CC BY
504
---------------------------------------------------- © В.Ж. Аренс, 2005
УДК 622.001 В.Ж. Аренс
ПУТИ РАЗВИТИЯ ГОРНОГО ДЕЛА И ГОРНОЙ НАУКИ
Семинар № 15
стория горного дела важный раздел горной науки. Это специальная область знаний, непосредственно соединяющая горную науку с философией. Изучение истории горного дела связано с пониманием актуальных проблем современности и того, как аналогичные проблемы решались в прошлом, связано с вскрытием их общего и различий, что позволяет возродить забытые плодотворные идеи прошлого и способствует поиску новых идей и катализаторов, стимулирующих их развитие.
Изучение истории горного дела, безусловно, окажет большое влияние на формирование обшей теории горной науки. Выясняя, каким образом на протяжении веков решались кардинальные проблемы горного дела, исторические исследования будут способствовать развитию навыков творческого анализа и самостоятельной оценки сложных проблем развития горной науки.
Сейчас, в век физики, биологии, космоса, о горной науке часто забывают, иногда просто отрицая ее значение как плодотворного раздела всей науки. Работа большого отряда исследователей по решению "прикладных" задач в области добычи полезных ископаемых подчас просто "шокирует" некоторых ученых коллег, Поэтому обсуждение исторических аспектов горного дела и горной науки имеет немалое значение для специалистов самого разного профиля.
Для того, чтобы увидеть перспективу развития горной науки, надо знать ее историю, историю создания и совершенствования способов и средств разработки месторождений полезных ископаемых, историю взаимосвязи развития горной науки с материальной и духовной культурой общества.
Академик В.И.Вернадский в 1622 г. в статье "Из истории идей" писал, что история науки должна критически составляться каждым научным поколением, и не только потому, что меняются запасы наших знаний о прошлом, но
и потому, что сама наука, развиваясь и создавая новое, неизбежно переоценивает старое. "Каждое поколение научных исследователей ищет и находит в истории науки отражение научных течений своего времени", - утверждал В. И. Вернадский.
К настоящему времени специальных работ, посвященных истории горной науки, в литературе нет. Имеется несколько публикаций по частным вопросам развития горной науки. Среди них необходимо отметить работы А.А. Зворыкина [1, 2], Е.М. Фаермана [3], Д.И. Гордеева [4], серию "Выдающиеся деятели отечественной горной науки", выпущенную в пятидесятых годах Углетехиэдатом. Ряд аспектов истории горного дела рассмотрен в работах крупных ученых-горняков [5, 6, 7, 8].
Нетрудно заметить, что в этом небольшом списке литературы явно преобладают труды по истории развития горной техники, горной промышленности. Между, тем не менее, интересна история горной науки как отрасли знания. Она представляет собой единство двух сторон -предметной и гносеологической. В данной работе, относящейся к предметному направлению, делается попытка проследить эволюцию основных научных проблем, которые решала горная наука в ходе исторического развития человеческого общества, выявить преемственность в истории развития научной мысли и намечающиеся тенденции ее развития.
Какие принципы могут быть положены в основу периодизации истории горного дела и горной науки? Как известно, периодизация исторического развития может быть основана на учете: каких-либо хронологических дат, связанных с крупными открытиями, оказавшими влияние на развитие науки; деятельности крупных ученых; изменения метода познания; обшественно-экономи-ческого строя; ступени развития мышления; связи науки с развитием техники с фундаментальными науками и т.д.
Периоды Исторические эпохи Этапы развития горной науки Основные вопросы горной науки
Древний Древнейшие этапы исторического 1 .Этап донаучных представлений Накопление эмпирических представлений и знаний
развития человечества, включая все докапиталистические формации 2. Этап первых попыток научного обобщения и систематизации горных знаний на базе практики горного дела Натурфилософское объяснение строения и происхождения недр; накапливаются сведения о методах поиска и добычи полезных ископаемых, описываются средства и приемы их разработки
З. Этап дальнейшего эмпирического развития горных знаний, обособление самостоятельной области научных знаний — "горного искусства" (горной науки) Наблюдается проникновение знаний математики, физики, механики и дело- усовершенствования способов и техники использования недр; осознаются взгляды на предмет горной науки, ее задачи, первые теоретические и практические обоснования
Новый Утверждение капитализма, становление социальной системы хозяйства 4. Этап активизации исследований в области "горного искусства", характеризующихся широким кругом комплексного изучения процессов и явлений горного производства, глубоким теоретическим подходом и применением новых познавательных средств; утверждение горной науки в системе наук о земле, начало дифференциации горных научных знаний Усиление связи с другими научными дисциплинами, особенно с фундаментальными (математика, физика, химия); поиск новых и совершенствование старых методов интенсивного использования недр с целью перспективного обеспечения растущей промышленности минеральным сырьем
Новейший Развитие глобализации сопровождающееся развитием НТР 5.Этап дифференциации горной науки, возникновение ее новых отраслей и подразделений на базе ее интеграции со смежными областями науки и техники и развитие их Поиск и научное обоснование методов рационального и комплексного использования недр, обеспечивают их комфортные условия труда и оптимальное состояние природной среды
На каждом из названных факторов можно основать исторический анализ развития горной науки. В нашей попытке изучения истории развития горной науки выделяются три периода на основе их качественного отличия по содержанию предмета науки, объему фактического материала и способу его обобщения (см. таблицу). Эти периоды сопоставляются с историческими эпохами, что позволяет более или менее четко фиксировать их хронологические границы. Связь горной науки с историческими эпохами особенно отчетлива, так как она возникла, и развивалась как прикладная наука, обслуживающая определенные виды хозяйственной деятельности, связанные с использованием природных ресурсов земных недр, являющихся условием и материальным источником жизни человеческого общества. Непосредственные запросы исторически развивающейся общественной практики стимулировали развитие науки; сменяющие друг друга способы производственной деятельности, несомненно, определя-
ли содержание и характер развития ее, последовательную смену задач. Конечно, рубежи в развитии науки не столь четкие, "размытые", что вполне закономерное явление.
