CC BY
24
- © C.B. Сластунов, 2014
УДК 622(091); 622(092)
С.В. Сластунов
ГОРНЫЙ ИНЖЕНЕР НОЖКИН НИКОЛАЙ ВАСИЛЬЕВИЧ — ПРОФЕССОР МОСКОВСКОГО ГОРНОГО ИНСТИТУТА
Статья посвящена 85-летию со дня рождения Н.В. Ножкина (1928-1995 гг.), профессора кафедры «Аэрология и охрана труда» Московского горного института, горного инженера, доктора технических наук, выдающегося русского ученого, основателя научного направления по заблаговременной дегазации угольных месторождений. Ключевые слова: заблаговременное управление свойствами и состоянием угольных пластов для борьбы с основными опасностями в угольных шахтах, гидрорасчленение угольных пластов скважинами с поверхности, впервые в мировой практике, технологии будущего.
Из всех своих регалий Николай Васильевич на первое и основное определяющее его профессиональное место ставил «горный инженер», а не «профессор», хотя он был настоящим профессором и не «доктор наук», хотя он был им с большой буквы, а «горный инженер», считая это первоосновой и предметом особой гордости. Он — карагандинец, из шахтерской семьи, сам работал в шахте. Отец — Василий Иванович и братья — Борис и Иван — бригадиры посадчиков, опаснейшей шахтерской профессии. Борис Васильевич погиб в шахте под обвалом во время очередной посадки, Иван Васильевич умер едва выйдя из шахты. Василий Иванович после тяжелых травм вышел на пенсию очень больным человеком. Наверное, все это может объяснить то, что Николай Васильевич Ножкин всю свою профессиональную жизнь посвятил вопросам безопасности труда шахтеров.
В 2013 г. исполнилось бы 85 лет со дня рождения Николая Васильевича Ножкина, профессора кафедры «Аэрология и охрана труда» Московского горного института, в настоящее время Московского государственного горного университета.
В стенах названного учебного учреждения трудились и трудятся в настоящее время большое количество выдающихся ученых и
7
педагогов. Без некоторых из них невозможно сегодня представить историю МГИ-МГГУ. И в первую очередь это касается тех ученых, с именами которых связано настоящее и будущее университета, которые создали или существенно развили мощные научные школы, которыми мы гордимся и которые эффективно функционируют и в настоящее время, олицетворяя современный уровень российской и мировой науки. Одним из этих ученых, без сомнения, является Николай Васильевич Ножкин и его научное направление по управлению свойствами и состоянием углегазоносной толщи для безопасной и эффективной разработки угольных месторождений, борьбе с основными опасностями в угольных щахтах, заблаговременной дегазации угольных месторождений и шахтных полей скважинами с поверхности с гидрорасчленением и другими активными воздействиями на углегазоносную толщу.
Именно им были сделаны первые наиболее тяжелые и важные шаги в части реализации основного принципа разработки углега-зовых месторождений — необходимости разделения во времени и пространстве основных горных (подготовительных и очистных) работ и вспомогательных работ по дегазации и управлению свойствами и состоянием углегазоносного массива.
Им были впервые в мировой практике реализованы эти работы в 1961 г. на поле шахты № 22 в Карагандинском угольном бассейне, а затем на десятках шахтных полей Карагандинского и Донецкого бассейнов.
Именно им была предложена идея, которая рано или поздно явится одним из основополагающих принципов эффективной по-стадийной разработки угольных месторождений, сущность которой заключается в следующем. После реализации первого этапа — проведения геологоразведочных работ до начала следующего этапа — ведения основных горных работ (вскрытие, подготовка и отработка шахтного поля) должен проводится отдельный, непредусмотренный нормативными документами, но очень важный этап работ, осуществляемых через те же геологоразведочные (а при необходимости и через дополнительные технические) скважины по управлению или целенаправленному изменению свойств и состояния углегазоносного массива с целью предотвращения основных опасностей в угольной шахте (повышенного газовыделения и пылеобразования, внезапных выбросов угля и газа, эндогенной пожароопасности, горных ударов и некоторых других).
