|
Институт горного дела: история и современность |
|
45 лет назад ИГД УрО РАН обрел самостоятельность
Предыстория ИГД такова. 10 июня 1939 года
постановлением Президиума АН СССР принято решение о создании в Уральском
филиале Академии наук СССР Горно-геологического института, включавшего три
сектора: геологический, геофизический и горный. Директором утвердили
выдающегося ученого — горного инженера академика Л. Д. Шевякова. К концу
1939 года в составе института было 26 научных сотрудников. Основным
направлением исследований горного сектора (заведующий — доктор технических
наук, проф. Л. Н. Быков) стали совершенствование систем разработки
месторождений полезных ископаемых, борьба с пожарами на медноколчеданных
рудниках и горное давление. Первоначально горный сектор включал две
лаборатории: подземной разработки угольных месторождений (зав. лаб. И. Н.
Сидоров) и подземной разработки рудных месторождений (зав. лаб. К. М.
Чарквиани).
В 1941 году по инициативе президента АН СССР В.
Л. Комарова была создана Комиссия по мобилизации ресурсов Урала на нужды
обороны страны. Ученые-горняки (Л. Д. Шевяков, А. А. Скочинский, Л. Н.
Быков, К. М. Чарквиани, М. И. Агошков, И. Н. Сидоров и др.) выполнили
большую работу по изысканию резервов роста добычи важнейших полезных
ископаемых на шахтах и карьерах Урала, Алтая, Горной Шории и Казахстана.
В 1957 году под руководством М.В. Васильева
организована лаборатория открытых горных работ, в 1959 — лаборатория горного
давления и устойчивости бортов карьеров (М.Л. Рудаков), лаборатория взрывных
работ (П.С. Данчев), в 1960 — лаборатория рудничной аэрологии (К.В. Кочнев),
а в 1962 году институт был разделен на Институт горного дела и Институт
геологии. Эта дата и отмечается как день рождения самостоятельного ИГД. Его
первым директором утвердили М.В. Васильева — заслуженного деятеля науки и
техники РСФСР, автора более 300 опубликованных трудов, подготовившего 5
докторов и 38 кандидатов наук. В течение 24 лет он определял направления,
содержание и методы научных исследований, научно-организационную
деятельность и кадровую политику института.
В 1963 году Институт горного дела в результате
проводимых тогда реформ в числе других научных институтов был выведен из
состава Академии наук СССР и передан в подчинение Государственному комитету
по черной и цветной металлургии, а затем в ведение Министерства черной
металлургии СССР. К этому времени он имел высококвалифицированный кадровый
состав, значительный научный задел и большой опыт выполнения исследований по
горной тематике, что и явилось надежной базой для последующего быстрого
развития под эгидой Минчермета СССР. В качестве головного ИГД выполнял
функции ведущего в отрасли по ряду научных направлений, являлся также
соисполнителем по основным направлениям деятельности других институтов.
После кончины в 1986 году М. В. Васильева
директорами института были А. А. Котяшев (1986–1992) и А. Д. Сашурин
(1992–1994).
В сентябре 1994 года при поддержке президиума
УрО РАН Институт горного дела вновь был введен президиумом РАН в состав
Уральского отделения Российской академии наук, а с 1995 года его директором
стал член-корреспондент РАН В.Л. Яковлев.
Общая численность сотрудников института в
период подчинения Минчермету СССР достигла 480 человек, из них 260 научных
работников, в том числе 11 докторов и 90 кандидатов наук. В 2006 году
численность института составляет 151 чел., в том числе 96 научных
сотрудников, из них 1 член-корреспондент РАН, 16 докторов и 38 кандидатов
наук.
По результатам исследований, выполненных за
период существования института, со-трудниками опубликовано свыше 80
монографий, более 4500 статей, в том числе в зарубежных издательствах и
журналах; издано более 100 сборников научных трудов, докладов всесоюзных,
международных и всероссийских конференций и более 200 наименований
инструктивных и методических материалов; получено 93 медали ВДНХ СССР по 67
разработкам, более 680 авторских свидетельства и патентов на изобретения, из
которых 95 внедрено. За вклад в развитие горной науки и промышленности
многие сотрудники награждены орденами и ме-далями, удостоены почетных званий
и премий.
В институте сложились научные школы — школа по
карьерному транспорту, созданная М.В. Васильевым и В.Л. Яковлевым, уральская
школа геомехаников, созданная Н.П. Влохом и А.Д. Сашуриным и школа по
управлению качеством руды, созданная П.П. Бастаном.
