Національний гірничий університет — відповідність Часу

Гірничий інженер – маркшейдер

Стародавня легенда говорить, що син Зевса і Європи – жорстокий і могутній цар Кріта Мінос – побудував велике підземне сховище – Лабіринт, сховавши в ньому свої скарби. Той, хто наважувався проникнути під землю, неминуче гинув, заплутавшись в складних ходах Лабіринту.

Лише Тесею, сину афінського царя Егея, вдалося спуститися туди і добути незлічені скарби. Йому допомогла в цьому мудра дочка Міноса Аріадна. Вона дала таємно від батька сміливому юнаку, якого покохала, кінець клубка ниток і, стоячи біля входу в підземелля, розмотувала його. Тримаючись за чарівну нитку, Тесей повернувся назад.

З Тесеем можна порівняти наших гірників. Через тисячеметрову товщу гірничих порід пробиваються вони, щоб дістатись до підземних скарбів – родовищ корисних копалин – вугілля, золота, залізної руди, нафти, алмазів, руд міді, живого срібла та багато інших.

Як знати, де знаходяться і як розташовані ці скарби відносно земної поверхні? Де вони і на якій глибині, яка їх якість, яку форму вони мають, чи багато там в надрах, під землею, цих скарбів? Як знайти найкращий шлях в підземні надра, як найобережніше, по господарському використати потім ці скарби для народу? Після того, як будуть вийматися ці скарби – що буде діятися на земній поверхні? Чи проваляться будинки і другі споруди, чи тільки зруйнуються, а можливо залишаться зовсім цілими? Можливо, що слід щось зробити, щоб скарби підземні зберегти і зберегти будинки і різні споруди та природні об’єкти на земній поверхні?

  При рішенні всіх цих складних і дуже цікавих питань, гірничий інженер – маркшейдер відіграє найпершу і найголовнішу роль.

Гірникам, без отієї «Аріаднової нитки» неможливо працювати під землею. В глибинах надр, в підземних виробках губиться будь-яке уявлення про напрям і місцезнаходження. Роль Аріадни в наш час і грає маркшейдер.

Як авіаційний штурман в небі в надхмарній висоті показує курс літаку, або морський штурман дає напрямок на морських просторах надводному кораблю чи в морських глибинах підводному човну, так гірничий інженер – маркшейдер, якого часто називають – гірничий штурман, вказує в надрах, в підземних глибинах, напрямок гірничим виробкам, складає план їх і всього родовища корисних копалин. Складаючи план гірничих виробок, він немов знімає велику товщу гірських порід, яка залягає над виробками і показує, що відбувається на великій глибині, де добувають корисні копалини. Це дає можливість орієнтуватися і добре знати де знаходяться корисні копалини і гірничі виробки по ним, їх розташування відносно земної поверхні.

Маркшейдерська справа зародилася разом з виникненням гірничої справи. Перші відомості про маркшейдерські виміри гірничих виробок дійшли до нас з глибокої давнини. В Турині зберігається пергамент, який відноситься до часів єгипетського царя Мінептаха, який жив за 1600 – 1400 років до нашої ери. На цьому пергаменті зображений рудник по видобутку золота.

В 1907 році при розкопках у Вади Магора (Синайський півострів) був виявлений невеликий мідний рудник, розробка якого велася за чотири століття до нашої ери. На стіні однієї з виробок рудника знайдено зображення цього рудника.

Великий історичний інтерес являють роботи Герона Александрійського (I ст. до н.е.), який запропонував прилади для вимірювання горизонтальних і вертикальних кутів і для нівелювання. Він залишив перший, що дійшов до нас, опис геометричних способів вимірювань підземних виробок і їх орієнтування. Ці способи використовувалися римлянами при проходці штольні довжиною 6 км для спуску води з озера Фуціно (Середня Італія). Для більш швидкого проведення штольні зустрічними вибоями було закладено 40 вертикальних шахт глибиною від 88 до 122 м.

В середні віки поряд з геометричними способами при зйомці гірничих виробок стали широко застосовуватися магнітні прилади.