8
На добрый десяток лет работы по заблаговременному извлечению метана через скважины, пробуренные с поверхности с гидрорасчленением угольных пластов на шахтах Карагандинского и Донецкого бассейнов СССР опередили аналогичные работы в США, Австралии, КНР и некоторых других ведущих угледобывающих странах мира. Основные технологические решения в этом направлении были защищены более, чем 80 авторскими изобретения и патентами СССР и России. Автором основополагающих патентов является Н.В. Ножкин и его ближайшие ученики и последователи. Приоритет основных технологических приемов по сравнению с зарубежными аналогами был в очередной раз подтвержден решением Ученого совета МГГУ в середине 90-х гг. (вопрос рассматривался по инициативе тогдашнего ректора университета, руководителя одной из ведущих научных школ МГГУ «Подземные горные системы» чл.-корр. РАН Ё.А. Пучкова), которое было разослано во все ведущие метано- и угледобывающие компании мира, университеты и организации, работающие в указанном научном направлении.
К заслугам Н.В. Ножкина надо отнести не только приоритет его научного направления, но и принципиальные научные достижения, не в полной мере понимаемые при его жизни и даже в настоящее время, научное значение которых невозможно переоценить.
Приведу лишь один пример.
Н.В. Ножкин ввел в научный обиход термин «гидрорасчленение», в то время как за рубежом применяется термин «гидроразрыв» и до последнего времени практически всеми специалистами эти термины понимались как синонимы, взятые из нефтяной практики, где достаточно давно применяется гидроразрыв нефтеносных пород. Считалось, что угольщиками (Н.В. Ножкин и его последователями, коллегами-производственниками) взята на вооружение нефтяная технология и для некоторого научного дистанцирования названа несколько иначе, что не меняет своей принципиальной сути. И до сих пор на всех международных конференциях технологии «гидроразрыва» и «гидрорасчленения» рассматриваются и понимаются как идентичные технологии, что по существу абсолютно не правильно.
Во многих работах Н.В. Ножкина [1, 2 и др.] приводится индикаторная кривая режимов внедрения жидкости в пласт (рисунок).
По технологии, разработанной Н.В. Ножкиным, которая и в настоящее время успешно применяется в Карагандинском угольной бассейне, на угольных пластах реализуется режим гидрорасчленения (кривая АВ
9
Индикаторные линии режимов внедрения текучего в пласт
Режимы внедрения текучего в пласт: ОА — фильтрация; АЗН —гидроразрыв; АВ — гидрорасчленение
на рисунке), в то время как известными зарубежными компаниями реализуется режим гидроразрыва (кривая АЗН на рисунке). При гидрорасчленении происходит плавное раскрытие уже существующих систем трещин в пласте (число основных систем трещин в угольном пласте по результатам шахтных исследований составляет от 2 до 4). Трещины, как правило, близкие к вертикальным и пересекают угольных пласт на всю мощность. Установлено число этих трещин в каждой системе [1, 2]. Технологическим «ноу-хау» технологии гидрорасчленения является, кроме темпа и объема закачки рабочей жидкости, выход на режим закачки, обеспечивающий раскрытие уже существующих трещин, а не разрыв толщи «по-живому», т.е. ее гидроразрыв.
Удовлетворительные результаты по высоким дебитам скважин на многих объектах США связаны с тем, что гидроразрыв толщи высоковязкими рабочими агентами (гелями и др. с небольшим объемом закачки, исчисляемыми десятками кубических метров) с образованием не очень протяженных разрывных трещин вокруг скважины (до 50-60 м по известной информации) в условиях высокой проницаемости толщи дает очень хорошие результаты. Но аналогичные работы тех же компаний в условиях низкопроницаемых пластов
10
Кузбасса и Караганды (например, опыт компании Шлюмберже и некоторых других там в последние годы) показали неудовлетворительные результаты. Необходимая эффективность и высокие технико-экономические показатели достигаются при реализации именно режима гидрорасчленения, что подтверждает практика проведения этих работ на более, чем десятке шахтных полей Карагандинского и Донецкого бассейнов.
