Горные науки

В СССР сосредоточено 25% мирового горного произ-ва, а по масштабам подземных горных работ наша страна занимает 1-е место в мире. Этим в известной мере определяется широкий размах науч. исследований по изысканию наиболее эффективных способов извлечения полезных ископаемых из недр и их переработке, по рациональному использованию недр.

Впервые осн. положения горной науки сформулировал М. В. Ломоносов («Первые основания горной науки», 1742). Большой вклад в учение о залегании руд, способах их разработки и обогащения внёс рус. учёный И. А. Шлаттер (1760). Становлению и обособлению отдельных дисциплин горной науки в России способствовали капитальные работы: в области вскрытия и систем разработки твёрдых полезных ископаемых - А. И. Уза-тиса (1843), Г. Я. Дорошенко (1880), А. М. Терпигорева (1906, 1915), Б. И. Бокия (1914); бурения - Г. Д. Романовского (1866); горной механики - И. А. Тиме (1899); горного давления и сдвижения горных пород - М. М. Протодьяконова (1912), П. М. Леонтовского (1912); науч. основам безопасности работ в шахтах - А. А. Скочинского (1901), Н. Н. Черницына (1917); обогащения полезных ископаемых - Г. Я. Дорошенко (1876), С. Г. Войслава (1876), В. А. Гуськова (1915); гидромеханизации - П. П. Мельникова (1836), М. А. Шостака (1891), И. А. Тиме (1891); подземной газификации углей - Д. И. Менделеева (1888); добычи нефти - В. Г. Абиха (1853), Н. И. Андрусова (1908), В. Н. Вебера (1911), И. М. Губкина (1916).

После Окт. революции 1917 для развития индустрии и энергетики страны было необходимо восстановить и расширить минерально-сырьевую базу. В. И. Ленин в «Наброске плана научно-технических работ» (1918) наметил пути развития науки в тесной связи с потребностями нар. х-ва. Создаются научные и уч. центры, концентрирующие исследования в области горной науки - Моск. горная академия (1918), горные ин-ты в Харькове (1922), Кривом Роге (1922), Механобр (Петроград, 1920), а также горные ф-ты в политехнич. ин-тах в Тбилиси, Баку, Ташкенте, Владивостоке. В 1926 состоялся 1-й Всесоюзный горный научно-технич. съезд.

В 20-х гг. были созданы науч. основы проектирования горнодоб. предприятий, проведены науч. обобщения и установлены закономерности в осн. технологич. процессах горного произ-ва, исследованы проблемы безопасности при разработке месторождений (Б. И. Бокий, М. М. Протодьяконов, А. М. Терпигорев, Л. Д. Шевяков, А. А. Скочинский, И. М. Губкин, И. Н. Глушков, К. П. Калицкий, Д. В. Голубятников, В. Г. Шухов и др.).

В годы довоенных пятилеток (1929- 1940) на базе электрификации горной пром-сти и стандартизации оборудования осуществилась механизация горных работ (А. М. Терпигорев, А. О. Спиваковский и др.) Началось изучение физико-механич. свойств полезных ископаемых и вмещающих пород для процессов их резания и разрушения. Формировались науч. основы горной механики (А. П. Герман, М. М. Фёдоров, А. С. Ильичёв и др.), горной геометрии и маркшейдерского искусства (П. К. Соболевский, В. И. Бауман, П. М. Леонтовский, И. М. Бахурин и др.).

В годы Великой Отечеств, войны 1941- 1945 горной наукой были решены вопросы рационального и ускоренного ввода в эксплуатацию новых месторождений полезных ископаемых в вост. р-нах страны, реконструкции предприятий и внедрения прогрессивных способов разработки на действующих шахтах и карьерах, что позволило создать крупную минерально-сырьевую базу.

В исследованиях послевоен. периода значит, место заняли проблемы восстанонления разрушенных горных предприятий, в частности Донецкого, Подмосковного угольных басс., Криворожского железорудного басс.

Начиная с военных лет, получил распространение открытый способ добычи полезных ископаемых, были построены крупнейшие горные предприятия, созданы механизиров. комплексы для горнодобычных и трансп. работ (Е. Ф. Шешко, Н. В. Мельников, А. В. Топчиев, Л. И. Городецкий, Б. И. Сатовский и др.).