Школа карьерного транспорта с начала 60-х годов
стала наиболее мощным научным центром в стране. Проведены почти все
испытания новых отечественных и импортных автосамосвалов грузоподъемностью
от 30 до 180 т на ряде крупных предприятий. Учеными внесен весомый вклад в
создание научных основ циклично-поточной технологии разработки скальных руд
и пород (Б.В. Фадеев, В.С. Волотковский, Г.Д. Кармаев), выполнен большой
объем фундаментальных исследований по теоретическому обоснованию новых
поколений более производительной горно-транспортной техники. Решен комплекс
задач, связанных с внедрением на карьерах уклонов железнодорожных путей 60%
(С.Л. Фесенко, А.П. Дерягин, Б. К. Путятин). Изучаются вопросы повышения
надежности и эффективности систем энергообеспечения и электрооборудования
горных предприятий (В.А. Голубев). Одним из главных научных направлений
школы является разработка научных основ и методов опти-мизации карьерного
транспорта действующих и проектируемых горно-обогатительных комбинатов,
установление закономерностей формирования карьерного пространства во
взаимосвязи с развитием схем вскрытия и транспортных систем глубоких
карьеров (В.Л. Яковлев).
Уральская школа геомехаников, созданная в 60-е
годы, концентрирует свои усилия на основополагающей проблеме горного дела и
других наук о Земле — познании природы напряженно-деформированного состояния
массива горных пород и закономерностей его трансформирования при добыче
полезных ископаемых. На основе результатов фундамен-тальных исследований
созданы научные основы управления геомеханическими процессами при открытой и
подземной разработке месторождений, обеспечивающие безопасность и
эффективность горных работ. В результате выполненных исследований под
руководством В.Г. Зотеева дано теоретическое обоснование механизма
деформации скальных откосов глубоких и сверхглубоких карьеров; установлены
закономерности деформирования отвальных ярусов во времени; разработана
методика выбора технологии и режимов отсыпки отвалов. Под руководством В. Е.
Боликова разработаны научные основы и инструкции по выбору типов и
параметров крепи горизонтальных и камерных выработок; разработан новый
подход к выбору места заложения стволов и их крепления в сложных
горно-геологических условиях; разработан научно-обоснованный подход к
обеспечению устойчивости горизонтальных, вертикальных и камерных выработок.
Строительство Свердловского метрополитена в части проведения перегонных
тоннелей и сооружения станций в сложных горно-геологических условиях
осуществлялось под контролем ученых школы.
Школа официально признана Российским фондом
фундаментальных исследований в качестве ведущей научной школы России. При
институте организован Уральский центр геомеханических исследований природы
техногенных катастроф в районах добычи полезных ископаемых, оснащенный
комплексом спутниковой геодезии GPS.
Учеными школы разработаны методы исследования
напряженного состояния массива горных пород, естественного управляемого
самообрушения налегающих пород. Разработаны теоретические и прикладные
аспекты использования характеристик внешнего природно-техногенного поля
напряжений на определение напряженно-деформированного состояния конкретных
объектов георесурсного потенциала Урала.
Научная школа по управлению качеством руды и
рациональному использованию недр сформировалась в конце 60-х годов под
руководством П.П. Бастана. Главная научная направленность исследований в
этой области связана с анализом сырьевой базы горных предприятий черной
металлургии СССР, решением теоретических вопросов усреднения руд пе-ред
обогащением, разработкой нормативных документов и методик по вопросам
полноты и качества извлечения запасов руд черных металлов.
Разработаны технологические схемы
рудоподготовки на карьерах, включая специализированные склады,
рудоконтрольные станции, грохотильные перегрузочные пункты, схемы
формирования и разгрузки складов, способы оперативного контроля и управления
качеством сырья в технологических потоках. Велись исследования по
магнитометрическому контролю качества железных руд (О.Н. Молчанов) и
радиометрическим методам анализа и управления качеством руд цветных и черных
металлов в рудных потоках (С.Г. Возженников).
На сегодняшний день впервые получены научные
результаты при исследовании процесса сегрегации рудного материала при
отсыпке отвалов, смешивании крупнокускового сыпучего материала различного
гранулометрического состава. Теоретические исследования расширили
представление о процессе рудоподготовки как первого этапа, который
начинается в карьере и продолжается в переделах обогащения и плавки. На
многих предприятиях внедрены системы усреднения минерального сырья,
технологии рудоподготовки с примене-нием грохотов и автоматизированная
система контроля качества железорудного сырья (А.В. Гальянов, Ю.В. Лаптев,
В.А. Антонов).