Отличительными особенностями разработанной отечественной технологии (представленной в основных руководящих документах по дегазации угольных шахт б.СССР, России и Казахстана в настоящее время) является закачки рабочей жидкости в угольные пласты с установленным темпом, превосходящим естественную приемистость пласта и обеспечивающим равномерное раскрытие трещин в проектном радиусе от скважины, составляющим, как правило, не менее 120-150 V.
Плавный выход на режим по установленной зависимости обеспечивает раскрытие лишь естественных систем трещин в пласте и не допускает разрыва кровли. Предусматриваются достаточно большие объемы закачки рабочей жидкости (несколько тысяч кубических метров), обеспечивающие заполнение всего фильтрующего объема обрабатываемой зоны пласта и осуществление масштабной работы по замещению метана в сорбционном объеме угля, а также ряд других принципиальных моментов.
Рекомендации ученых и специалистов МГГУ в части решения данной проблемы в части проведения работ по технологии, впервые в мировой практике разработанной Н.В. Ножкиным и К° еще ждут своей реализации в основных угольных бассейнах России.
Николай Васильевич Ножкин является также автором новых пионерных технологий в части активных воздействий на углегазононый массив, которые несколько обогнали свое время, но за которыми, хотелось бы надеется, будущее.
Перечислим несколько из них.
Во-первых это идея пневморасчленеия угольных пластов. При наличие мощной передвижной компрессорной техники (в США, например, такое оборудование есть, но слишком дорогое и для этих целей не применяемое) основной недостаток гидрорасчленения, связанный с существенным снижением фазовой проницаемости пласта для газа при масштабных закачках воды будет ликвидирован. Если при закачках воды 1,5-2 года уходят на то, чтобы удалить часть воды
11
из пласта и выйти на удовлетворительные дебиты газа. При пневмо-расчленении после закачки требуемых объемов воздуха скважина может быть сразу же открыта и метан вместе с воздухом пойдет под действием пластового давления из пласта на поверхность. Безусловно, это технология будущего. Так ее характеризовал и Н.В. Ножкин.
Еще одна «золотая» идея. Вода при гидрорасчленении снижает фазовую проницаемость для выходящего из пласта метана, а воздухом раскрывать трещины — нет техники. Давайте раскрывать трещины сжиженным газом, который потом при открытии скважины перейдет в газообразную фазу и сам выйдет из пласта под действием газового давления, не снижая фазовой проницаемости для метана. Так были разработаны первые проекты по расчленению угольных пластов сжиженным азотом, пропаном, рассматривался вопрос о сжиженном углекислом газе.
Всегда остро стоял вопрос о равномерности обработки пласта, так как при гидрорасчленении раскрываются лишь основные системы трещин, которые могут не охватывать всю зону обработки. Вопрос равномерности крайне важен при дегазации выбросоопасных угольных пластов. Появилась идея цикличного гидрорасчленения: раскрыли первую систему трещин, закачали в нее опилки или что-либо иное для временной консервации — раскрыли в следующей операции еще одну систему трещин. Но есть сложность — опилки надо вымывать, чтобы по первой системе также шел газ к скважине. Есть сложности. Новая идея — с помощью сжиженного азота консервировать уже раскрытые трещины в пласте льдом, затем новыми закачками воды раскрывать новые трещины. Расконсервация происходит автоматически — лед тает под действием тепла Земли и обеспечивает высокую фазовую проницаемость пласта для метана. Идея была реализована на одной из скважин шахты им. Костенко, в настоящее время эта технология находится в резерве главного научного командования и при необходимости будет востребована.
Еще одна интересная идея Н.В. Ножкина — технология внутри-пластового взрыва. В пласт подается кислород с помощью кислородного компрессора. Кислород в пласте смешивается с метаном и при расчетных концентрациях в пласте инициируется взрыв, энергия которого идет на раскрытие трещин. Также был разработан проект, защищено под руководством Н.В. Ножкина по этой идеи 2 кандидатских диссертации (Ё.М. Крапивина, А.Н. Яковлев).
