Основные этапы развития горного дела в мире и зарождения мировой угольной промышлннности

• Исторический обзор развития горного дела в мире в доиндустриальную эпоху
• Начало «угольной эры» в энергетической истории человечества

Исторический обзор развития горного дела в мире в доиндустриальную эпоху

Горное дело, как вид полезной деятельности по извлечению из поверхностной оболочки земли полезных ископаемых, эволюционировало в своей длительной истории под влиянием человеческих потребностей: в древние века в целях самозащиты в борьбе с дикой и суровой природой; в более поздние века - в целях получения необходимых веществ и материалов. Георгий Агрикола (Г.Бауэр) — знаменитый горняк средневековой Европы, ссылаясь на труды писателей и философов Древнего Рима и Греции, отмечал, что горное дело наделило некоторые государства, их правителей и многих частных лиц политической мощью и богатством еще задолго до Рождества Христова.

Уже тогда зародились технологические основы современного горного дела. Доступ к рудным телам осуществлялся с помощью сети подземных горных выработок и открытых карьеров; для отбойки и транспортирования горной массы широко применялись огневой способ, клиновые врубы, колесные механизмы; каменные орудия труда заменялись металлическими. В период железного века (начало I тыс. до н.э.) начали применять искусственные способы проветривания подземных горных выработок; получает применение колодезная добыча нефти; появляются первые научные обобщения о свойствах минералов и горных пород (труды Аритотеля, Теофраста, Плиния Старшего).

Считается, что горное дело берет начало с собирательства и обработки каменных минералов. Человек каменного века, современник пещерного медведя и мамонта, осваивая дикую природу, вынужден был кинуть свой взор на кремень, нефрит, обсидиан, грубо говоря «камни», лежащие под ногами. «Камнями» называли часть природных твердых минералов «отцы» минералогии. В табл. 1.1 представлены фрагменты старинных классификаций, которые дают общее представление об эволюции минералогических знаний как составной части горного дела.

Одним из самых значительных достижений человека явилось изобретение способа пробуривания отверстий в каменных орудиях. Пробуривание осуществлялось, вероятно, пустотелой костью, под которую подводился порошок более твердого минерала. В 1846 г. швейцарскому инженеру Лешо (Leschot) пришла на ум идея использовать этот способ для бурения глубоких скважин в твердых породах с помощью пустотелой коронки с расположенными по ее окружности алмазами.

По мере эволюции «древний горняк» переходил от стадии собирательства камней к стадии их выкапывания с земной поверхности с помощью ям и уступов. Учитывая его оснащенность разнообразными каменными орудиями, развитое умение пользоваться огнем, можно предполагать, что древний «Homo sapiens» был уже достаточно квалифицированным «горняком».

С началом осознанного применения огня древний человек впервые встретился с проблемой топлива. Первыми видами топлива были растительные суррогаты, высушенные экскременты животных, древесина и полученный из нее древесный уголь. В таком примитивном виде горное дело с зачатками энергетики сохранялось сотни тысяч лет.

Примерно 12 тыс. лет назад на всей земле обитало не более 500 тыс. человек. Преимущественно это были племена кочевников, вся недолгая жизнь которых проходила в поисках пропитания. От холода и хищников люди укрывались в пещерах — своих первых жилищах. Появляется потребность в каменных плитах для очагов, замощения пещер, для чего необходимо было выполнять операции выкапывания, откалывания, другие операции, необходимые для работы с горными породами. Проходятся первые воронкообразные выработки —прообразы стволов будущих шахт и штольни — первые горизонтальные выработки. Начинают использоваться также первые горные инструменты — кайло, клинья и др.

Процесс формирования оседлых цивилизаций приобрел более-менее законченные формы в эпоху неолита (V-IV тысячелетие до н.э.). Именно тогда были созданы предпосылки для перехода к производящему хозяйству, причем так быстро по масштабам каменного века, что этот период называют неолитической «революцией». В работе отмечено, что в неолите был осуществлен переход общества «от эксплуатации живой природы к господству над ней, первый шаг на пути к достижению полностью производительной экономики». С зарождения основ производительной экономики в эпоху неолита берет начало процесс осознания практической пользы ископаемых ресурсов. От естественных человеческих потребностей в добывании пищи с помощью охоты, через этапы освоения каменных материалов, плодородной почвы, леса, каменной соли и других веществ, потребности человека эволюционируют до использования глины, металлов, стекла, для приготовления которых требовались полезные ископаемые. Арсенал орудий человека пополнялся режущими, колющими, скребковыми и другими полезными инструментами.

Совершенствуется технология горных и строительных работ. Так называемый «колодец Иосифа» в Каире, построенный за 3500 лет до н.э., показывает искусство египтян в производстве горных работ. Колодец состоял из двух шахт: верхней в 50 и нижней в 40 метров глубиной, между которыми имелась куполообразная камера с находящимся в ней бассейном для сбора воды, доставляемой из нижней шахты. Вода из нижней шахты в этот бассейн и далее на поверхность доставлялась в глиняных сосудах. Вокруг верхней шахты был вырыт спиральный ход, по которому в камеру спускались животные, приводившие в движение ворот, служивший для подъема воды.