Научно-техническая революция повлекла за собой резкое увеличение потребности нар. х-ва в полезных ископаемых. В 60-70-е гг., ввиду сложности и специфичности проблем, науч. исследования получают более узкую специализацию. Для натурных исследований условий залегания месторождений разработаны методы определения напряжённого состояния массива горных пород, его деформаций и сдвижений под воздействием горных работ. Разработан (Г. Н. Кузнецов) и получил применение в геомеханике метод моделирования эквивалентными материалами. На основе теории предельного состояния и вероятностно-статистич. методов обоснованы инж. экспериментально-аналитич. методы расчетов крепей горных выработок и сдвижения пород (П. И. Цимбаревич, В. Д. Слесарев и др.). Выявлены закономерности взаимодействия крепей с боковыми породами, устойчивости выработок, необходимые для выбора надёжных конструкций крепи. Установлены нек-рые теоретич. закономерности горных ударов(И. М. Петухов) и внезапных выбросов угля и газа (С. Г. Авершин, Л. Н. Быков, В. В. Ходот и др.).

Предложены и внедрены эффективные системы разработки применительно к мощным крутым угольным пластам (Н. А. Чинакал, Т. Ф. Горбачёв и др.), средства комплексной механизации очистной выемки в раздообразных горно-геологич. условиях, комплексы с индивидуальной металлич. крепью и механизирон. комплексы, включающие узкозахватные выемочные машины, гидрофицированные крепи, передвижные конвейеры и др. оборудование (А. В. Докукин, В. Н. Хорин, В. Г. Яцких и др.), средства комплексной механизации проведения и крепления горных выработок, проходческие комплексы (Н. М. Покровский, Я. Б. Кальницкий, Д. И. Малиованов и др.), а также методы расчёта параметров исполнит, органов очистных и проходческих машин (Л. И. Барон и др.).

Созданы науч. основы эксплуатации рудных месторождений - систем разработок, схем вскрытия, технологич. процессов, средств механизации (Н. И. Трушков, Н. А. Стариков, М. И. Агошков, Г. М. Малахов и др.).

Разработаны технологич. схемы ведения очистных работ и типовые модели угольных шахт (А. С. Кузьмич, М. И. Устинов и др.). В рудничной аэродинамике созданы аналитич. методы расчёта вентиляц. систем проветривания шахт (А. А. Скочинский, В. Н. Воронин, В. Б. Комаров и др.). На основе изучения газоносности месторождений осн. бассейнов предложен метод прогноза её изменения с глубиной залегания пластов (Г. Д. Лидии и др.). Разработана и внедрена предварит, дегазация угленосных толщ, а также дегазация с дневной поверхности через скважины.

Предложены инж. способы осушения месторождений, замораживания обводнённых горных пород, спец. способы проходки выработок и агрегаты для проходки стволов шахт с поверхности (Г. И. Маньковский, Н. Г. Трупак и др.). Созданы основы подземной гидравлич. добычи угля: инж. расчёты разрушения пластов угля мониторными струями в подземных условиях, гидравлич. транспорт угля и его гидроподъём с больших глубин (В. С. Мучник, Г. П. Никонов и др.).

Одним из важных направлений развития горной науки становятся физико-технич. исследования пород как объектов воздействия при горных разработках (Л. И. Барон, В. В. Ржевский, М. М. Протодьяконов-младший и др.). Разработаны основы теории разрушения горных пород взрывом и инж. методы расчёта зарядов взрывчатых веществ, определяющие степень дробления и объёмы направленного перемещения взорванной горной массы (М. А. Садовский, Н. В. Мельников, Г. П. Демидюк, Г. И. Покровский и др.).

Научно обоснованы технология и комплексная механизация вскрышных и добычных работ открытого способа разработки (Н. В. Мельников, В. В. Ржевский, Б. П. Боголюбов и др.). Созданы теоретич. основы и инж. методы расчётов по разработке россыпных месторождений (С. М. Шорохов и др.).

Вскрыты закономерности процессов гидромеханизации открытых разработок: гидравлич. разрушения пород и их гидротранспорта, складирования, использования средств гидромеханизации для совмещения процессов разработки и обогащения полезных ископаемых (Н. Д. Холин, Г. А. Нурок, Г. П. Никонов, А. П. Юфин и др.).

Углублены теоретич. основы гравитац., флотационного, электромагнитного и др. способов обогащения полезных ископаемых. Исследовано действие наложенных силовых полей (магнитных, электрич., вибрационных, ультразвуковых, радиационных), позволяющих интенсифицировать существующие процессы обогащения. Созданы комбинированные обогатительно-гидрометаллургич. схемы переработки ископаемого сырья с применением сорбционных, экстракционных, ионообменных процессов, позволяющих экономично извлекать компоненты из бедных руд, пром. растворов, сточных вод с одновременным обезвреживанием последних (И. Н. Плаксин, П. В. Лященко, В. Я. Мостович, В. И. Классен, Б. Н. Ласкорин, С. И. Полькин, В. А. Глембоцкий и др.).

Выделилась в 70-х гг. в самостоят, раздел горной науки геотехнология, теоретически обосновавшая способы добычи, основанные на переводе твёрдых полезных ископаемых в подвижное состояние непосредственно на месте их залегания (А. И. Кириченко, В. Ж. Арене и др.). Разрабатываются науч. основы и создаётся спец. оборудование для подводной добычи полезных ископаемых и начаты опытные работы на шельфе по их извлечению.

