) автора всех его должностей (ранее он был членом Генерального штаба герцога саксонского Морица, членом городского совета и бургомистром и др.). После этого лишения Г. Агрикола впал в нищету и в 1555 г. во время диспута умер.

Г. Агрикола в свом многообразном труде не только осуществил обобщение гигантского многовекового опыта поисков, разведки и разработки месторождений, способов обогащения и металлургической переработки руд, их анализа, очистки металлов от примесей, проветривания рудников, лечения горняков и сохранения их здоровья, но и предложил много нового. В частности, он предложил способы поисков и разведки месторождений, метод выбора места заложения рудника и вскрывающих месторождение выработок, дал обоснование для выбора техники добычи полезных ископаемых, устройств для подъема руды, вентиляции шахт, рудничного водоотлива. На весьма высоком уровне излагаются их методы пробирного анализа руд, их обогащения и металлургического передела, очистки металлов. Детально освещены механизмы для выполнения различного вида работ. Впервые подробно рассмотрен вопрос о влиянии горных работ на окружающую среду. Книга Г. Агриколы была в течение веков учебником для горняков многих стран мира.

Основоположником горной науки в России был великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765 гг.). Его основными работами по горному делу являются «Первые основания горной науки», «Первые основания металлургии и рудных дел», «О вольном движении воздуха», в рудника примеченном», «О слоях земных». М.В. Ломоносов дал первое определение горной науки:»Наука, которая учит минералы знать, приискивать и приводить в такое состояние, чтобы они в обществе человеческом были пригодны, называется горная наука».

Одно перечисление частей труда М.В. Ломоносова говорит о его исключительной полноте и глубине освещения проблемы: 1) «О металлах и с ними в земле находящихся других минералах», 2) «О рудных жилах и прииске их», 3) «О учреждении рудников» с описанием вскрытия и систем разработки месторождений, 4) «О копании и укреплении рудников», 5) «Как рудник копать», о системах разработки. Далее главы: «»О подъемных машинах», «О машинах, которыми из ям худой воздух выгоняют и вместо него чистый впускают», «О машинах, которыми из рудников воду выливают», «О измерении рудников» и т.д. М.В. Ломоносов ввел четкую терминологию в области горного дела. Книга М.В. Ломоносова появилась в период мощного подъема русской горно-металлургической промышленности и способствовала ее дальнейшему развитию. Великий русский учены и в этой научно отрасли на многие десятилетия опередил свою эпоху. Его книга до сих пор не утратила своего значения в течение веков. На ней учились многие поколения русских горняков.

Из других русских ученых-горняков можно отметить астраханского губернатора В.Н. Татищева «Избранные труды по географии России» (СПб, ч. I-III, 1973 г.) и И.А. Шлаттера «Обстоятельное наставление по рудному делу» (СПб., 1760, 292 с.).

Затем в горном промышленности и в горной науке был серьезный спад и застой. И только на рубеже ХIХ-ХХ веков в России началось развитие горной промышленности. Русская горная наука в этот период была представлена плеядой таких блестящих ученых, как проф. Б.И. Бокий, академики А.П. Герман, А.А. Скочинский, А.М. Терпигорев, М.М. Федоров, член-корр. АН СССРИ.М. Бахурин, проф. М.М. Протодьяконов, академик А.Н. Динник, проф. Н.С. Успенский и др.

Характерной особенностью горной науки того времени была разбросанность и изолированность научных исследований и кадров в высших учебных заведениях. Как правило, исследования выполнялись по личной инициативе ученых, совмещающих эту работу с преподаванием горных дисциплин.

В основном это было в Петербургском и Екатеринославском горных институтах, Томском технологическом, Донском и Варшавском институтах. Эти горные школы были не только источниками горнотехнических инженерных знаний, но и колыбелью русской горной науки. В это же время создавались отраслевые журналы (в Донбассе, на Урале, в Сибири), в Москве – Горный журнал был создан в 1825 году.

Бурное развитие горной науки наступило только после Великой Октябрьской социалистической революции. Свой наиболее значительный вклад в науку внесли именно после Октября такие выдающиеся ученые, как академики А.М. Терпигорев – автор учебников по горным машинам и теории механизации горных работ, А.А. Скочинский – основатель теории проветривания рудников и борьбы с рудничными пожарами, Л.В. Шевяков и проф. Б.И. Бокий – основатели теории проектирования угольных шахт. Академик А.П. Герман заложил научные основы горной механики.

В горнорудном деле наиболее существенный вклад в науку в период 20-30-х годов внес профессор М.М. Протодьяконов – основатель теории горного дела и крепления горных выработок, который преподавал сначала в ДГИ, затем в МГИ и одновременно в Ташкентском политехническом институте.

В период 30-60-х годов сначала в МГИ, затем в ТПИ и КазГМИ работал профессор А.С. Попов – автор технико-экономического анализа в горном искусстве.

В Ленинградском горном институте в период 20-40-х годов плодотворно работал выдающийся специалист по подземной разработке рудных месторождений Н.И. Трушков, который был основателем специализации, сделал первое обобщение в 2-х томах по «Разработке рудных месторождений» (ч.1 в 1944 г. и ч. II в 1947 г.). Одновременно Н.И. Трушков в 230-е годы читал лекции в Томском политехническом институте и Уральском университете (Свердловск). Последователем Н.И. Трушкова на кафедре разработки рудных месторождений ЛГИ в 50-е годы был выдающийся горняк, основоположник методов научного проектирования горнорудных предприятий профессор П.И. Городецкий, а в 60-е годы профессор В.Н. Семевский. Сравнительно недавно, в 50-70-е годы, жили и работали академик АН УССР Н.А. Стариков (ДГИ) – автор трудов по разработке на больших глубинах, академик АН Кирг. ССР С.Г. Авершин – автор теории сдвижения горных пород и горных ударов, член-корр. АН СССР Н.А. Чинакал – автор щитовой системы разработки и др.

