Развитие горной техники в период промышленного переворота

(конец XVIII – начало XIX вв.)

Промышленным переворотом, или промышленной революцией, называют сравнительно небольшой исторический период, когда человечество рассталось с мануфактурой и освоило машинное производство. Случилось это после того, как английские изобретатели Джон Кей, Джеймс Уатт, Генри Модсли, а также их современники в других странах создали машины и технологические процессы, полностью изменившие промышленные предприятия. Их продукция стала не только более совершенной, но и массовой, а значит, дешевой и доступной для большинства людей.

К концу XVIII века наступил небывалый расцвет не только текстильной, но и горнорудной, металлургической и металлообрабатывающей промышленности.

Во время промышленного переворота (конец XVIII – начало XIX вв.), который характеризовался победой и утверждением капитализма, наступает качественно новый период в развитии горного дела с налаживанием индустриального выпуска высокопроизводительных горных машин. Основой организации общественного производства стала капиталистическая фабрика, образовались промышленные центры, формируется промышленный пролетариат. Изобретение и применение рабочих машин стало началом перехода от мануфактурного производства к машинному. Возникает машиностроение, которое к 70-м гг. XIX в. превращается в крупную отрасль фабрично-заводского производства (Великобритания), создаются заводы горного машиностроения.

С развитием промышленного производства тесно связан процесс развития науки. Научные исследования в области горного дела приводят к созданию основ горной механики (П. А. Олышев, И. А. Тиме), теории горного давления (М. М. Протодьяконов), теоретических основ обогащения полезных ископаемых (Г. Я. Дорошенко и др.). В 1761 патентуется механическое приспособление для подрубания угольного пласта (М. Мензис, Великобритания). Патентуется основная машина для открытого способа разработки – одноковшовый паровой экскаватор на рельсовом ходу (В. Отис, США, 1834) и дисковая врубовая машина для угольных шахт (С. Воринг, Великобритания, 1852). Внедряются пневматические поршневые перфораторы (Франция,1861). В 30-х гг. появляются стальные канаты для рудничного подъема и откатки (Германия, 1835), устройства для воздействия на горные породы напорной струей воды – водометы («фонтаны», а затем «брызгала» – прообраз гидромониторов, Россия).

В 1860 французский инженер М. Кувре изобрел многоковшовый экскаватор, а в 1863 началась добыча золота с помощью драг (Новая Зеландия). В 1864 изготовлена первая цепная (баровая) врубовая машина (Великобритания).

Первостепенное значение для совершенствования горной технологии имела замена пороха мощными взрывчатыми веществами – пироксилином, нитроглицерином и, наконец, динамитом (1867). Первая отбойка угля динамитом в шахте «Анна-Мария» (Сев. Вестфалия, Германия) открыла дорогу широкому внедрению взрывных работ в практику горного дела. Благодаря применению динамита стала возможной проходка многокилометровых тоннелей в Альпах – Мон-Сенисского (12 км), Арльбергского (10 км), Симплонского (19 км). Тоннелестроение формируется в самостоятельную отрасль горного дела.

Для подготовки рудного сырья к переработке создаются дробилки различных конструкций: валковые (1806), роторные (1842), щековые (1858), стержневые (1859), конусные (1877), молотковые (1895).

Изобретение во Франции (1844–1849) способа бурения свободно падающим инструментом послужило основой увеличения объемов проходки скважин. Начинается скважинная добыча нефти (1859, США; 1864, Россия). В США внедряется глубинно насосная добыча нефти (1865), а с конца 80-х гг. - роторное бурение на нефть с применением лопастных долот и промывкой глинистым раствором (штат Луизиана).

Совершенствуется привод горных машин; на смену парокотельным агрегатам приходят электрические двигатели. Использование их в шахтах (Великобритания, 1880) сыграло решающую роль в техническом перевооружении горного производства: создается электрический станок для бурения скальных пород (Германия, 1884), и электродвигатель становится основным приводом буровых механизмов (рис. 4.4), внутришахтного транспорта, вентиляторов (рис. 4.5), водоотливных установок и др.