Созданы методы технико-экономич. анализа, определения оптимальных параметров шахт и рудников с учётом осн. и оборотных фондов (Л. Д. Шевяков, М. И. Агошков, П. 3. Звягин и др.).

Выявлены особенности и обоснованы принципы оптимальной разработки полезных ископаемых, учитывающие горно-геологич. условия их залегания, потери и разубоживание, уровень развития горной техники (Н. В. Мельников, М. И. Агошков, А. Н. Омельченко и др.).

Успешно развиваются горные науки, относящиеся к бурению скважин и разработке нефт. и газовых месторождений.

Исследования в области бурения на нефть и газ были направлены на создание высокоэффективной техники и технологии турбинного бурения. В 20-х гг. создан и испытан в промышленных условиях редукторный турбобур для бурения нефтяных и газовых скважин (М. А. Капелюшников и др.). В 30-40-е гг. разработана теория безредукторных осевых турбобуров, созданы и широко внедрены безредукторные турбобуры (П. П. Шумилов, М. Т. Гусман, Р. А. Иоаннесян, Э. И. Тагиев), сыгравшие решающую роль в освоении нефт. и газовых месторождений СССР в послевоен. период. Развивается теория работы турбобуров с разделяющимся потоком жидкости, что позволило сконструировать машины для глубокого бурения нефтяных и газовых скважин и проходки шахтных стволов. Созданы турбинные буры для проходки скважин большого диаметра (Г. И. Булах).

Разработаны принципы принудительного искривления скважин с большим отклонением забоя относительно устья при бурении забойными двигателями (М. П. Гулизаде, А. Г. Калинин). Широкое применение получило кустовое размещение скважин (Ф. С. Поповин, С. А. Оруджев, В. И. Муравленко и др.), позволившее существенно уменьшить отчуждение зем. угодий, рационально использовать площади мор. оснований и приэстакадных площадок и обеспечить ускоренное развитие добычи нефти в мор. акваториях и в заболоченных р-нах Зап. Сибири. Успешно ведутся теоретич. и экспериментальные исследования разрушения горных пород при бурении скважин (Л. А. Шрейнер и др.). Созданы высокопроизводит. буровые долота из сверхтвёрдого сплава. Разработаны, исследованы и широко внедрены в практику бурильные трубы из алюм. сплава, позволяющие существенно повысить скорости бурения (В. Ф. Штамбург и др.). Большое внимание уделяется теорстнч. и экспериментальному исследованию гидродинамики в бурении (Р. И. Шищенко, Б.С.Филатов, А. X. Мирзаджанзадс и др.), изучению механизма возникновения осложнений в бурящихся скважинах.

Развитие отечеств, теории разработки нефт. месторождений берёт начало с появления в 1894 работы рус. геолога А. Коншина, к-рый для исчисления остаточной добычи нефти вывел кривую постоянного процентного падения её. В 1918-24 появляются работы С. Н. Чарноцкого и др., где впервые исследовалось влияние расстояний между скважинами на производительность разрабатываемых горизонтов и самих скважин. В 1929-30 создаётся учение о режимах нефтяных залежей (Комиссия академика И. М. Губкина). Первые крупные обобщения о добыче газа были сделаны в 30-х гг. И. Н. Стрижовым и др. Основы нефтепромысловой механики, трубной и подземной гидродинамики разработаны Л. С. Лейбензоном, В. Н. Щелкачёвым, И. А. Чарным. В 1940 А. П. Крылоп и Б. Б. Лапук выдвинули комплексный принцип решения задач разработки месторождений с привлечением промысловой геологии, подземной гидродинамики и отраслевой экономики. В дальнейшем были созданы науч. основы комплексного проектирования разработки нефт. (А. П. Крылов, М. М. Глоговский, Н. М. Николаевский) и газовых (Н. К. Байбаков, Ф. А. Требин, Ю. П. Коротаев и др.) месторождений.