Наиболее видными учеными-горняками являляются академик Н.В. Мельников, благодаря трудам которого получил мощное развитие и стал основным при добыче открытый способ разработки, член-корр. АН СССР В.В. Ржевский - крупнейший теоретик в области открытой разработки месторождений, члены-корр. АН СССР М.И. Агошков и Д.М. Бронников – создатели теоретических основ подземной разработки рудных месторождений и рационального использования недр, академик АН УССР Г.М. Малахов – создатель теории выпуска руды из блоков, академик АН КиргССР О.Д. Алимов – основатель теории конструирования самоходного бурового оборудования, проф. В.Р. Именитов – автор современных учебников по подземной разработке рудных месторождений и др.

Серьезными проводниками технического прогресса являлись проектные институты. Все проектные работы для горнорудных предприятий выполнялись, как правило, силами отраслевых проектных институтов. Так, железорудные шахты и карьеры проектируют 5 проектных институтов ЧМ СССР (Гипроруда в Ленинграде с ее филиалами, Центрогипроруда в Белгороде, Южгипроруда в Харькове, Уралгипроруда в Свердловске и Кривбасспроект в Кривом Роге). Рудники цветной металлургии проектируют институты МЦМ СССР: Гипроцветмет в Москве, Унипромедь в Свердловске, Казгипроцветметпроект в Усть-Каменогорске, ДжезказганНИПИцветмет в Джезказгане, Гипроникель в Ленинграде, АрмНИИпроцветмет в Ереване, СибцветметНИИпроект в Красноярске, Дальстрой в Магадане, СредазНИИпроцветмет в Ташкенте, Норильскпроект в Норильске, Кавказгипроцветмет в Орджоникидзе и др. Часть этих институтов являлась одновременно научно-исследовательскими.

Имелись свои проектные институты и в других отраслях. Так, ВНИИхимпроект (Ленинград) выполняет проектные работы для предприятий горнохимической промышленности, Гипронинеметаллоруд (Ленинград) – для промышленности нерудных материалов (слюда) и т.д.

С целью осуществления единой технической политики в проектировании, в частности, для разработки нормативных методических материалов, изучения и распространения отечественного и зарубежного опыта проектирования, а также строительства и эксплуатации предприятий назначались головные проектные институты (Гипроруда в железорудной промышленности; Гипроникель в никелевой, оловянной и алюминиевой; Унипромедь в медной; Сибцветметпроект в флюоритовой; Казгипроцветмет в свинцовой и цинковой; СредазНИИпроцветмет в ртутно-сурьмяной и вольфрамомолибденовой и т.д.). Проектные институты, как правило, работают в контакте с головными научно-исследовательскими институтами.

Среди отраслевых научно-исследовательских институтов можно отметить следующие. В железорудной промышленности это Институт горного дела МЧМ СССР (ИГДчермет) в Свердловске – центральный институт горного профиля в черной металлургии, НИГРИ в Кривом Роге – головной по подземной разработке в черной металлургии, НИИКМА в Губкине – головной по проблемам КМА, ВИОГЕМ в Белгороде – по проблемам осушения, геологии и маркшейдерского дела, ВостНИГРИ в Новокузнецке – по проблемам сибирских рудников. В горной промышленности цветной металлургии это ВНИИцветмет (Усть-Каменогорск) – головной в свинцово-цинковой отрасли и по подземной разработке в целом по МЦМ СССР, ИРГИредмет (Иркутск) – в редкометальной, Унипромедь – в медной, Гипроникель – в никелевой и т.п. В Москве создается ВНИПИгорцветмет, который будет координировать все горные НИР по МЦМ СССР.

В горнохимической промышленности имелись Институт горнохимического сырья ГИГС (Москва), а также институт Галургии (Ленинград) с филиалами в Солигорске и Березниках и институт ВНИПИсера (Львов).

Созданием горной техники занимались институты НИПИгормаш (Свердловск), Гипроникель (Ленинград), ЦНИИподземмаш (Москва), ВНИПИгормаш (Кривой Рог) и др. Академические институты: Институт автоматики АН КиргССР, ИГД АН КазССР, ИГД СО АН СССР и др.

Головным научно-исследовательским институтом Минуглепрома СССР являлся ИГД им. А.А. Скочинского (Москва). Кроме этого в этой отрасли имеется еще целый ряд других НИИ.

Вопросы сдвижения горных пород под воздействием горных работ, горных ударов практически для всех горных отраслей исследуют ученые института ВНИМИ (Ленинград) с филиалами в Донецке, Караганде, Новокузнецке, Свердлорвске и др., который также находится в ведении Минуглепрома СССР.

Почти в каждом горном вузе имеются научно-исследовательские секторы, в работе которых участвуют профессора, доценты, преподаватели, аспиранты и студенты горных кафедр. Обычно эти работы осуществляются на основе хоздоговоров с горными предприятиями. Головной среди горных вузов – Московский горный институт.

При ряде вузов имеются проблемные и отраслевые лаборатории.

Проблемы общего развития горной науки, комплексного использования месторождений полезных ископаемых, создания новых технологических процессов и т.п. разрабатываются в главном научном учреждении горного профиля в нашей стране – Институте проблем комплексного освоения недр Академии наук России. (который возглавляли выдающиеся ученые академик Н.В. Мельников и член-корр. АН СССР Д.М. Бронников. Другие крупные академические институты это Горный институт Кольского филиала АН СССР и ИГД СО АН СССР, которые возглавляли член-корр. АН СССР И.А. Турчанинов и Е.И. Шемякин.