Видатний німецький вчений ХVI століття Георгій Агрикола узагальнив багатовіковий досвід гірничої справи і металургії. В п’ятому розділі праці « Про гірничу справу і металургію» Агрикола розглянув питання зйомки підземних гірничих виробок за допомогою компасу і розв’язання деяких геометричних задач, які виникли при розробці родовищ корисних копалин.

В другій половині ХVI століття в Німеччині з середовища гірників стали виділятися особи, які спеціально займалися зйомкою гірничих виробок і перенесенням межі дільниць в надра. Їх називали маркшейдерами, а коло питань, які вони вирішували – маркшейдерським мистецтвом.

Гірнича справа виникла у нас в Росії також в далекій давнині. Маються відомості про те, що ще до початку нашої ери скіфи і сармати, що населяли теперішні Україну, Поволжя та Казахстан, займались гірничою справою. Відомі також історичні факти про те, що наші предки добували руду, кували з неї зброю і відбивали ворогів наших земель. Хоча цей період розвитку гірничої справи ще недостатньо вивчений, але, існування тоді добутку залізних руд, живого срібла, кам’яної солі не викликає ніяких сумлінь. Виходячи з цього слід думати, що вже в ті давні часи у нас, безумовно, існували початки маркшейдерської справи.

Техніка проведення підземних ходів і орієнтування в них були відомі у нас з дуже давніх часів. Наприклад, відомо, що в 1552 році, коли наші війська брали Казань, царський «розмисл» ( по теперішньому - інженер) на ім’я Зилантій, зробив декілька величезних підкопів, проведених з царської ставки до стіни міста Казані.

Якщо прийняти до уваги, що всі ці роботи треба було виконати непомітно для ворога, а напрямки цих тунелів повинні були правильно орієнтовані, та ще й на велику відстань, то звичайно, що вже тоді наші люди володіли мистецтвом проведення підземних виробок. Щоб виконати таке складне завдання, треба було дуже добре володіти методами орієнтування і як давати напрямок підземним виробкам, на основі якихось своєрідних аналітичних способів. 

Великий розвиток гірнича справа одержала в часи Петра I, який організував пошук нових родовищ корисних копалин та їх розробку. При проведенні навіть не складних гірничих розробок того часу, вони не могли обійтись без елементарних геометричних вимірювань і побудов.

Тому в Росії перші згадування про маркшейдерів відносяться до часів Петра I. 

В «Заводському статуті», складеному В.М.Татіщевим і опублікованому в 1734 році були детально викладені функції маркшейдера: « Сей должен быть человек в горных и других тому подобных науках довольно искусный, а к тому верный и прилежный; ему подчинены в особливое смотрение горне межевики, лесные надзиратели, геодезисты и школ учителя…»

В цьому ж статуті вимагалося « иметь плоские разрезные чертежи каждой рудокопи, с показанием на них условий залегания и всех особенностей разработки рудника и своевременно пополнять их новыми работами; пополнять и исправлять общие карты данного округа по правилам, изложенным в особой инструкции от Академии Наук, куда и должны представляться копии горных карт целого уезда или провинции».

Першою науковою працею з маркшейдерської справи в Росії є класична праця геніального М.В.Ломоносова « Первые основания металлургии или рудных дел», написана в 1742 році і видана в 1763 році. В розділі п’ятому третьої частини праці, названому Ломоносовим « О измерении рудников», розглянуті всі питання вимірювання гірничих виробок, розв’язання гірничо-геометричних задач і складання планів і розрізів.

В архівах ряду уральських (і в першу чергу Березовських) збереглися плани і карти, складенні в кінці ХVII і початку ХVIII століть, які свідчать про високу їх якість, про досконалість вимірювань у гірничих виробках і на земній поверхні, про використання єдиної системи координат для великих гірничопромислових районів. В кінці ХVIII століття гірничо-геометрична наука занепала.

Знадобились зусилля багатьох російських вчених, щоб дати новий поштовх розвитку маркшейдерської науки і техніки. Особливі заслуги в цьому А.І.Максимовича – викладача Петербурзького гірничого училища (теперішній Ленінградський гірничий інститут), П.А.Олишева (1817 - 1896) – проф. Петербурзького корпусу гірничих інженерів, Г.А.Тіме (1831 - 1910) – проф. Петербурзького гірничого інституту.