Разработаны эффективные методы искусств, воздействия на пласт путём нагнетания в него воды, повышающие полноту и темпы отбора нефти из недр. Эти методы предусматривают применение различных систем заводнения: законтурного, разного вида внутриконтурного, площадного (А. П. Крылов, Ю. П.Борисов, М. Л. Сургучёв, М. М. Иванова и др.), избирательно-очагового (Г. Г. Вахитов, Р. Ш. Мингареев и др.). Развитие проектирования систем разработки на новой основе потребовало более глубокого изучения вопросов подземной гидродинамики, охватывающих различные условия залегания и извлечения нефти (М. Т. Абасов, М. М. Саттаров, М. Д. Розенберг, А. К. Курбанов и др.). Получены высокоэффективные комплексные технико-технологич. решения, обеспечивающие ускоренное развитие добычи нефти в Тюменской обл. (С. А. Оруджев, В. И. Муравленко, В. Ю. Филановский-Зеиков и др.). Изыскиваются принципиально новые пути повышения нефтеотдачи пластов: испытываются методы теплового воздействия на пласт - закачка горячей воды или пара, движущийся очаг горения, «влажное горение нефти в пласте» (А. Б. Шейнман, Э. Б. Чекалюк, Ю. П. Желтов и др.). Для подъёма нефти из высокодебитных глубоких скважин внедрены глубинные штанговые и погружныс электронасосы (А. А. Богданов, Л. Г. Чичеров), позволяющие осуществлять форсированный отбор больших объёмов жидкости с глубин до 3500 м.

Ещё в 40-х гг. на нефт. промыслах юж. р-нов страны начали внедрять высоконапорные герметизиров. системы сбора и подготовки нефти, газа и воды (С. А. Везиров, Ф. Г. Баронян). В последующие годы эти системы в блочном автоматизиров. исполнении получили повсеместное применение. На основе новых научно-технич. решений и комплексной автоматизации перевооружено нефтедобывающее произ-во (В. Д. Шашин, В. И. Грайфер и др.).

Созданы методы обработки призабонной зоны скважин, обеспечивающие значит, увеличение дебитов скважин. Разработана теория гидравлич. разрыва пласта (С. А. Христианович и др.). Благодаря комплексу прогрессивных технич. решений удалось эффективно освоить уникальные по запасам газовые месторождения, расположенные в зоне многолетней мерзлоты (север Тюменской обл.), при этом разработаны и внедрены надёжные конструкции высокодебитных скважин увеличенного диаметра с защитой многолетнемёрзлых пород от растепления, применено концентрированное расположение скважин в наиболее продуктивной части месторождения.

Внедрение совр. методов защиты скважин от коррозии и сульфидного растрескивания, а также создание стойких к агрессивным средам обсадных и насосно-компрессорных труб позволили в кратчайшие сроки освоить крупные сероводородсодержащие месторождения (Оренбургское, Уртабулакское и др.). Для освоения ресурсов нефти и газа в мор. акваториях разработаны и построены крупноблочные металлич. глубоководные и железобетонные ледостойкие основания (С. А. Оруджев, Л. А. Межлумов, Ю. А. Сафаров, А. А. Асан-Нури и др.), эстакадные сооружения с приэстакадными площадками (Б. А. Рагинский, Н. В. Озеров и др.).

Исследования в области горных наук ведутся в ин-тах АН СССР и союзных республик, технологич. и специализиров. отраслевых ин-тах угольной, нефт., газовой, химич. пром-сти, чёрной и цветной металлургии, пром-сти стройматериалов, а также в вузах, в т. ч. в Ин-те горного дела им. А. А. Скочинского (Моск. обл., создан в 1959 на базе Всесоюзного угольного ин-та, осн. в 1927, и Ин-та горного дела АН СССР, осн. в 1938), Секторе физико-технич. горных проблем Ин-та физики Земли АН СССР (Москва, 1967), Ин-те горного дела СО АН СССР (Новосибирск, создан в 1957 на базе горно-геол. ин-та б. Зап.-Сибирского филиала АН СССР, осн. в 1944), Ин-те горного дела Мин-ва чёрной металлургии СССР (Свердловск, 1962), Гос. ин-те горно-хим. сырья (Моск. обл., 1943), Всесоюзном нефтегазовом НИИ (Москва, 1943), Всесоюзном ин-те газовой пром-сти (Моск. обл., 1948), Всесоюзном НИИ горной геомеханики и маркшейдерского дела (Ленинград, 1932), Всесоюзном НИИ буровой техники (Москва, 1953), Всесоюзном НИИ по нерудным строит, материалам (Тольятти, 1958), Всесоюзном НИИ торфяной промышленности (Ленинград, 1922) и др.

Расширились и укрепились связи сов. науч. учреждений с ин-тами и орг-циями европ. социалистических стран, а также Франции, Великобритании, США, Канады, Индии и др. СССР принимает участие в международных конгрессах (горных, нефтяных, газовых, торфяных и др.).

Период и ч. издания: «Горный журнал» (с 1825), «Нефтяное хозяйство» (с 1920). «Торфяная промышленность» (с 1924), «Уголь» (с 1925), «Цветные металлы» (с 1926), «Газовая промышленность» (с 1956), «Шахтное строительство» (с 1957), «Реферативный журнал. Горное дело» (с 1961) и др.

См. Нефть, Газы природные горючие. Горная наука. Н. В. Мельников, С. А. Оруджев.