Исследования по разработке месторождений
подземным способом проводились под руководством К. М. Чарквиани, Л. Е.
Зубрилова, Б. М. Шульмина, О. В. Славиковского. Под руководством В. А.
Щелканова создано новое научное направление — разработка месторождений
открыто-подземным способом.
В последние годы значительное место стали
занимать исследования по подземной разработке руд цветных металлов в рамках
сформулированной концепции бесконфликтного развития техно- и биосферы.
Обоснована экономическая эффективность экологически чистой и безопасной
технологии подземной разработки месторождений восходящим способом (Ю.В.
Волков). Разработаны принципы проектирования комбинированной технологии,
заключающейся в использовании карьерного пространства для нужд подземной
добычи руд.
Институтом выполнен большой комплекс работ по
совершенствованию существующей технологии добычи железных руд открытым
способом, вскрытию, системам разработки, границам и режимам горных работ для
большинства проектируемых и действующих предприятий (А.Ф. Ткачев, Г.Г.
Саканцев).
Начиная с 2000 года выполнен большой объем
исследований по совершенствованию методов определения границ карьеров,
заоткоске уступов при постановке бортов в предель-ное положение, применению
внутреннего отвалообразования при разработке глубоко залегающих
месторождений ограниченной длины (М.Г. Саканцев, Э.П. Артемьев, Г.Г.
Сакан-цев), а также изучению напряженно-деформированного состояния
прибортовых массивов и влияния тектонических напряжений на деформационные
процессы, происходящие в бортах карьеров (А.В. Яковлев, Н.И. Ермаков).
Значительных успехов достиг институт в решении
проблем бурения скважин (И.С. Сидоров, Р. И. Сухов, Г. Г. Федорова, Л. В.
Можаев и др.). Установлены основные закономерности разрушения при бурении,
раскрыт механизм разрушения, создающий дополнительные скалывающие
поверхности при бурении, обеспечивающие повышение объемной скорости и
снижение энергозатрат, что открывает возможности создания и разработки
бурового инструмента нового технического уровня в ближайшем будущем.
Разработаны технико-экономические требования и
технические задания на создание новых типов высокопроизводительных буровых
станков шарошечного, ударно-вращательного, термического, комбинированного,
термомеханического и взрывного бурения скважин, а также новых типов
пневмоударников, шарошечных долот, расширителей, буровых коронок высокой
стойкости и наддолотных амортизаторов.
Установлены закономерности, раскрывающие
механизм разрушения горных пород блокированным и комбинированным сколом на
вторую, предварительно образованную сво-бодную поверхность при шарошечном и
комбинированном ударно-вращательном бурении.
В области разрушения горных пород (А.П.
Дерягин, И.С. Куклин, Г.Н. Хрущев, В.М. Сенук, П.С. Данчев, В.П. Ветлужский,
А.С. Маторин, В.Г. Шеменев, В.Г. Кузнецов, Д.С. Шахматов и другие) выполнены
исследования по совершенствованию существующих и изысканию новых, более
эффективных способов разрушения массива взрывом с целью получения горной
массы требуемого гранулометрического состава, позволяющего существенно
повысить производительность горно-транспортного оборудования. В результате
экспериментальных и теоретических исследований обоснован механизм и создана
математическая модель взрывного разрушения массива скважинными зарядами, на
основе которых разработана технология взрывания скальных пород, базирующаяся
на принципе независимости работы зарядов ВВ.
С 1968 года в институте интенсивно ведутся
исследования эффективности новых взрывчатых веществ, в том числе
гранулированных и водонаполненных. Разработаны технология приготовления
взрывчатой смеси на основе гранулированной аммиачной селитры и методика
формирования рецептур водосодержащих ВВ, оценки тепловых и детонационных
характеристик. Проведены исследования и испытания эффективности разрушения
горных пород ВВ на основе порохов (гранипоры). Совместно с институтом
НИПИГормаш разработаны опытные образцы и созданы смесительно-зарядные
агрегаты. Комплекс исследований в области средств инициирования
способствовал появлению нового детонирующего шнура ДШЭ-12, который в
настоящее время является основным на горных предприятиях.
