» » История горных технологий

История горных технологий

07.08.2016

История человеческой цивилизации представляет собой непрерывную цепь борьбы за обладание полезными ископаемыми и изделиями из них. Обеспеченность медью, солью, золотом, серебром, железом, углем, нефтью, ураном и другим сырьем лежит в основе практически всех войн, демографических взрывов и других важных событий в истории Человечества. Во второй половине XX в. Политическая карта мира была перекроена. В основе ее передела стало обладание нефтью и ураном.
Первые вещественные доказательства о зарождении горного дела имеют возраст 5 — 10 тыс. лет. История развития горных технологий включает несколько этапов.
1. Собирательство на поверхности (40—10 тыс. лет до н. э).
2. Первые подземные работы с использованием примитивных орудий из камня и рогов оленя, мускульная сила. Примитивная организация труда (10 тыс. лет до н. э.).
3. Металлические орудия, тепловая энергия, использование животных, примитивная механизация. Разработка правил эксплуатации недр (начало н. э. — средние века).
4. Механизация основных технологических процессов, появление BB, паровой и электрический привод. Создание крупных горных предприятий. Регламентация горных работ (XVIII в.).
5. Механизация и автоматизация традиционных технологий. Появление специальных технологий добычи. Принятие законов о недрах (XIX в.).
6. Модернизация традиционных технологий. Разработка специальных методов добычи, механизация горных процессов на основе достижений научно-технического прогресса (XX в.).
7. Технологии будущего с использованием новых видов энергии. Разработка природоохранных законов о недрах (наше время).
Уже на первых шагах существования организованного родового строя проводились для подземной добычи кремния горные выработки, иногда с креплением. В качестве инструментов применяли каменные орудия и кайлы из оленьего рога. В рабовладельческом обществе производилась систематическая разработка меди, олова, золота и серебра (древний Рим).
Интересно, что технологии разработки месторождений независимо друг от друга развивались в Китае, Японии, странах американского континента, что подтверждает возможность общения древних горняков.
Первые открытые разработки — собирание кремня, который в течение тысяч лет был источником огня и сырьем для изготовления орудий труда и оружия. Наиболее ранние сведения об открытых разработках камня относятся к 6-му тыс. до н. э.
Первые подземные разработки кремня датируются четвертым веком до н. э. Разработка месторождений кремня осуществлялась открытым способом. На месте древней добычи обнаружены крупные гальки со следами ударов, сколы и куски породы,
В мезолитическую эпоху освоение природных ресурсов продолжалось.
В неолитическое время наблюдается резкое увеличение числа и объемов добываемых минералов и пород.
В энеолите разнообразие сырья и приемов его обработки увеличивается.
Развитие горных технологий в каменном веке привело к открытию руд и технологии получения металла из них. Древние люди использовали природные свойства камня раскалываться по горизонтальным и вертикальным трещинам.
Полиметаллические руды для выплавки бронзы извлекались открытым способом уже в 4-м тыс. до н. э. в Индии, на Синайском полуострове, в районе Кавказа, в Эфиопии и других районах земли. Открытая добыча железных руд известна со 2-го тыс. до н. э. на Ближнем Востоке, в Индии и в Европе. В средние века открытая добыча руд цветных металлов широко практиковалась в Испании, медных и железных руд — на Урале.
Подземная добыча меди известна человеку примерно 10—15 тыс. лет. Первые серебряные рудники с четко выраженной технологией работ эксплуатировались на Синайском полуострове в эпоху фараонов (около 3 тыс. лет до нашей эры).
Революционное развитие открытых и подземных технологий добычи связано с добычей золотых и серебряных руд в Египте, Китае, Индии, Америке, Европе, на Ближнем Востоке. Добыча железа открытым способом начиналась с собирательства метеоритов, впоследствии руды извлекались из приповерхностной части месторождений.