Первый древний период наиболее соответствует докапиталистическим формациям, когда теоретические представления в области горной науки развивались чрезвычайно медленно и основывались не столько на опыте, сколько на натурфилософских догадках, связанных с умозрительным и с -толкованием явлений природы. В этот период, вероятно, горная наука еще не рассматривалась как единое целое с другими знаниями.
В первом периоде можно выделить три этапа. Первый фиксируется неолитической "колыбелью" человечества и заканчивается возникновением рабовладельческого строя. Археологам и историкам материальной культуры известно, что уже в неолите первобытные народы не ограничивались сбором полезных минералов», горных пород и руд на поверхности,
но начали их добывать из недр. В неолите, бронзовом и железном веках появились кремнедобывающие, а затем медные, оловянные, соляные и железные разработки. Их следы сохранились в виде ям, лазов, искусственных колодцев и подземных галерей. Задолго до возникновения науки, в глубокой древности, началось накопление эмпирических представлений и знаний о недрах, способах поиска и добычи полезных ископаемых, занявших важнейшее место в сумме знаний первобытного человека.
Начало второго этапа связано с эпохой расцвета рабовладельческих государств. В ряде стран уже тогда предпринимаются попытки материалистического осознания окружающего мира, создания объективных представлений о Земле, ее поверхности и недрах. Мыслители-материалисты того времени обращаются к природе, пытаясь понять ее законы. В их трудах содержатся элементы горно-геологических знаний. Здесь уместно вспомнить Аристотеля, его ученика Теофраста, написавшего книгу "О камнях".
Практические потребности эпохи в рассматриваемый период требовали расширения добычи полезных ископаемых. Медленно, но верно накапливался фактический материал о методах ведения горных работ, о средствах и способах разведки полезных ископаемых. За триста лет до новой эры были описаны горные орудия и механизмы. На рубеже эпох Страбон впервые описал технические приемы горного дела. Кай Плиний старший приводит сведения по горному делу и минералогии, Ветрувий оставил описания строительных и горнодобычных машин.
Третий этап связан с эпохой Возрождения и охватывает средние века всемирной истории. В это время в самой начальной стадии намечается выделение предпосылок горной науки в самостоятельную область человеческих знаний в рамках "горного дела". Материал, накопленный в предшествующие периоды, уже позволяет ученым средневековья не только умозрительно, но и многочисленными фактами обосновывать сложившиеся представления об устройстве недр, их составе, происхождении и развитии. Появляются труды, где не только описывается и обобщается опыт ведения горного дела, но и сознается специфика задач, связанных с освоением богатств недр; хотя в общих, расплывчатых чертах, но определяется и предмет науки. Ценные обобщающие сведения
по горному делу содержатся в трудах Бируни и Авиценны. В 1505 г. бургомистр Фрайберга Ульрих фон Кольбе издал наставления для горняков "Полезная горная книжица". В 1540 г. издано сочинение итальянского ученого Би-рунгуччо "О пиротехнике", где рассматриваются вопросы горного дела.
В трудах естествоиспытателя Георга Агри-колы (ХУ1 век) горные знания получают свое определение как "горное искусство". Агрикола высказывает свои взгляды на предмет и задачи горного искусства, описывает систему приемов и методов разведки, добычи, и переработки полезных ископаемых. Агрикола считает горное искусство синтетическим: "Горное дело является чрезвычайно обширным" и "чрезвычайно полезным и необходимым делом для человеческого рода". Он говорит о том, что работающим в этой области не обходимы широкие геологические и горные знания — "горняку, кроме того, нельзя быть несведущим и во многих других искусствах и науках. Прежде всего, в философии, дабы он мог знать происхождение и природу подземного мира, ибо он благодаря этому сможет находить более легкий и более удобный путь к недрам земли и получить из них более обильные плоды". Правильное в основе определение зарождающейся горной науки Агриколой, как комплексной, призванной по существу своего объекта изучать его многоаспектно, - одно из важнейших теоретических обоснований ее развития. И то обстоятельство, что оно тесно связано с другими смежными науками, на практике сталкивающимися с изучением тех же реальных объектов и явлений, которые представляют интерес и для горной науки, определило пути и темпы ее развития в последующие периоды.