Г.А.Тіме першим звернув увагу на значні недоліки постановки маркшейдерської служби в Росії, що полягають в роз’єднаності зйомок окремих рудників і шахт, у відсутності контролю над складанням маркшейдерської служби окремих гірничих підприємств, недостатній точності вимірювання гірничих виробок і планів, які складалися, що викликалося приватною власністю на надра, до Великої Жовтневої Соціалістичної революції.

Розвиток капіталізму в Росії після відміни кріпосного права в 1861 році сприяв розширенню гірничодобувної промисловості і створював передумови для дальшого руху вперед всім галузям гірничої науки, в тому числі і маркшейдерської. Практикою гірничої промисловості були поставленні нові завдання перед маркшейдерською службою, які з успіхом вирішувалися плеядою російських маркшейдерів на чолі з такими видатними вченими, як В.І.Бауман (1867 - 1923), П.М.Леонтовський (1871 – 1921), П.К.Соболевський (8168 - 1949), І.М.Бахурін (1880 - 1940) та ін., створившими російську маркшейдерську школу.

Однак багато досить важливих ідей цих вчених не були реалізовані в свій час на практиці, бо ці часи не відповідали корисливим цілям приватних підприємців.

Велика Жовтнева соціалістична революція дала можливість націоналізувати гірничі підприємства, ліквідувати приватну власність на надра, передавши їх в руки народу, усунула основні перешкоди, які стояли на шляху розвитку гірничодобувної промисловості, в тому числі в першу чергу і її маркшейдерської служби, поставивши перед нею принципіально зовсім нові завдання.

Пішли в безповоротне минуле вузько власницькі загарбницькі інтереси володарів окремих шахт і рудників, які обмежували розвиток маркшейдерської справи.

Молода радянська республіка одержала важку маркшейдерську спадщину від царської Росії. Плани гірничих виробок багатьох шахт були знищені або вивезені колишніми володарями, які тікали за кордон. Відновлення гірничих виробок, велика частина яких в той час була затоплена водою, без наявності маркшейдерських планів було пов’язане з великою небезпекою, а то і зовсім не можливою.

Маркшейдерами молодої Радянської Республіки була проведена велика робота, в наслідок якої шахти одержали так необхідні для їх відновлення плани гірничих виробок. Значну роль у розвитку маркшейдерії відіграв II Всеросійський маркшейдерський з’їзд (1921 р.) скликаний в Петрограді за ініціативою професора В.І.Баумана та П.М.Леонтовського. З’їзд обговорив невідкладні завдання вдосконалення маркшейдерської служби в нових умовах соціалістичного народного господарства і намітив цілий ряд заходів, узаконених постановою Радянського уряду в квітні 1922 року.

В 1932 році в Ленінграді відбувся Всесоюзний маркшейдерський з’їзд, який підвів підсумки роботи здійсненої радянськими маркшейдерами і визначив завдання, значення і характер маркшейдерської служби соціалістичного гірничого підприємства. На виконання рішень цього з’їзду було створено Центральне науково-дослідне маркшейдерське бюро (ЦНДМБ); пізніше (1945 р.) реорганізоване у Всесоюзний науково-дослідний маркшейдерський інститут (ВНДМІ) – першу і єдину в світі наукову установу маркшейдерського профілю.

Основним питанням, яке обговорювалося на з’їзді, було питання про значення і характер маркшейдерської служби соціалістичного підприємства.

Якщо в умовах капіталізму маркшейдер є тільки зйомщиком, який фіксує на планах стан гірничих виробок, то в умовах соціалістичного гірничого підприємства маркшейдер – це один з основних керівників його виробничої діяльності.

Маркшейдерська справа є галуззю гірничої науки і техніки, що займається в основному геометричними вимірюваннями і обчисленнями з метою:

- Графічного зображення на планах і розрізах гірничих виробок, які проводяться при розвідці і розробці родовищ, форми залягання корисної копалини і розподілу її якісних властивостей; земної поверхні на площах залягання корисної копалини і поставлених на ній споруд;

- Розв’язання багатьох геометричних задач, які виникають при різних етапах підготовки і життя гірничого підприємства: розвідці, проектуванні, будівництві гірничих підприємств, експлуатації родовищ корисних копалин, та в період ліквідації підприємств після закінчення виробки.