Значительно усовершенствовался шахтный подъем (рис. 4.6), для которого наряду с бадьями используют многоэтажные (до 6) клети. Водоотлив из шахт осуществляется насосами с приводом от парового двигателя. Открытый способ разработки применялся в ограниченных масштабах, в основном, для добычи природных строительных материалов (глин, известняка, мрамора и др.), бурого угля, торфа, железных руд (главным образом болотных), россыпного золота. В широких масштабах применяется аэрлифтная нефтедобыча на нефтепромыслах Баку (с 1894).

Об энерговооруженности горнорудной промышленности можно судить по кратким выдержкам из энциклопедического справочника 1876 года издания.

Рисунок 4.4. Подземный буровой станок с электрическим приводом.
Рисунок 4.5. Шахтный вентилятор с электрическим приводом.
Рисунок 4.6. Подъемный ворот с электрическим приводом.

4.4. Развитие горной техники в период империализма (конец XIX – начало XX вв.)

В конце XIX–начале XX вв. резко увеличивается потребность в полезных ископаемых, выделяются крупные отрасли горнодобывающей промышленности: каменноугольная, железорудная, нефтяная. Новые общественные условия, возникновение крупных капиталистических объединений горного машиностроения приводят к качественным изменениям в горном деле.

Значительно совершенствуется буровая техника для проведения нефтяных скважин глубиной до 500 м; появляются станки вращательного бурения с паровым приводом, а также от двигателей внутреннего сгорания. Расширяется применение этих приводов. Например, в 1902 в районе Баку для бурения на нефть использовалось около 42 тыс. паровых машин (суммарной мощностью около 670 тыс. л. с.) и 12 тыс. двигателей внутреннего сгорания (мощностью 240 тыс. л. с.).

Улучшаются методы проходки шахтных стволов: появляется способ замораживания. Патентуется первый в мире комбайн для проходки горизонтальных выработок (А. Калери, Россия, 1897). Для отбойки угля широко применяются цепные врубовые машины (в 1913 г. в Великобритании эксплуатировалось около 3 тысяч врубовых машин, в США – 15 тысяч). Развивается механизированная откатка в шахтах тягачами – воздуховозами (США, 1881), электровозами (Германия, 1882).

В угольных шахтах появляются конвейеры – скребковые (Великобритания, 1902), ленточные (Великобритания, 1906), качающиеся (Германия,1902). Появляется электрический шахтный подъем (Германия, 1894). Внедряются шахтные водоотливные установки с центробежными насосами (Испания,1903).

Выемка угля из маломощных пологих и наклонных пластов привела к значительному совершенствованию сплошной системы разработки, из мощных пластов – системы с закладкой выработанного пространства. На рудных шахтах распространяются системы с поэтажными штреками, а несколько позже – подэтажного и этажного обрушения. Для обогащения угля применяются отсадочные машины, металл из руды извлекается электромагнитным и флотационным способами.

На основании систематизации обширных практических данных и исследований к началу XX в. формируется четкая система знаний по горному делу в виде курса горного искусства (наиболее полный труд – «Практический курс горного искусства» Б. И. Бокия, 1914).

Наряду с шахтным способом возрастают объемы открытых горных работ – этому способствуют развитие буровзрывных методов и изготовление паровых экскаваторов. Основным видом транспорта на карьерах остаются конные повозки и ручные тачки. Обогащение песков россыпей ведется с применением простейших механизмов и ручного труда. Высокими темпами развивается бурение нефтяных скважин. В нач. 20 в. выявляются рациональные способы и порядок горных работ в шахтах и на карьерах – системы разработки.

Вопросы для обсуждения:

1. Назовите основные исторические события, с которыми связано развитие эпохи горных машин.

2. Какие научные теории создаются в этот период?

3. Опишите, как использовали в горном деле энергию воды, ветра.

4. Опишите конструкцию водоотливной машины. Укажите ее достоинства и ограничения.

5. Опишите, как использовали в горном деле энергию пара.

6. Расскажите о влиянии горного дела на развитие искусства малых форм.

7. Промышленный переворот и его истоки.

8. Опишите развитие горного дела и техники в период промышленного переворота.

9. Как развивались горное дело и техника в период империализма?

Дата добавления: 2014-12-27