В связи с этим следует заметить, что горнов дело в рассматриваемый период в еще неполном и неглубоком, но зато в широком охвате явлений вобрало в себя огромные области знаний, из которых в последующем сформировались многие научные дисциплины, целые циклы геологических, горных и других наук.
Еще больший вклад в развитие горной науки был сделан М.В. Ломоносовым, выступившим с теоретическими и практическими обоснованиями ряда научных положений в горном деле. Глубокие и новаторские взгляды М.В. Ломоносов изложил в работах "Слово о рождении металлов от трясения земли" (1757 г.), "Первые основания металлургии и рудных дел" (1759 г.). Эти сочинения М.В. Ломоносова с
полным основанием следует рассматривать как заложившие основу современным представлениям в области геологии, горной науки и других отраслей знания. Здесь разработаны основы количественных методов исследований; на уровне геологических знаний ХУШ века обоснованы наиболее доступные и объективные методы оценки строения недр, главным образом, при поисках рудных месторождений; поставлена проблема необходимости изучения природных условий рудных месторождений, особенно при разработке их. Характерно, что теоретические положения увязываются решением практических задач.
Им же дано очень емкое и по своей сути современное определение горной науки, ее предмета и задач: "Наука, которая учит минералы знать, приискивать и приводить в такое состояние, чтобы они в обществе человеческом угодны были ..." "Велико есть дело достигать в глубину земную разумом ... странствовать размышлением в преисподней, проникать рассуждением сквозь тесные расселины ... и деяния выводить на солнечную ясность".
Следует отметить работы В.И. Геннина, описавшего горно-металлургическое производство на Урале (1735г.); И.А. Шлатера - "Обстоятельное наставление рудному делу" (1761 г.); Н.А.Львова "О пользе и употреблении русского земляного угля" (1799 г.); И.Ф.Германа "О сибирских рудниках и заводах" (1797 г.) и "Историческую начертания горного производства в Российской империи" (1810 г.), А. С. Ярцева "Российская горная история" (1807 г.). Значительную роль в развитии горной науки сыграло открытое в 1773 г. Петербургское горное училище и создание в 1825 г. «Горного журнала».
В конце ХУШ века, т.е. к началу нового периода развития горная наука обрела свой солидный научный фундамент. Более того, в ХУ11 веке были установлены многие законы физики, механики, созданы новые аналитические методы в математике, и основные идеи этих открытий привносятся в горном деле, способствуют некоторому совершенствованию техники разработки месторождений полезных ископаемых.
Итак, подводя итог первому периоду развития горной науки, можно сказать, что предпосылки ее возникновения появляются еще в государствах Древнего Востока, Древней Греции. С того времени вплоть до индустриальной революции ХУШ века главная функции горной
науки - объясняющая, основная задача - познание с целью расширения горизонта науки.
Переход к новому периоду был обусловлен установлением капиталистического способа производства. "Горное искусство", все более обособляясь, смогло подняться на более высокую ступень. Этим оно, в первую очередь, обязано возросшим практически потребностям общества в полезных ископаемых. Возникла необходимость создания принципиально новых, более интенсивных методов их освоения и использования. Эта важнейшая проблема доминирует в течение всего нового периода. Ее решению подчинены специальные исследования, характерные более глубоким теоретическим подходом и широким кругом решаемых задач. Однако, усилия концентрируются, главным образом, на решении технических аспектов горного производства, нацеленных первоначально на частичную механизацию процессов, а затем - комплексную механизацию горного производства.
Горная наука параллельно развивалась во многих странах мира. Однако, наиболее успешно ее становление происходило в России. Поэтому считаю возможным остановиться на развитии Российской горной науки, как наиболее развитой.
Академик Н.В.Мельников считает, что в этот период происходит становление и выделение отдельных дисциплин в горной науке: вскрытие и системы разработки - А.И. Уэатис (184з г.), Г.Я. Дорошенко (1880 г.), А.М. Тер-пигорев (1906, 1915 гг.) В.И. Бокий (1914 г.); бурение скважин Г.Д. Романовский (1866 г.); горная механика - И.А. Тимме (1899 г.); горное давление - М.М. Протодьяконов (1907 , 1912 гг.), П.М. Леонтьевский (1912 г.); безопасность труда на подземных работах - А. А. Скочинский (1901 г.); гидромеханизация - П.П. Мельников (1886 г.), М.А. Шостак (1891 г.), И.А. Тимме (1891 г.); обогащение полезных ископаемых-Г.Я. Дорошенко (1876 г.), С.Г. Войслав (1876 г.), О.Г. Чечет (1914 г.), добыча нефти - В.А. Абих (1853 г.), Н.И. Андрусов (1908 г.), И.М. Губкин (1916 г.). В этот период предлагаются геотехнологические методы: Д.И. Менделеев (1888 г.) разрабатывает идею подземной газификации угля; Г. Фраш (1891 г.) - подземную выплавку серы; широко применяется подземное растворение солей.
