Горное дело

Го́рное де́ло — область деятельности человека по освоению недр Земли. Горное дело включает все виды техногенного воздействия на земную кору, а также горные науки, изучающие закономерности преобразования и сохранения недр. Маркшейдер является одним из основных руководи­телей производственной деятельности, решающих вопросы правильного и экономичного ведения горных работ, охраны недр, учёта запасов и тому подобное.

Зарождение горного дела

Аристотель

Горное дело берёт своё начало с процесса сбора и обработки каменных ресурсов. Люди каменного века, сосуществующие с мамонтами и пещерными медведями, из-за необходимости освоения дикой природы обращали внимание на камни, находившиеся под ногами (кремень, нефрит и обсидиан). Аристотель, Авиценна, монах Альберт Великий и Георгий Агрикола, а также Вернер Абраам Готтлоб относили камни к категории природных твёрдых минералов. В ходе эволюции первобытный горный рабочий постепенно переходил от простого сбора камней к их добыче, выкапывая ямы и уступы. Существенный прорыв в истории человечества произошёл с открытием металлов, прежде всего меди и её сплава — бронзы. Это положило начало науке о геометрии недр — геодезии.

Первым, кто описывает в своих произведениях минералы, был величайший поэт древней Эллады Гомер. В своих поэмах он упоминает 16 наименований минерального сырья и лишь через 800 лет римский поэт Вергилий упоминает 22 вида минералов.

Следующим значительным шагом стало освоение железа, считающегося родом из древней Армении. Первая выплавка этого металла осуществлена легендарным племенем шалибов в XV веке до нашей эры. В ту эпоху спрос на металлы, кроме благородных (золото и серебро), был незначителен. В основном использовали медь, железо и сталь, а также сплавы меди с оловом и цинком. Свинец применялся для водопроводных труб, остатки которых были найдены в Помпеях. Ртуть, цинк и сурьма известны, но употреблялись редко.

С эпохи меди, бронзы и железа горное дело активно развивалось в различных частях мира. Развитие горных работ, включая подземные, стало более доступным, однако возрастание притока воды в рудниках создавало трудности, особенно с примитивными средствами водоотведения. Важные технологические затруднения возникали при работе с бедными рудниками из-за недостатка знаний об их обогащении.

Горное дело в России

Первое свидетельство о масштабных горно-разведочных работах датируется 1491 годом, когда великий князь Московский Иван III направил группу рудознатцев под руководством Андрея Петрова и Василия Болтина для поисков серебра в районе Печоры. Помимо серебра, на реке Цильма были найдены богатые медные месторождения. Следующей значительной экспедицией стала работа в Пермском крае в 1618-1621 годах, которую возглавил Челюк Иванович Бартенев. Успех этой экспедиции привел к указу о создании крупного медеплавильного завода.

Наибольший толчок развитию поисков и строительству заводов дал Пётр I. Для молодой России были необходимы корабли, пушки, ядра, серебро и золото. В 1700 году царь учредил в Москве Приказ рудокопных дел, что привело к увеличению числа горно-разведочных экспедиций. В конце 1719 года Петр I учредил «Берг-Коллегию» и провозгласил полную свободу горного промысла в стране.

В 1721 году крестьянин-рудознатец Михаил Волков, исследуя руды и минералы Сибири, нашёл на правом берегу реки Томь «горелую горку» — следы крупного угольного пожара. В 1722 году местное горное руководство официально уведомило об этом открытии Берг-Коллегию, что стало первым историческим документом о богатых угольных месторождениях Кузбасса. Также отправили указ для руководителя горнозаводского дела на Урале Де-Генина о проведении детальных исследований каменного угля для замены древесного топлива.

Компьютерные технологии в горном деле

В настоящее время информационные технологии активно используются в сфере горной добычи: они применяются для разработки месторождений, мониторинга качества, обеспечения безопасности, а также для сбора и хранения данных и автоматизации производственных процессов. Использование IT-технологий способствует увеличению эффективности и точности расчётов в данной отрасли.