12
Можно привести еще немало интересных решений и находок (тепловое воздействие, пороховые генераторы давления, волновое и акустические воздействия) но параметры настоящей статьи не позволяют дольше задерживаться на данном аспекте. Отмечу, что мы все это помним и, если бог инноваций позволит, используем. А это значит, что идеи Николая Васильевича Ножкина живут.
Из личной справки Н.В. Ножкина:
«Ножкин Николай Васильевич, русский, родился 10 марта 1928 года в селе Паника Тамбовской области, из крестьян, горный инженер (1955), доктор технических наук (1972), профессор (1976), член КПСС (1953).
Работать начал с 1942 г. В апреле 1943 г. вступил в комсомол. В 1945 г. окончил специальное ремесленное училище № 47 в г. Москве, направлен на завод № 691. В 1947-1950 гг. совмещал практическую работу с учебой, окончил среднюю школу. В мае 1950 г. вступил кандидатом в члены ВКП(б). В 1950 г. поступил и в 1955 г. окончил МГИ. В июне 1953 г. принят в члены КПСС.
По окончании института работал в г. Караганде горным мастером, начальником участка, заместителем главного инженера угольной шахты. В 1957 поступил в аспирантуру МГИ. Кандидатскую диссертацию защитил в 1963 г., докторскую — в 1971 г.
Н.В. Ножкин сформулировал и обосновал положение о необходимости и целесообразности заблаговременной подготовки угольных месторождений к безопасной и эффективной отработке. Объяснил механизм, разработал теорию и технологические показатели гидрорасчленения угольных пластов для заблаговременного снижения газообильности, выбросоопасности, пылеобразующей способности.
Определил режимы внедрения жидкости в угольный пласт.
Установил закономерности изменения проницаемости угольных пластов. Классифицировал способы борьбы с газом и способы дегазации шахтных полей. Выдвинул и обосновал принцип многостадийного воздействия на угленосную толщу для управления свойствами и состоянием последней. Высказал, теоретически и экспериментально обосновал гипотезы о замещении (вытеснении) метана водой в сорб-ционном объёме угля и проявлении закона фазовых проницаемостей при движении жидкости и газа в угольном пласте. Автор предложений и соавтор способов кислотного, микробиологического, акустического и многостадийного воздействий на угленосную толщу. Автор
13
способов пневморасчленения, пневмооттеснения, внугрипластового взрыва, теплового воздействия, расчленения сжиженным газом.
Объяснил механизм, разработал теоретические основы указанных воздействий, провел их экспериментально-опытную проверку.
Соавтор нормативных материалов на промышленное внедрение способов гидрорасчленения и многостадийного воздействия.
Научные разработки и изобретения нашли применение на практике с большим социальным и технико-экономическим эффектом.
По научному направлению защищено 3 докторских и более 70 кандидатских диссертаций. Лично подготовил 34 кандидата наук. За научные разработки присуждены премии Совета Министров СССР, имени A.A. Скочинского, Минвуза СССР, медали ВДНХ.
Избирался председателем спортклуба МГИ, заместителем председателя студенческого профкома МГИ, членом обкома комсомола, членом бюро обкома комсомола (Караганда), членом райкома партии (г. Караганда), профоргом, парторгом кафедры МГИ, секретарем комитета ВЛКСМ МГИ, членом профкома МГИ, неоднократно утверждался председателем участковых и окружных избирательных комиссий.
Является членом профкома МГИ, членом секции геологии и горного дела комиссии по премиям Ленинского комсомола ЦК ВЛКСМ, членом Экспертного Совета Госкомизобретений.
В 1996 г. (Николай Васильевич умер 4.02.1995) в МГГУ было принято решение о приоритетности работ в области заблаговременного извлечения (добычи) метана из угольных месторождений. В решении, в частности, указывается следующее.
«Научная работа в данном направлении начата впервые в мировой практике в МГИ в 1957 г. по инициативе академика A.A. Ско-чинского.
Первый шахтный эксперимент был проведен Н.В. Ножкиным в 1962 году на шахте № 22 ПО «Карагандауголь «и с тех пор различные модификации разработанной технологии были внедрены более чем на 30 шахтах Карагандинского, Донецкого и других угольных бассейнов.