Маркшейдерські роботи проводяться на всіх етапах освоєння родовища корисної копалини.

Корисна копалина, яка залягає в надрах, недоступна для безпосереднього зорового сприймання, тобто її неможна охопити поглядом, як ділянку місцевості на земній поверхні. Тому, перш ніж приступити до розробки, необхідно наочно зобразити її в зменшеному вигляді на папері (плані) з усіма показниками, які б характеризували зміну форми і властивостей геологічними порушеннями, тобто провести геометризацію корисної копалини. В побудованих графіках проводять підрахунок корисної копалини. Цю роботу виконує маркшейдер спільно з геологом в процесі розвідки родовища і його експлуатації.

На підставі геометризації здійснюється проектування гірничих підприємств. Під час проектування в проектних установах, гірничі інженери – маркшейдери ведуть багато різних цікавих розрахунків охоронних ціликів корисних копалин під різними спорудами, що будують на земній поверхні, та інше.

Під час будівництва шахти чи рудника маркшейдер за допомогою спеціальних інструментів і приладів виносить в натуру геометричні елементи всього проекту шахти і відповідним чином закріплює їх.

Так, для проходки ствола маркшейдер виносить і закріпляє на поверхні землі його центр і осі. Щоб поставити будову копра підйомної машини, потрібно у відповідності з проектом на місцевості позначити їх контури. Після цього з допомогою різних приладів маркшейдер слідкує за правильним проведенням ствола та монтажем копра і підйомної машини.

Коли ствол буде пройдено до проектної глибини, маркшейдер повинен задати напрямок різним виробкам біляствольного двору, конфігурація яких дуже складна. Щоб розв’язати цю задачу, треба вміти просторово орієнтуватися в цих виробках і знати ї положення по відношенню до земної поверхні і об’єктів на ній розташованих. Ця задача розв’язується за допомогою найсучасніших складних високоточних приладів – гірокомпасів(як і на космічних кораблях), оптичних, електронних світодальномірів, електронно-обчислювальних машин та ін.

Щоб можна було добувати корисну копалину, в надрах повинна бути пройдена дуже складна система запроектованих гірничих виробок, які розташовані на різній висоті і простягаються в різному напрямку на багато кілометрів. Маркшейдер за допомогою складних оптичних і фізичних приладів вказує гірникам місце проходки цих виробок, веде строгий і точний облік корисної копалини, яке видається на поверхню та скільки залишається в надрах, слідкує за бережливою і планомірною розробкою надр, щоб не виникли недопустимі втрати корисної копалини.

Маркшейдер систематично проводить вимірювання в пройдених гірничих виробках, за результатами яких в подібному і зменшеному вигляді на папері веде їх зображення, тобто будує маркшейдерський план підземних гірничих виробок. Складність побудови цього плану обумовлюється тим, що вибої гірничих виробок безперервно рухаються вперед, а частина тих виробок, що вже не потрібна для добування копалин – завалюється. Тому маркшейдер повинен своєчасно проводити в них вимірювання. Від точної і своєчасної зйомки гірничих виробок залежить життя сотень людей, які працюють під землею.

Помилки, допущені маркшейдером у вимірах, розрахунках чи побудові плану або в завдані напрямку виробкам, можуть мати трагічні наслідки.

Плани гірничих виробок важливі не лише в світлі завдань теперішнього або близького майбутнього. Не менше значення вони можуть мати через багато десятків, а то і сотень років. Професор І.М. Бахурін писав: «Той, хто складає маркшейдерський план, повинен пам’ятати, що він є відповідальним  за свою роботу не лише перед теперішнім, але і перед майбутнім».

Ось приклади. Багато шахт Донбасу ведуть роботи у вугільних пластах, верхні горизонти яких вироблені багато десятків років тому і зараз затоплені. Коли б не було надійних маркшейдерських планів старих гірничих виробок, робота поблизу їх була б практично неможливою. Реконструкція Березовських рудників на Уралі Микитівського рудника на Україні, Кафанського рудника у Вірменії та ін. стала можливою лише завдяки наявності високоякісних планів гірничих виробок минулих десятиріч.