Особо следует отметить работу А.И. Уза-тисса "Курс горного искусства", где рассматриваются многие дисциплины горной науки и
подчеркивается, что "Горное искусство, научая нас отыскивать и добывать полезные минералы, сливается, с одной стороны, с геогнозией, а с другой — с механикой, и, таким образом, она представляет длинный ряд разнообразных фактов, которые должны слиться в одно целое, чтобы составить самобытную отрасль знаний".
После Великой Октябрьской революции начались планомерные научно-исследова-
тельские работы, связанные с развитием и освоением минерально-сырьевой базы страны. В 1918 г. создана Московская Горная Академия, в 192Q г. - Механобр в Ленинграде, в 1922 г. -горные институты в гг. Харькове и Кривом Роге. В 192б г. состоялся 1-й Всесоюзный горный научно-технический съезд.
Б.И. Бокий, A.M. Tерпигорев, М.М. Протодьяконов, Е.Н. Баработ де Марии, Л.Д. Шевя-ков, С.М. Шорохов развивали методы проектирования и планирования горных разработок. В.А. Рудкевич, Б.Ю. Бренд, В.ИТихомиров закладывали основы первичной переработки полезных ископаемых.
В горной науке выделяются направления: подземной разработки рудных месторождений (Н.И. Tрушков, Н.А.Стариков , И.А. Кузнецов. Р.П. Каплунов, М.И. Агошков и др.); открытой разработки (Е.Ф. Шешко, Б.П. Боголюбов, Н.В. Мельников, В.В. Ржевский и др.), маркшейдерского дела (П.К. Соболевский, В.И. Бауман, П.Г. Келль, П.М. Леонтовский, П.А. Рыжов и др.) улучшения условий труда и безопасности горных работ, организации производства (А.А. Скочинский, А.И. Щербань, П.З. Звягин, А.К. Харченко и др.).
Решая многоаспектные задачи, горная наука в этот период все в большей степени привлекает достижения извне, из прикладных и смежных областей знания. В этот период началась дифференциация горной науки. Этот процесс усиливается во второй четверги XX века, Постепенно складывалась ситуация, при которой общий предмет горной науки оказывался как бы разорванным между отдельными науками. Закономерность деления горной науки на самостоятельные научные дисциплины, каждая из которых способна самостоятельно развиваться, вытекает из специфического, сложного характера изучаемого горной наукой объекта, а им являются особые природные объекты - месторождения полезных ископаемых, а также способы и средства их разведки, разработки, передела и разноотраслевые производства,
обеспечивающие горно-эксплуа-тационные работы.
В современном виде горная наука сформировалась в последние десятилетия, в настоящее время- это система наук, среди которых, кроме перечисленных ранее, можно назвать физикохимическую геотехнологию и морское горное дело. Каждая из них в том или ином плане изучает проблемы освоения и использования недр. Эти проблемы заключают в себе специфические особенности природно-геологических условий используемых месторождений, технологические приемы и технические средства их разработки, экономические и социальные аспекты организации производства. Все они объединены единой целевой установкой - социальным заказом: обеспечить высокий уровень рентабельности и экономической эффективности горной промышленности.
Итог второго периода развития горной науки - активизация исследований, комплексное изучение процессов и явлений горного производства, утверждение горной науки в системе наук о земле, дифференциация горных научных знаний, становление горной науки как активного фактора преобразования горного производства.
Новейший этап в развитии горной науки следует связывать с развертыванием НТР. НТР, как известно, поставила перед человечеством новые проблемы: охраны окружающей среды и истощения минерально-топливных ресурсов. Эти проблемы особенно актуальны для горной промышленности и науки, не решив которые, дальнейшее производственное использование полезных ископаемых может стать общественно малоэффективным. Следует заметить, что в районах горных разработок резко ухудшается географическая среда, сильный вред наносит ей способ открытых разработок, увеличение доли которого планируется в ближайшей перспективе. Эффективность способа уже в настоящее время минусуется большими неизбежными расходами на рекультивацию нарушенных разработками земель. Отсюда постановка перед наукой задач принципиального изменения в технологии добычи полезных ископаемых. Это особенно актуально потому, что современная технология не позволяет осваивать месторождения в глубоких недрах земли, а также с низким содержанием полезных ископаемых.
Совершенствование технологии должно обеспечить экономическую рентабельность
разработки месторождений, эксплуатация которых в настоящее время практически невозможна, повышение комплексного использования месторождений с извлечением всех ценных компонентов, содержащихся в них. Это особенно важно с позиции экологии, так как на стадии добычи и переработки отходы утилизируются. Комплексное использование обеспечивает снижение себестоимости минерального сырья, что достигается в первую очередь интенсификацией технологии.
Между тем механическое совершенствование технологии открытой и подземной добычи не обеспечивает значительное повышение производительности труда и снижение себестоимости. Например, за годы IX пятилетки себестоимость серы увеличилась на 22 %, фосфатной муки на 6,7 %. За годы X пятилетки эта тенденция сохранилась, себестоимость соответственно возросла еще на 43 и 32,8 %. По различным предприятиям горной химии среднегодовые темпы роста себестоимости продукции составляют - 15 % и это при общем (более 200 %) увеличении капитальных вложений. За этот же период глубина разработки на этих предприятиях увеличилась вдвое. Такое положение - не исключение. То же наблюдается и в других странах. Так, в США производительность труда на добыче угля за период 10691973 г.г. уменьшились на 38%. Данная закономерность связана с характерными особенностями добывающей промышленности, на которую природа оказывает существенное влияние. К.Маркс указывал, что в добывающей промышленности "дело заключается не только в общественной, но также и в естественной производительности труда" [11, с. 327].
