Горные науки

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

  Впервые основные 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 русский 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. Узатиса (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); научным 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 Октябрьской 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 народного хозяйства. Создаются научные и учебные центры, концентрирующие исследования в области горной науки — Московская горная академия (1918), горные институты в Харькове (1922), Кривом Роге (1922), Механобр (Петроград, 1920), а также горные факультеты в политехнических институтах в Тбилиси, Баку, Ташкенте, Владивостоке. В 1926 состоялся 1-й Всесоюзный горный научно-технический съезд.

  В 20-х гг. были созданы научные основы проектирования горнодобывающих предприятий, проведены научные обобщения и установлены закономерности в основных технологических процессах горного производства, 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 промышленности и стандартизации оборудования осуществилась механизация горных работ (А. М. Терпигорев, А. О. Спиваковский и др.). Началось изучение физико-механических свойств полезных ископаемых и вмещающих пород для процессов их резания и разрушения. Формировались научные основы горной механики (А. П. Герман, М. М. Федоров, А. С. Ильичев и др.), горной геометрии и маркшейдерского искусства (П. К. Соболевский, В. И. Бауман, П. М. Леонтовский, И. М. Бахурин и др.).

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

  В исследованиях послевоенного периода значительное место заняли проблемы восстановления разрушенных горных предприятий, в частности Донецкого, Подмосковного угольных бассейнов, Криворожского железорудного бассейна

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

  Научно-техническая революция повлекла за собой резкое увеличение потребности народного хозяйства в полезных ископаемых. В 60—70-е гг., ввиду сложности и специфичности проблем, научные 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-статистических методов обоснованы инженерные экспериментально-аналитические методы расчётов 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 некоторые теоретические 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. Горбачев и др.), средства комплексной механизации очистной выемки в разнообразных горно-геологических условиях, комплексы с индивидуальной металлической крепью и механизированные комплексы, включающие узкозахватные выемочные машины, гидрофицированные крепи, передвижные конвейеры и другое 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 исполнительных органов очистных и проходческих машин (Л. И. Барон и др.).

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

  Разработаны технологические схемы ведения очистных работ и типовые модели угольных шахт (А. С. Кузьмич, М. И. Устинов и др.). В рудничной аэродинамике созданы аналитические методы расчёта вентиляционных систем проветривания шахт (А. А. Скочинский, В. Н. Воронин, В. Б. Комаров и др.). На основе изучения газоносности месторождений основных 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 инженерные способы осушения месторождений, замораживания обводнённых горных пород, специальные способы проходки выработок и агрегаты для проходки стволов шахт с поверхности (Г. И. Маньковский, Н. Г. Трупак и др.). Созданы основы подземной гидравлической добычи угля:  инженерные расчёты разрушения пластов угля мониторными струями в подземных условиях, гидравлический 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-технические 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  инженерные 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 теоретические основы и  инженерные методы расчётов по разработке россыпных месторождений (С. М. Шорохов и др.).

  Вскрыты закономерности процессов гидромеханизации открытых разработок: гидравлические 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 теоретические основы гравитационного, флотационного, электромагнитного и других способов обогащения полезных ископаемых. Исследовано действие наложенных силовых полей (магнитных, электрических, вибрационных, ультразвуковых, радиационных), позволяющих интенсифицировать существующие процессы обогащения. Созданы комбинированные обогатительно-гидрометаллургические схемы переработки ископаемого сырья с применением сорбционных, экстракционных, ионообменных процессов, позволяющих экономично извлекать компоненты из бедных руд, промышленных 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 самостоятельный 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 научные основы и создаётся специальное оборудование для подводной добычи полезных ископаемых и начаты опытные работы на шельфе по их извлечению.