До речі, згадати ту трагедію в копальнях «Нептун», описану в романі англійського письменника А.Кроніна «Зірки дивляться вниз». Відсутність маркшейдерського плану гірничих виробок привело до затоплення шахти і загибелі ста чоловік. Тому у гірничого інженера-маркшейдера виникає багато відповідальних завдань і при ліквідації гірничого підприємства. Таким чином, маркшейдер бере участь від розвідки родовища, до  ліквідації гірничого підприємства після виробки корисних копалин. Він перший з’являється при початку будівництва шахти, весь час роботи шахти він завжди там і останній покидає її.

При проходженні багатьох підземних виробок або при реконструкції шахт часто виникає необхідність сполучити їх під землею гірничою виробкою, яка для скорочення часу її проходки ведеться з обох шахт одночасно назустріч одна одній. Щоб задати напрямок цим вибоям, маркшейдер повинен виконати великий комплекс складних і дуже відповідальних робіт на земній поверхні і в шахті, використовуючи для цього різні високоточні інструменти і прилади. Такі ж роботи проводяться маркшейдером при споруді тунелів метрополітенів або залізних шляхів, також при проходженні одного і того ж вертикального ствола шахти з різних горизонтів підземних гірничих виробок.

Коли треба з поверхні в шахту пробурити свердловину, щоб подати по ній в гірничі виробки свіже повітря або воду для гасіння пожежі, опустити кріпильний ліс, вказати положення цієї свердловини може лише маркшейдер.

Ведення гірничих робіт в надрах землі приводить до утворення пустот, які порушують рівновагу вище лежачих гірських порід і викликають зміщення їх під дією сили тяжіння – процес зрушення гірських порід.

Це переміщення доходить до земної поверхні і в залежності від глибини знаходження та висоти і площі пустоти, що утворилися, порушують цю земну поверхню, приводячи до провалів, тріщин, впадин. Якщо в цьому районі земної поверхні будуть знаходитися будь-які промислові і цивільні споруди, то від характеру порушення поверхні будуть деформуватися і споруди, що може призвести до повного їх руйнування. Щоб зберегти важливі об’єкти, під ними в надрах треба залишити частину корисної копалини, так званий «запобіжний цілик». Цілик цей потрібно залишити необхідних і достатніх розмірів, щоб не було зайвих витрат. Розв’язанням цих дуже складних і відповідальних питань на шахті і займається маркшейдер.

Наведені дані не вичерпують кола питань, розв’язанням яких займається маркшейдер. Але й те, що сказано, дає уявлення про складність, відповідальність і велику практичну важливість маркшейдерської справи.

Зараз, коли наша країна виходить на нові рубежі економічного і соціального розвитку, головним завданням дальшого піднесення народного господарства є підвищення продуктивності праці і ефективності суспільного виробництва на основі  прискореного науково-технічного прогресу.

Розвиток гірничодобувної промисловості супроводжується в останні роки впровадженням нових технологічних схем розробки, підвищенням швидкості посування очисних і підготовчих вибоїв, збільшенням глибини розробок і розмірів шахтних полів. З підвищенням рівня механізації гірничих підприємств – шахт та кар’єрів – роль маркшейдерської служби все більше зростає, розширюється коло питань, якими займається маркшейдерська справа.

В зв’язку з цим назріла необхідність використання принципіально нових методів зйомок, які дозволили б різко підвищити продуктивність праці при одночасному підвищенні точності і надійності результатів вимірювань.

Одним з найбільш ефективних шляхів розв’язання вказаного завдання є широке застосування в маркшейдерській справі сучасних досягнень фізики, електроніки.

В даний час широке розповсюдження на шахтах і рудниках для орієнтування одержали гіроскопічні прилади, вимірювання відстаней в гірничих виробках і на поверхні ведуться за допомогою світло і радіодальномірів, напрям гірничим виробкам задається за допомогою лазерних показників. Широке розповсюдження в маркшейдерській практиці одержали ультразвукові прилади, обробка результатів маркшейдерських зйомок виконується на електронно-обчислювальних машинах.