Снижение производительности труда в горной промышленности и удорожание ее продукции связаны с географическим смещением ее в районы с более сложными природными условиями, что увеличивает фондоемкость производства и усложняет условия труда. Поэтому для этого периода акад. Н.В. Мельников определяет горную науку как изучающую рациональное и комплексное использование земных недр.
Как известно, горное дело за полвека шагнуло от кайла и лопаты до мощных механизированных комплексов. Однако происшедший скачок носит больше количественный, чем качественный характер, поскольку в основе технологии - все те же кайло и лопата, хотя уже и механические.
Поэтому так актуально разработать принципиально новые методы и средства добычи полезных ископаемых, избежать при этом перемещения масс пустых пород, исключить присутствие под землей человека, резко повысить производительность труда. Это - реальная задача, так как налицо и внутренняя подготовленность и зрелость горной науки для обогащения ее новейшими достижениями фундаментальных наук, на безе которых можно осуществить принципиальный сдвиг в техническом базисе горного производства.
Классиками марксизма-ленинизма доказано, что основой промышленной революции могут быть только орудия труда. Именно качественное их преобразование служит началом нового этапа развития производительных сил. Для того чтобы вызвать революцию в производительных силах, - по определению К. Маркса,
- орудие труда должно заключать в себе новый принцип К. Маркс приводит пример: "Плуг (если изменилась только тяга, вместо животного - машина, В. А.) вовсе не заключает в себе нового принципа и совершенно не годится для того, чтобы вызвать промышленную революцию" [12, с. 408]. Следовательно, замена лопаты экскаватором, атачки самосвалом, даже 120тонным, не вызовет НТР.
Условие НТР В горном деле - смена принципа действия на предмет труда- Путь коренного преобразования технологии добычи полезных ископаемых один - замена старых методов и технических средств горного производства новыми, основанными на совершенно иных принципах.
НТР должна затронуть всю систему орудий труда в технологии добычи и переработки, поскольку замена в одной технологической операции, например отбойке, при сохранении принципа действия подавляющего большинства остальных других операциях, не сможет революционизировать производительные силы [13]. Революция в производительных силах должна проявляться как технологическая революция.
Горная наука в настоящее время несколько отстает от решения новых задач, выдвигаемых НТР. При традиционных процессах добычи не происходят изменения качественных, физических или химических свойств добываемого продукта. Последний извлекается из недр земли в виде дробленой кучковатой массы и только при дальнейшей переработке приобретает новые свойства, форму, качества и т.п. На со-
временном этапе развития горного дела, когда добытый "кусок" руды обходится очень дорого, да и содержит все уменьшающееся с годами количество полезного компонента, его последующая переработка требует затрат, несопоставимых с ценностью извлекаемых продуктов. На основании сказанного можно сделать прогноз, который показывает, что в ближайшем многие полезные ископаемые извлекать из недр в виде «кусков» будет невыгодно: потребуется избирательное извлечение из недр только полезных компонентов или, иначе говоря, добыча должна соединиться и с переработкой в недрах земли. Естественно, такое кардинальное изменение должно сопровождаться принципиально новыми качественным и изменениями в горном производстве и, прежде всего, переходом при рассмотрении процесса добычи полезного ископаемого от уровня "куска" на уровень иона, молекулы и даже атома.
Если в технологии добычи полезных ископаемых не произойдет радикальных изменений, то при перспективном развитии горнодобывающей промышленности стоимость минерального сырья, особенно с учетом расходов на экологическую защиту окружающей среды, будет резко возрастать и одновременно увеличиваться опасность локальных, а возможно, и региональных кризисов [14].
С нашей точки зрения, НТР в сфере горного производства во многом связана с развитием физико-химической геотехнологии (ФХГ), как наиболее совершенной и щадящей по отношению к природе.
Нам представляется, что в недалеком будущем в горном деле машинная техника будет заменена высшей формой индустриализации производства - без машинной технологией добычи. Моделью являются природные геологические процессы образования месторождения.
Физико-химическая геотехнология только начинает создаваться, но, несомненно, ей принадлежит будущее, поскольку именно она позволит оптимально реализовать идею рационального использования недр. ФХГ — одно из важнейших направлений в расширении минерально-сырьевой базы и рациональном ее использовании.
В настоящее время в горной науке наблюдается резкий рост междисциплинарных исследований, т.е. происходит перестройка здания горной науки в целом [18]. Вероятно, новую исследовательскую парадигму можно назвать деятельной, поскольку она группирует
знания, но проблемам, а не по объектам исследования, которые предполагают дисциплинарную организацию знаний. Сущность новой парадигмы — решение проблем для осуществления задач общественной практики на основе взаимодействия различных знаний. В будущем проблемная организация горной науки, а значит, утверждение междисциплинарных общенаучных понятий станет основой развития горного дела. Современная горная наука многогранная, многоаспектная и требует осознания внутренних и внешних связей всех проводимых исследований во всех ее относительно самостоятельных областях.