Все принципиальные элементы технологии заблаговременного извлечения (добычи) метана по мере их разработки и внедрения защищались авторскими свидетельствами и патентами (38 охранных документов).
14
Жизнь и деятельность Н.В. Ножкина была непростой, но насыщенной и интересной. Познав после института тяжелую и опасную шахтерскую жизнь, он в конце 50-х гг. с должности заместителя главного инженера отправился поступать в аспирантуру в Москву. Ходит до сих пор анекдот о его телеграмме ректору МГИ «Выезжаю такого-то, поезд такой-то, встречайте, Ножкин». Сколько тут правды — не знаю, но суть характера и замах соответствует действительности. Аспирантура на кафедре АОТ была мощная, научным руководителем аспиранта Ножкина был академик А.А. Скочинский, заведовала кафедрой профессор А.И. Ксенофонтова, из коллег по аспирантуре достаточно назвать К.З. Ушакова и А.С. Бурчакова, будущих лидеров института, факультета, кафедр, научных проблем и школ. Николай Васильевич защищаться не спешил, сначала масштабный шахтный эксперимент («впервые в мире...»), потом бумажки. Сейчас бы такой подход, ни одной защиты бы не было.
Непросто было делать карьеру в институте не через бурную общественную деятельность на благо института, не через партком, бюро, стройку, по крайней мере, Эльбрус или колхоз, а через науку, да еще свою науку. Николай Васильевич создал и возглавил Отраслевую лабораторию Минуглепрома СССР (ОНИЛПДШП — Отраслевая научно-исследовательская лаборатория предварительной дегазации шахтных полей) со своими филиалами в Караганде при КНИУИ и Макеевке при МакНИИ, опорными пунктами на многих шахтах. С высоты прошедших лет скажу, что это была уникальная, недостижимая по современным меркам сегодняшнего дня научная структура. Много молодежи, аспирантов и научных сотрудников, хорошая лабораторная база, приборы, установки, модели (многое было сделано своими силами), постоянные длительные командировки и участие в шахтных и натурных экспериментах. За прошедшие годы на этом научном багаже были защищены более 100 кандидатских диссертаций и десяток докторских. Молодежь приходила в эту лабораторию через студенческую работу на полставки по науке, студенческие конференции, специальную часть диплома, творческий взнос в виде новых идей, которые вначале докладывались на заседании лаборатории (в подвале на Молодежной), затем на научном семинаре кафедры.
Были весомые результаты — цикл работ дважды представлялся на Ленинскую премию [3]. По тем временам — огромный престиж. Работа достойно проходила, возглавлял ее сам министр угольной промышленности Б.Ф. Братченко. Но при этом не все было просто.
15
Огромная конкуренция с другими институтами — монополистами в вопросах дегазации, в частности с ИГД им. A.A. Скочинского. Тяжелейшие бои в Минуглепроме, МакНИИ и на всяких ученых советах. Не легко было и внутри института.
Печально, что лаборатория в начале 80-х гг. была злой волей людей и обстоятельств реструктурирована, а затем ликвидирована. Закон потенциалов, первое начало термодинамики. «Ломать, не строить, душа не болит». Боюсь, что сегодня этот же процесс происходит с нашим университетом. Не хочу никого винить, ни тогда, ни сейчас, но к великой печали «ничто не ново под луной», все это происходило и происходит. A лозунги, под которыми все это совершается, всегда правильные. Плохо, что все это необратимо. Впрочем, кого же это сильно волнует.
Николай Васильевич — был прирожденный лидер, человек со всем комплексом достоинств и недостатков, огромным жизнелюбием. Безгрешных в институте всегда было мало (поговаривают, что их всего 8, да и те — на фронтоне), но из профессоров в ассистенты переводили не всех, а только выдающихся. Н.В. Ножкин был как раз выдающимся. Величие ученого, наверное, в том, что реально после него остается: его ученики, последователи, дела. С этим у Николая Васильевича все в порядке, вот этому можно позавидовать. Жаль, что нет его в портретной галерее выдающихся ученых МГИ-МГГУ, зато мы и еще очень многие его очень часто вспоминаем и чтим. Человеческая память — лучшая портретная галерея в нашей быстротечной жизни.