Эмпирически человек находит наиболее рациональные формы и приемы, отбрасывая худшие и закрепляя наиболее удачные. Так, например, большинство вертикальных выработок в эпоху неолита имели круглое сечение, которое было не только единственно возможным в условиях, когда техника крепления горных выработок только зарождалась, но как оказалось, и наиболее рациональным. В круглых выработках, в отличие от прямоугольных, давление распределяется по периметру более равномерно, что предохраняет их от деформации. Круглая выработка давала также наибольшую площадь при меньшем сечении. Это было понято через тысячелетия, когда сечение выработок начало увязываться с целями вентиляции.

Появляются первые горные чертежи — схемы шахт. Проветривание в шахтах осуществлялось с помощью специальных дополнительных вертикальных выработок; подземные воды собирались в ямы - водосборники, из которых воду вычерпывали кожаными или берестяными ведрами; освещение горных выработок осуществлялось сжиганием сухого хвороста или лучин, позже — с помощью масляных ламп. Для спуска и подъема людей в стенках вертикальных выработок делались небольшие уступы, применялись бревна с зарубками. На поверхность горную породу поднимали в корзинах и кожаных сумках.

Люди, выплавлявшие руду, начинают селиться в горных районах, рядом с рудниками. Прогресс в орудиях труда (металлические орудия,первые колесные механизмы и др.) сказывается на росте горной производительности, увеличении темпов проходки горных выработок, их глубине, протяженности и др. Например, древний карьер на территории современного Казахстана, где добывали медную руду, имел длину до 500, ширину до 100 и глубину до 18 метров.

Зарождается геометрия недр — геодезия. Например, в VI в. до н.э. при проведении водопроводного тоннеля на острове Самос в Эгейском море длиной 1000 м встречными забоями, проходчики точно встретились в намеченном месте. Возникает новая отрасль горного дела — обогащение полезных ископаемых, которое сводилось к ручному отбору из пустой породы ценных минералов.

С медного, бронзового и железного веков горное дело получает развитие по всему миру, где мигрируют цивилизации. Начиная с этих веков производство горных работ, в том числе подземных, уже не представляет сколько-нибудь значительных затруднений. Лишь увеличивающийся с глубиной разработок приток воды в рудниках ставил предел распространению горных работ в глубину. Справиться с сильным водопритоком при весьма примитивных водоотливных средствах было затруднительно. Правильному ведению горных работ препятствовала также невозможность использовать с выгодой большое количество бедных руд, так как способы их обогащения были в то время мало известны.

С использованием рабского труда претворялись в жизнь грандиозные для того времени горные проекты. В 1862-75 гг. при восстановлении водоотливной штольни из долины одной из рек до Фуцинского озера, расположенного недалеко от города Рима, были вскрыты старые горные выработки римлян, проведенные в царствование императора Клавдия (10 г. до н.э. - 54 г. н.э.).

Первые геологи того времени изучают особенности залегания полезных ископаемых, облегчая эксплуатацию месторождений. Успехи физики и развитие машинной техники позволяют проникнуть в глубокие недра земли, повысить производительность труда и уменьшить его стоимость. Изучение химических и физических свойств полезных ископаемых позволяет классифицировать минералы по технологическому принципу воздействия на них при добыче (металлы и РУДЫ, горючие вещества — ископаемые угли и углеводороды, соли и т.д.).

Экономический бум в центре Европы обусловил дефицит собственного горнорудного сырья. С этого времени начинается экспорт железа и меди из Швеции и Норвегии; вскоре экспортером железа стала Россия. Золото, серебро и медь ввозили из Америки, Китая и Японии, олово — из Сиама. Не были забыты и южноамериканские месторождения, например месторождения ртути в Перу, серебра — в Перу и Бразилии и др. Развитие горных промыслов в этот период создавало предпосылки для колонизации мировых территорий и создания транснациональных горнопромышленных компаний.

Например, в области Брешиа (Италия) в начале XVI в. в горно-металлургической отрасли трудилось, включая рудокопов и землекопов, повозчиков руды, рабочих у печей, кузниц и водяных колес, оружейников, скобянщиков и т.п. более 60 тыс. человек. Одних оружейных .фабрик было около двухсот.

Если на тяжелых работах в руднике использовался труд каторжан и низкооплачиваемых местных рудокопов, то для квалифицированной работы начинают приглашать чужеземных специалистов. Тем самым впервые начинают проявляться специфические особенности горного производства, связанные с истощением месторождений полезных ископаемых: горняки мигрируют в другие регионы, вступают в межэтнические связи и т.п. Начинают формироваться предпосылки социально-трудовых отношений, основанных на природе наемного труда, форм собственности горного промысла и способов управления этой собственностью.

Новый производительный импульс горное дело получило после начала применения пороха при отбойке твердых пород. Первые попытки его применения относятся к 1613 г. во Фрайберге, Верхнем Гарце, Тироле и в Венгрии. Опыты были неудачны, так как взрывы велись в открытых шпурах и не производили надлежащего эффекта. Только с 1687 г., когда начали применять глиняную забойку шпуров, получился ожидаемый разрушительный эффект. С этого времени значительно уменьшается стоимость и увеличивается производительность 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. 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 паровоймашины — 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.