Маркшейдерська справа тісно пов’язана з рядом інших галузей науки і техніки і перш за все з геодезією. При маркшейдерських зйомках широко застосовуються геодезичні методи і інструменти. При геометризації того чи іншого родовища маркшейдеру не обійтись без фундаментальних знань геології, тому маркшейдер вивчає, порівняно, великий курс геологічних дисциплін і не дивно, що частина маркшейдерів працює геологами та геодезистами.

Маркшейдер шахти повинен добре знати гірничу справу і в першу чергу системи розробки родовищ корисних копалин без чого він не зможе правильно розв’язувати питання планування гірничих робіт, забезпечити контроль за правильним проведенням їх.

При розв’язанні багатьох питань маркшейдерської справи широко застосовується математика. Без знань аналітичної і нарисної геометрії, диференціальної геометрії, математичної статистики, теорії ймовірностей і теорії помилок неможливо глибоке розуміння курсу маркшейдерської справи.

При рішенні більшої частини завдань маркшейдер використовує різні прилади, такі як радіодальномір та світлодальномір, основою яких є швидкість електричних і світових хвиль, або приладдя на основі ультразвуку і інших, тому, безумовно, для цього потрібні дуже добрі знання з сучасної фізики.

Підготовка гірничих інженерів – маркшейдерів зараз ведеться в 14-ти вищих учбових закладах.

Вперше у нас в Росії підготовку інженерів цієї спеціальності було відкрито в 1904 році в Томському Політехнічному інституті, де було підготовлено декілька інженерів цього профілю і випуск їх був припинений.

Тільки після Великої Жовтневої Революції в 1921 році в Ленінградському гірничому інституті і в 1925 році в Дніпропетровському гірничому інституті були відкриті відділення по підготовці гірничих інженерів – маркшейдерів, де і по цей час ведеться підготовка цих інженерів. Пізніше була відрита підготовка інженерів цього профілю в інших вищих учбових закладах нашої країни – Свердловському гірничому інституті, Донецькому Політехнічному, Кузбаському Політехнічному, Московському гірничому, Криворізькому гірничорудному інститутах та інших.

До розвитку маркшейдерської справи в Радянському Союзі доклали багато зусиль ціла плеяда діячів – чл. кор. АН СРСР проф. І.М.Бахурін, чл. кор. АН СРСР проф. М.Г. Келль, проф. А.Є.Гутт, проф. І.П.Бухінік, проф. Д.А.Казаковський, проф. Д.М.Оглоблін, проф. С.Г.Аверин та багато інших. Зараз існує велика література по питанням маркшейдерської справи як по учбовим питанням, так і по розвитку науки в цій дуже важливій галузі для народного господарства.

При закінченні інституту по маркшейдерській спеціальності випускнику присвоюється кваліфікація гірничого інженера-маркшейдера. По цій спеціальності він може працювати маркшейдером на шахті і руднику, кар’єрах  і при розробці розсипних родовищ драгами та головними маркшейдерами міністерств гірничодобувної промисловості. Крім того, без гірничого інженера-маркшейдера неможливо будівництво метрополітену, проходка різних транспортних і гідротехнічних тонелей, будівництво підземних оборонних об’єктів. Гірничий інженер-маркшейдер з успіхом може працювати на будівництві будь-якого великого підприємства, в геологічній експедиції, і гірничим інженером-експлуатаційником. Немало гірничих інженерів-маркшейдерів працюють директорами і головними інженерами гірничодобувних підприємств, а також в Вищих учбових закладах і науково – дослідних установах – професорами, доцентами, асистентами і науковими співробітниками. Багато інженерів-маркшейдерів працюють в проектно-конструкторських організаціях.


Зав. кафедрою маркшейдерської справи

Дніпропетровського Гірничого інституту,

доктор технічних наук, професор                                                          І.Г.Лисиця    

Кандидат технічних наук,

доцент кафедри маркшейдерської справи

Донецького Політехнічного інституту                                              М.Г.Папазов


15.V.1973


© 2006-2017 НГУ Інформація про сайт