В нашем университете помнят Николая Васильевича — подтверждением этого настоящий памятный сборник научных трудов, посвященный 85-летию со дня его рождения, где с многочисленными работами выступают друзья, коллеги, соратники, а главное, его многочисленные ученики. Представителей научной школы немало, некоторых уже нет с нами. Вот далеко не полный их перечень.
Это доктора наук: Ю.Ф. Васючков, С.А. Ярунин, Г.И. Селиванов, Ю.С. Гуревич, С.В. Сластунов, Н.Н. Красюк, С.К. Баймухаметов, Г.М. Презент, П.П. Нефедов, Б.Р. Раимжанов, П.В. Долгов, А.С. Лу-каш, Ф.И. Грохотов, К.С. Коликов, В.Н. Королева, М.В. Шмидт, А.К. Логинов.
Кандидаты наук: А.В. Агарков, В.М. Аниканов, В.И. Анисимов, Ю.Г. Анпилогов, Р.К. Атыгаев, Ш.У. Ахметбеков, Н.В. Балакшей, А.В. Борисенко, А.Ф. Брынько, А.И. Буханцов, В.В. Варыпаев, М.А. Волков, С.М. Горбунов, Н.Л. Гладкий, В.А. Громов, Ю.М. Ива-
16
нов, Л.Б. Ковальчук, В.В. Конарев, В.Н. Королёва, Ю.В. Костин, В.Г. Кочетов, А.В. Крысин, С.А. Кульков, Л.М. Крапивина, К.Д. Ли, В.И. Липа, М.Г. Лупий, Е.В. Мазаник, А.В. Михайлов, М.Т. Мукаев, Ф.А. Муллагалиев, В.М. Муравьёва, К.А. Николаев, А.Е. Пережи-лов, Б.Е. Рудаков, В.И. Самойленко, Л.П. Семёнова, И.Л. Слипчен-ко, О.В. Смирнов, Ю.М. Стефлюк,, В.А. Сыысенко, Б.Д. Терентьев, В.И. Тонких, М.С. Усенбеков, С.Я. Филоненко, Н.Х. Шарипов,
B.Н. Шмат, А.И. Швец, А.А. Шилов, В.Ф. Шевченко, Н.Ф- Щукина, А.Н. Яковлев, а также В.М. Карпов, М.П. Сарафанов, Н.М. Стоян, А.А. Шипулин* А.И. Полчин, А.Б. Салов и др.
Многие из них, несмотря на сложные для науки времена, активно продолжают работать в этом направлении — это Ю.Ф. Васючков,
C.В. Сластунов, Ю.Г. Анпилогов,, К.С. Коликов, В.Н. Королёва,
A.В. Агарков, К.Д. Ли, Ф.А. Муллагалиев, О.В. Смирнов, М.С. Усенбеков, К.Д. Ли, А.А. Шилов, Ю.М. Стефлюк, А.И, В.А. Сысенко,. Полчин, А.И. Швец, Р.К. Атыгаев, А.Б. Салов, А.К. Логинов, Е.П. Ютяев, Е.В. Мазаник, М.Г. Лупий, Ю.М. Иванов, М.А. Волков,
B.Н. Шмат, а также Г.Г. Каркашадзе, А. Хаутиев, В. Поляков и некоторые другие.
Ученый жив, если живет его дело и продолжают это дело его ученики. Это главное, что нужно сказать о Николае Васильевиче Ножкине.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ножкин Н.В. Заблаговременная дегазация угольных месторождений. — М.: Недра, 1979.
2. Временное руководство по дегазации шахтных полей Карагандинского бассейна с гидравлическим расчленением свит угольных пластов. — М.: МГИ, 1975.
3. Управление свойствами и состоянием угольных пластов с целью борьбы с основными опасностями в шахтах / В.В. Ржевский, Б.Ф. Братченко, А.С. Бур-чаков, Н.В. Ножкин. — М.: Недра, 1984. втез
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Сластунов Сергей Викторович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, научный руководитель НОЦ «Геоэкология и промышленная безопасность», Московский государственный горный университет, [email protected]
17