Таким образом, третий период - это период дифференциация горной науки на базе ее интеграции со смежными областями науки и техники и в то же время - это синтез горных наук в единую систему знаний для поиска методов рационального и комплексного использования недр, обеспечивающих комфортные условия труда и оптимальное состояние природной среды.
Цель горной науки - не только в описании, объяснении условий средств и способов разведки добычи и первичной переработки полезных ископаемых, но главным образом в поиске путей их совершенствования и изменения для облегчения условий труда и повышения экономичности производства. Как мы уже говорили, горная наука сегодня - это сложный, развивающийся комплекс научных дисциплин. Все процессы и явления, происходящие при разведке, добыче и переработке полезных ископаемых, содержат внутренние и внешние противоречия, открытие, исследование и разрешение которых является главной задачей горной науки.
Горные науки по уровню исследований и методам решения задач существенно отличаются от таких фундаментальных наук, как физика или химия, которые используют для решение стоящих перед ними задач количественные методы. В основе решения задач, стоящих перед горными наукам и (за некоторым исключением), - качественное изучение объектов исследования. Очень часто в практике используются статистическое накопление факторов и их субъективная оценка, которая базируется на методе аналогий. Вероятно, это можно объяснить тем, что объекты горной науки представляют собой конкретные условия, для которых трудно установить законы, "общие для всех мест и времен".
Общая тенденция математизации наук не обошла и горные науки, но для решения большинства крупных горных проблем на сегодня недостаточно математических средств, поскольку задачей, например, разработки месторождений является создание самоорганизующихся многофакторных систем, а в дальнейшем и самопрограммируюших автомагов.
На наш взгляд, сегодня количественно решать задачи, возникающие, например, при разработке полезных ископаемых, можно только применительно к определенным, идеальным месторождениям. Поэтому для придания практического значения таким "количественным" решениям допущения, лежащие в основе анализа, должны, в соответствии с принятыми величинами, согласовываться с естественными условиями.
В настоящее время развитие горной науки происходит за счет расширения ее сферы, а это связано с включением в нее фундаментальных разделов физики, химии, механики и т.д. Можно полагать, что имеется принципиальная возможность точного физического или химического описания любого технологического процесса. Но для достижения этого исследования процессов должны проводиться на атомном или молекулярном уровне. Именно тогда появится возможность дать объективную оценку взаимозависимости различных условий, средств, способов и характера их суммарного воздействия на предмет исследования.
Горная наука находится на стыке естественных и общественных наук. Науки геологического цикла являются базовыми для решения всех вопросов горного производства - от разведки месторождений до переработки горной массы (учение о полезных ископаемых, гидрогеология, минералогия, петрография и т.д.). Естественные науки - физика, химия, биология
— в приложении к объектам исследования горной науки являются основой целого ряда дисциплин (физика горных пород, физика взрыва, механика горных пород, химия горных пород, рудничная микробиология и т.д.).
Прикладные технические науки (например, электротехника, автоматика, аэро- и гидродинамика и т.д.) в приложении в горному делу создали горную электротехнику, горные машины, автоматизацию горных предприятий, гидромеханизацию горных работ и т.д. Науки о мышлении и общественные науки лежат в основе постановки работы в области горного дела - это логика, философия, экономика, причем
на базе последней созданы дисциплины горного профиля: экономика, организация, планирование горного производства и управление им.
В современном понятии термин "горная наука" (или синоним "горные науки") обозначает систему знаний о средствах, способах и условиях разведки, добычи и первичной переработки полезных ископаемых.
Исходя из факторов действительности, горная наука дает правильное объяснение их происхождению и развитию, раскрывает существенные связи явлений и процессов, сопровождающих технологию разведки, добычи и переработки полезных ископаемых, вооружает человека знанием объективных законов реального мира с целью их практического применения.
Содержание и характер горных наук отражают различные стороны производства, которые позволяют определить специфические структурные связи различных дисциплин, имеющих различную природу, но объединенных своим применением.
В горной науке можно выделить геологические, естественные, технические, экономические и социальные знания, которые составляют содержание горных наук, раскрывают их предмет и могут быть сгруппированы следующим образом:
• социальные знания - определяют общественные требования к техническим решениям горного производства (законы охраны окружающей среды, охраны недр и т.д.), а также методы исследования;
• естественно-научные знания - характеризуют свойства и закономерности материальных образований, например геологические науки, физика, химия и т.д.; эти знания - основа предпосылки технических знаний;
• технические знания - используют и дополняют естественнонаучные знания в приложении к конкретным задачам горного дела. Эти знания содержат понятия и законы горного производства, а также сведения о способах, методах, приемах использования естественных знаний в горном деле.
Горная наука не может обойтись без философии, с помощью которой дается определение предмета науки, ее места среди других наук, места и роли в обществе и т.д.