Главные задачи информационного обеспечения:

1. выявление, регистрация, обработка и выдача данных, которые характеризуют фактическое состояние процессов производства и управления;
2. определение отклонения фактических показателей от плановых;
3. обработка полученных данных о состоянии технологических процессов управления на шахтах;
4. распределение информации между руководителями отдельных структурных подразделений шахты в соответствии с направлениями их деятельности;
5. обеспечение аппарата управления и специалистов научно-технической, финансово-экономической и социальной информацией.

Анализ системы информационного обеспечения позволяет существенно упростить работу с большими объёмами данных. Свод сведений из документации формирует информационную базу данных горнодобывающего предприятия. Автоматизация упрощает работу диспетчерской службы, объединение и анализ данных по выполненным работам и эффективности производственной деятельности в таких направлениях, как:

• добыча руды;
• отгрузка руды;
• учёт горной массы на рудных складах;
• закладка отработанного пространства;
• работа подземных участков;
• учёт объема выполненных работ по каждой единице оборудования.

Необходимость создания систем управления горно-транспортными комплексами существует с давних времён, однако ярче всего она стала обозначена в начале 60-х годов XX века. Уровень сложности иерархической структуры управления зависел от трудностей решаемых задач.

Автоматизированные системы управления горно-транспортными комплексами традиционно делят на три ключевых подтипа:

Системы с ручным режимом — это системы, которые предоставляют информацию о технологических параметрах и техническом состоянии объектов, на основе которой диспетчер или соответствующий персонал принимают решения.

Системы с режимом советчика — это системы, которые не только собирают данные с датчиков, но и обрабатывают их, предлагая диспетчеру один оптимальный вариант или несколько альтернатив для выбора.

Системы с диалоговым режимом обладают функциональностью, схожей с системами советчика, однако они работают на базе заранее установленных критериев, которые диспетчер имеет возможность изменять в реальном времени, ориентируясь на текущую ситуацию.

Экология

Экология горного производства представляет собой новую, ещё не сформированную область горных наук, которая занимается выработкой теоретических основ управления природопользованием земельными и минеральными ресурсами в процессе горных работ. Также изучаются изменения природной среды, целесообразные трансформации и меры по её охране, принимая во внимание взаимодействие общества и природы.

Сфера исследований включает:

• теоретические основы охраны окружающей среды, особенности и закономерности использования ресурсов различных природных зон при различных методах проведения горных работ. Потенциал природных ресурсов в горно-добывающихся регионах и пути освоения как невозобновимых, так и возобновимых ресурсов;
• разработка методов изучения антропогенного влияния, динамики природных комплексов, а также прогнозирования последствий масштабных горных работ, включая принципы предсказания изменений в природной среде;
• обоснование географических условий для создания горно-добывающих и перерабатывающих предприятий, их региональные особенности;
• разработка систем природоохранных мер, включая комплексные схемы охраны окружающей среды в горных зонах и мероприятия по улучшению состояния окружающей среды;
• определение основ территориального планирования и рационального природопользования с акцентом на долгосрочное размещение производительных сил;
• анализ экономики природопользования в рамках планового хозяйства, углубленное изучение социальных и экономических последствий нерационального использования ресурсов и ухудшения экологии, в том числе водоёмов;
• обоснование баланса «затраты - выгоды» для рационального использования природных ресурсов и планирования мероприятий по охране окружающей среды.

Перед экологией горного производства стоят еще не решённые научные проблемы разработки методов охраны природы при освоении запасов твёрдого минерального сырья, нефти, газов и битумов, бытовых минеральных и термальных вод, также охраны морских акваторий и поверхности земли при рациональном производстве горных работ, методов восстановления и использования земель и выработок. Разработки принципов и методов обезвоживания пульп и очистки промышленных вод в горном производстве с использованием продуктов очистки. Разработки научных основ физико-технической и экономической оценки экологических мероприятий при добыче минерального сырья.