На протяжении тысячелетий добывали только твердые полезные ископаемые. Лишь во 2-й половине XIX в. начинает развиваться добыча нефти, в начале XX в. — газа.
Современные технологии добычи полезных ископаемых принципиально не отличаются от древних технологий.
Открытые разработки угля в Европе начались после нашествия гуннов на Европу в VIII — IX вв. н. э., а подземные — несколько столетий позже. Существует мнение, что все волны глобального переселения людей с Востока на Запад имели целью обладать сырьевыми источниками для выработки металлов.
В течение тысяч лет главным инструментом горняка была кремневая кирка и кайло из рогов оленя. Их сменили медные зубила, которые забивали каменными молотками. Около 5 тыс. лет назад с освоением олова появились бронзовые орудия. Интересно, что древние металлурги Европы, Америки и России научились выплавлять бронзу независимо друг от друга.
Бронза уступила место железным клиньям и кайлам.
Первые орудия из космического железа появились 4 тыс. лет до н. э. Добыча и переработка земного железа стала доступной только около 3 тыс. лет назад, после того как было открыто явление закаливания железного инструмента.
В течение тысяч лет породы разрушали ударами инструментом, используя неоднородности пород. В средние века появилась тепловая энергия. «Арругию», или «пожог», применяли как основной способ разрушения пород. Эффект пожога усиливали охлаждением раскаленных пород холодной водой и забиванием клиньев.
В XVII в. был освоен черный порох, а в XVIII в. — динамит на основе нитроглицерина. Взрывной способ разрушения приобрел господствующую роль и развивается до уровня ядерного взрыва.
В горной технологии были изобретены самые важные инженерные решения — насосы, вентиляторы, подъемные установки и т.п.
Горняки Древнего Египта посредством примитивных бронзовых зубил, каменных кувалд и деревянных клиньев вынимали из недр блоки точных размеров для строительства пирамид. Шедевром горного дела является штольня на острове Самос длиной около 1 км, пройденная в 532 г. до н. э. двумя встречными забоями, один из которых с уклоном, а другой — с подъемом, с полным совпадением их в нужном месте.
С XI—XIII вв. используется ручное бурение горных пород. В XV—XVI вв. появляется конный привод и применяется водяное колесо для рудничного подъема. Водоотливные устройства обеспечивают откачку с глубин до 150 м.
В эпоху промышленного переворота осуществляется полный переход к применению машин. Появляется рельсовая откатка с конной тягой, применяют стальные канаты для рудничного подъема и откатки и врубовые машины. В XIX — начале XX в. осваиваются высокопроизводительные системы разработки месторождений, электрический привод для стационарных шахтных установок, электрифицируется рудничный транспорт, осуществляется механизация работ с помощью врубовых машин и отбойных молотков.
Древнейшие выработки — шурфы — редко достигали 20—30-метровой глубины при сужающемся сечении 1,5—2 м поверху и 1 м понизу. Из шурфов проходили штреки размерами 0,6—1,0 м. В середине прошлого века шахты достигали глубины 300 м.
В настоящее время глубина работ достигла 4 км, а объемы выработок в земной коре измеряются миллионами кубических метров и сравнимы с объемами пород, перемещаемыми в ходе природных процессов.
Привлечение энергетических ресурсов и машин породило технологию подэтажной отбойки с открытым выработанным пространством и обрушением пород. Обрушение земной поверхности под влиянием горных разработок считалось нормальным и допустимым. Управление состоянием очистного пространства претерпело развитие от простых способов управления к более сложным способам.
Развитие природоохранных тенденций во второй половине XX в. породило технологии с закладкой пустот сухой, гидравлической, глиняной и, наконец, универсальной твердеющей смесью.
Одновременно получили распространение способы добычи с выщелачиванием металлов, хвосты которых по свойствам аналогичны твердеющей закладке. Эти технологии позволяют извлекать большинство металлов не только из руд, но и из природных растворов и стоков промышленных предприятий.