В части невзрывных методов разрушения горных
пород проведен большой объем ис-следований в области эффективных способов
разрушения гидропневматическими ударниками, электрическим током промышленной
частоты, дисковыми роторными дробилками с большими энергиями единичного
удара, электрического воздействия на массивы железных руд через взрывные
скважины, новых технологических схем выемки скальных пород на карьерах,
основанных на применении механических, электрофизических и термомеханических
способов разрушения горных пород.
Большой объем исследований выполнен в области
горной сейсмики (М.И. Картузов, Н.В. Паздников, Н.Л. Абрамов, В.В. Власов).
Разработаны теоретические основы и методики расчета для определения влияния
взрывных работ на колебание поверхности, состояние гор-ных выработок
промышленных зданий и сооружений вблизи ведения горных работ. Созданная в
1995 году лаборатория горной геофизики под руководством А.М. Мухаметшина
продолжает исследования по оценке сейсмического воздействия на объекты
социальной и промышленной инфраструктур городов Среднего Урала от взрывной
рудоподготовки на градообразующих горнодобывающих предприятиях. Лаборатория
контролировала сейсмичность взрывных работ при строительстве Свердловского
метрополитена. В последние годы ведется разработка систем контроля состояния
бетонных и железобетонных конструкций и сооружений.
Для обеспечения искусственной вентиляции
застойных зон и карьеров совместно с ин-ститутом НИПИГормаш разработаны,
созданы, прошли промышленные испытания различные типы вентиляторных
установок на базе самолетных и вертолетных несущих винтов. Разработаны
системы всесезонного пылегазоподавления в атмосфере карьеров при
отрицательных температурах. Для карьерных автосамосвалов с дизельным
приводом разработана система снижения токсичности отработавших газов,
которая успешно прошла стендовые и промышленные испытания. Разработаны и
утверждены Минчерметом СССР методические ука-зания по инвентаризации земель
и учету их использования и рекультивации. С 1981 года основные исследования
были направлены на разработку и совершенствование технологии рекультивации и
оптимизации землепользования на горнорудных предприятиях. Разработан способ
рекультивации пылящих поверхностей хвостохранилищ с нетоксичными отходами
(К.В. Кочнев, М.М. Конорев, Е.П. Дороненко, Г.М. Чайкина).
На сегодняшний день получены существенно новые
научные результаты, разработан, испытан и в значительной степени внедрен в
практику комплекс методов и технических средств формирования допустимых
санитарно-гигиенических параметров атмосферы карь-ерного пространства и
окружающего воздушного бассейна. Впервые для крупномасштабных техногенных
объектов использован высокоэффективный принцип конденсационного связывания
пылегазовых смесей, позволяющий в полной мере использовать природные и
искусственные средства целенаправленной активизации и управления тепло-
массообменными процессами для нормализации атмосферного состава карьеров при
мгновенных (взрывные работы) и непрерывных (бурение, погрузка, большегрузный
автотранспорт) источниках выделения вредностей.
В последние годы ученые института большое
внимание уделяют стратегии освоения минеральных ресурсов. В результате
исследований разработаны научные основы стратегии освоения
минерально-сырьевых ресурсов Урала. Установлены основополагающие
причинно-следственные связи, определяющие значительный дефицит традиционных
для рудного Урала сырьевых ресурсов, и намечены генеральные направления
выхода из этой кризисной ситуации. Разработаны концептуальные основы
проблемы долгосрочного прогнозирования развития сырьевой базы минерального
сырья России как основы устойчивого развития промышленных комплексов,
геополитической и экономической безопасности государства (В.Л. Яковлев, С.И.
Бурыкин, А.В. Гальянов).
Большое внимание уделяется вопросам обогащения
сырья. На основе эффекта возникновения потенциалов на электродах, помещенных
в ионогенную среду, разработан не имеющий аналогов в мире способ генерации
электроэнергии перерабатываемым сырьем (Ф.Ф. Борисков).
В настоящее время здесь развиваются и
поддерживаются широкие творческие связи с другими институтами РАН,
отраслевыми, проектными организациями и вузами. Сохранены и приумножаются
связи с горнодобывающими предприятиями России, стран СНГ и ближнего
зарубежья.
Созданная за многие годы приборная база и
сформировавшийся научный коллектив позволяют оптимистично оценивать
перспективы развития, рассчитывать на получение интересных результатов и
решений, соответствующих, а в некоторых случаях превосходящих мировой
уровень.
|