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

  Выявлены особенности и обоснованы принципы оптимальной разработки полезных ископаемых, учитывающие горно-геологические 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  нефтяных 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  нефтяных 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. Половин, С. А. Оруджев, В. И. Муравленко и др.), позволившее существенно уменьшить отчуждение земельных угодий, рационально использовать площади морских оснований и приэстакадных площадок и обеспечить ускоренное развитие добычи нефти в морских акваториях и в заболоченных районах Западной Сибири. Успешно ведутся теоретические 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 алюминиевого сплава, позволяющие существенно повысить скорости бурения (В. Ф. Штамбург и др.).

  Большое внимание уделяется теоретическому и экспериментальному исследованию гидродинамики в бурении (Р. И. Шищенко, Б.С.Филатов, А. Х. Мирзаджанзаде и др.), изучению механизма возникновения осложнений в бурящихся скважинах.

  Развитие отечественной теории разработки нефтяных месторождений берёт начало с появления в 1894 работы русского геолога Л. Коншина, который 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. Крылов и Б. Б. Лапук выдвинули комплексный принцип решения задач разработки месторождений с привлечением промысловой геологии, подземной гидродинамики и отраслевой экономики. В дальнейшем были созданы научные основы комплексного проектирования разработки  нефтяных (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-технологические решения, обеспечивающие ускоренное развитие добычи нефти в Тюменской области (С. А. Оруджев, В. И. Муравленко, В. Ю. Филановский-Зенков 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 погружные 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 нефтяных промыслах южных районов страны начали внедрять высоконапорные герметизированные системы сбора и подготовки нефти, газа и воды (С. А. Везиров, Ф. Г. Баронян). В последующие годы эти системы в блочном автоматизированном исполнении получили повсеместное применение. На основе новых научно-технических решений и комплексной автоматизации перевооружено нефтедобывающее производство (В. Д. Шашин, В. И. Грайфер и др.).

  Созданы методы обработки призабойной зоны скважин, обеспечивающие значительное увеличение дебитов скважин. Разработана теория гидравлического разрыва пласта (С. А. Христианович и др.). Благодаря комплексу прогрессивных технических решений удалось эффективно освоить уникальные по запасам газовые месторождения, расположенные в зоне многолетней мерзлоты (север Тюменской области), 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 современных 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 морских акваториях разработаны и построены крупноблочные металлические 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 институтах АН СССР и союзных республик, технологических и специализированных отраслевых институтах угольной, нефтяной, газовой, химической промышленности, чёрной и цветной металлургии, промышленности стройматериалов, а также в вузах, в т.ч. в Институте горного дела им. А. А. Скочинского (Московская область, создан в 1959 на базе Всесоюзного угольного института, основанного в 1927, и Института горного дела АН СССР,  основанного в 1938), Секторе физико-технических горных проблем Института физики Земли АН СССР (Москва, 1967), Институте горного дела СО АН СССР (Новосибирск, создан в 1957 на базе Горно-геологического института б. Западно-Сибирского филиала АН СССР, основанного в 1944), Институте горного дела Министерства чёрной металлургии СССР (Свердловск, 1962), Государственном институте горно-химического сырья (Московская область, 1943), Всесоюзном нефтегазовом НИИ (Москва, 1943), Всесоюзном институте газовой промышленности (Московская область, 1948), Всесоюзном НИИ горной геомеханики и маркшейдерского дела (Ленинград, 1932), Всесоюзном НИИ буровой техники (Москва, 1953), Всесоюзном НИИ по нерудным строительным материалам (Тольятти, 1958), Всесоюзном НИИ торфяной промышленности (Ленинград, 1922) и др.

  Расширились и укрепились связи советских научных учреждений с институтами и организациями европейских социалистических стран, а также Франции, Великобритании, США, Канады, Индии и др. СССР принимает участие в международных конгрессах (горных, нефтяных, газовых, торфяных и др.).

  Периодические 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.

 

Естественные науки
Математика
Астрономия
Физические науки
Механика
Физико-географические науки
Геодезия
Картография
Метеорология
Океанология
Горные науки
Биологические науки
Почвоведение
Сельскохозяйственные науки
Медицинские науки