Для развития горной науки необходимо раскрыть соотношение различных дисциплин горного профиля, их взаимную связь и влияние друг на друга. Все горные науки объединяют их производственная сущность и назначение. Они
же могут служить и классификационным признаком. Необходимо отметить, что основной ряд горных наук составляют науки, тесно связанные с геологией, т.е. горная наука - наука геологического профиля.
Структуру горной науки, основываясь на анализе ее предмета, можно составить из подсистем научных знаний о некоторых сторонах объекта исследований, его свойствах и процессах. Знания о структуре, свойствах и состоянии горной среды, о месторождениях полезных ископаемых суть предмет горно-геологических дисциплин. Знания о технологии разведки, добычи и переработки полезных ископаемых -предмет горно-технологических дисциплин. Знания, связанные с приложением физики, химии, механики, электротехники и других технических дисциплин, являются предметом горных физико-технических дисциплин. И, наконец, знания об экономике, организации, планировании горного производства и управления им являются предметом горно-экономических дисциплин.
Таким образом, горные науки можно подразделить на циклы горно-геологи-ческих, горно-технологических, горных физико-
технических и горно-экономических дисциплин. С другой стороны, все горные науки можно подразделить на науки, рассматривающие: месторождение в целом, горные породы, процессы технологии, минералы. Каждому уровню рассмотрения соответствуют определенные дисциплины.
Базовыми науками горного цикла являются технологические науки, связанные с технологией разведки, добычи и первичной переработки полезных ископаемых. Основу технологии разработки месторождений полезных ископаемых составляют дисциплины, рассматривающие вскрытие и подготовку месторождения, системы его разработки, а также процессы и явления, сопровождающие эксплуатацию месторождения. Закономерности этих и других наук обобщаются в теории проектирования горных предприятий.
Дисциплины, связанные с технологией разработки месторождений полезных ископаемых, можно классифицировать по способу разработки на технологию открытой, подземной, скважинкой и морской разработки. В свою очередь каждую из этих дисциплин можно классифицировать по признаку разработки различных полезных ископаемых. Например, в технологии скважинной добычи полезных ископаемых
важно выделить дисциплины, изучающие добычу нефти, газа, воды и твердых полезных ископаемых.
Горная наука связана с естественными и общественными науками. Естествознание и горную науку связывает общность объективных законов природы, открытых естествознанием и используемых горной наукой для практических разработок. Связь горной науки с общественными науками определяется целью горной науки - реализацией абстрактных знаний в промышленности - и ее социальной принадлежностью. Специфика предмета, его методологии, целей устанавливает взаимоотношение между горными и смежными науками.
История науки есть история познания законов природы. Но открытие законов - не самоцель науки. Ее задача - обслуживать практику, помочь осуществлению практической деятельности на более высоком уровне на основе использования познанных законов. Основную идею диалектического понимания развития горного дела, а следовательно, и горной науки выражает закон единства и борьбы противоположностей. Именно борьба противоположностей является источником, движущей силой развития горной науки. Разработка месторождений полезных ископаемых по своей сути противоречива. Противоречие - это прежде всего противоречие между человеком и природой, между средствами и способами разработки, с одной стороны, и условиями залегания, с другой.
Условия разработки месторождений год от года изменяются, и у общества существует постоянная необходимость видоизменять (усовершенствовать) средства и способы добычи полезных ископаемых. Это противоречие разрешается путем замены одних средств разработки другими, более совершенными. Между способами разработки и условиями залегания устанавливается некоторое соответствие, которое с течением времени опять нарушается и так до бесконечности.
Сила научного познания в том и состоит, что оно, раскрывая глубокие внутренние закономерности развития явления, дает возможность действовать с учетом этих законов, видеть перспективу развития, предвидеть будущее явлений и воздействовать на них в интересах общества. Противоречивость процесса познания требует для изучения явления анализ и синтез, индукцию и дедукцию и т.д. Противо-
положности не только не исключают, но и предполагают друг друга.
На сегодня главной движущей силой развития горного дела является противоречие между уровнем развития горной науки и состоянием горного производства. Это противоречие имеет две стороны: во-первых, общество в ходе своего развития выдвигает перед горной наукой новые требования (например, сейчас в связи с усложнением горно-геологических условий эффективная разработка новых месторождений при данной экономической и экологической конъюктуре традиционными методами нерациональна, т.е. налицо потребность принципиально новых технических решений, которые могут быть предложены только на новом уровне развития горной науки); и, во-вторых, это противоречие между уровнем знаний и уровнем производства, когда ряд принципиальных научных открытий по тем или иным причинам не находит практического применения. Так, например, предложенная еще в прошлом веке Д.И. Менделеевым идея подземной газификации угля воплотится в промышленное производство, только в XXI веке.
Некоторый разрыв между уровнем науки и уровнем производства не означает отрыв науки от практики, наоборот, это обусловлено практическими потребностями общества.
Таким образом, исследование и раскрытие противоречий горного дела - важное условие прогресса горной науки, задача, которая и состоит в том, чтобы выявить тенденции развития противоречий и на этой основе определить общее направление развития производства.
Характер и формы совершенствования горного дела, способов ведения разработок и решения других проблем горная наука определяет на основе диалектического закона перехода количественных изменений в качественные. Этот закон учит, что развитие всех явлений осуществляется путем постепенного накопления количественных изменений и превращения их на определенном этапе в коренные, качественные изменения. Действие этого закона наглядно проявляется в развитии способов разработки.
Создание новой техники влечет за собой преобразование способов ведения горных работ. Но это происходит не сразу с появлением новых средств, а лишь тогда, когда они начинают применяться в таких количествах, которые ведут к качественным изменениям. Известно, например, что горные комбайны для
добычи угля появились еще в начале XX века. Однако их незначительное количество и несовершенство не могли привести к качественным изменениям характера разработки. И только массовое производство комбайнов обусловило возникновение новых форм и способов разработки и оказало существенное влияние на их показатели.
Закон перехода количественных изменений в качественные требует внимательного отношения к тем переменам, которые происходят в техническом оснащении горного производства, своевременно определять обусловленные этим качественные перспективы.
Закон отрицания раскрывает общее направление, тенденцию развитием материального мира. "Ни в одной области не может происходить развитие, не отрицающее своих прежних форм существования" [16, с. 297].
Отрицание - результат внутреннего развития, оно присуще развитию познания, науки. Для диалектики, указывал В.И. Ленин, характерно не "голое", "зряшное" отрицание, а отрицание "как момент развития, с удержанием положительного" [17, с. 55], т.е. для отрицания характерно признание преемственности.
В результате отрицания разрешается какое-то противоречие, но развитие не останавливается, оно подготавливает новые предпосылки, условия для нового отрицания, то есть происходит отрицание отрицания. Ленин указывал, что "развитие, как бы повторяющее пройденные уже ступени, но повторяющее их иначе, на более высокой базе ("отрицание отрицания") развития, так сказать, по спирали, а не по прямой линии" [17, с.55].
Иллюстрацией действия этого закона является сама история развития горного дела. Начавшиеся с простого собирания полезных ископаемых по долинам рек с открытой поверхности, горные разработки в виде шахт и рудников начали углубляться в недра, их сменили открытые разработки, которые на базе механизации процессов могли обеспечить перелопачивание огромных масс горных пород. В дальнейшем, в связи с исчерпанием месторождений, пригодных для открытой разработки, горное дело будет переходить опять на подземную эксплуатацию месторождений, но уже на другом уровне. Это будет подземная разработка посредством скважин, то есть ФГХ методами, которые должны стать в будущем основой горного дела.
Таким образом, процесс развития горного производства в горной науки представляет собой цепь проявлений диалектических, закономерностей. Содержание этого процесса включает в себя преодоление старого, отжившего и утверждение нового, накопление положительного опыта и критическую его переработку применительно к изменившиеся условиям разработки. Основываясь на законе отрицания, горная наука должна рассматривать каждый процесс, операцию в технологии добычи полезных ископаемых как звено в обшей цепи поступательного развития горного дела и в соответствии с этим определять пути его преобразования.
Проблемы ФХГ в настоящее время являются фундаментальными для горного дела. От того, насколько успешно это направление будет развиваться в ближайшем будущем (здесь подразумевается широта фронта поиска в плане средств и общественного внимания), зависит развитие научно-технической революции в горном деле. Перспективы дальнейшего прогресса ФХГ и ее место в горной, науке будущего связаны с решением проблемы оптимизации взаимоотношений между человеком и природной средой. ФГХ должна внести определенный вклад в решение этой крупнейшей научной проблемы современности.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зворыкин АА. История горной техники. М., 1940.
2. Зворыкин А.А. Очерки по истории советской горной техники. М.-Л.,1050.
3. Фаерман ЕМ. Развитие отечественной горной науки. М., 1958.
4. Гордеев Д.И. История геологической науки, ч. 1 и ч.2. М., 1972.
5. Мельников Н.В. Горная наука. М., 1964. в. Современное состояние горной науки в СССР. М., 1968.
7. Мельников Н.В. Горные инженера. М., 1970.
8. Ржевский В.В. Горный журнал, 1975, № 7.
9. Агрикола Г. О горном деле и металлургии. Изд-во АН СССР, 1962.
10. Ломоносов М.В. Первые основания металлургии или рудных дел. О слоях земных. СП, 1973.
11. Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 25.
12. Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 47.
13. Данилин Г. О сущности НТР. «Вопросы экономики», 1976, № 10.
14. Анучин ВА. Основы природопользования. М., 1968.
15. Материалы ХХУ съезд КПСС. М., 1976.
16. Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 4.
17. Ленин В.И. Полн. собр. соч., т.26.
18. Горные науки освоение и сохранение Земли. Под ред. К.Н. Трубецкого, М., АГН, 1997.
— Коротко об авторах
Аренс Виктор Жанович — профессор, доктор технических наук, председатель МО ГМС РАЕН.
------Ф
^-------
------------------------------------------ © Ю.П. Коноплев, 2005
УДК 553.068.6 Ю.П. Коноплев
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕРМОШАХТНОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ
Семинар № 15
