Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Введение
• 1. Зарождение геологоразведки полезных ископаемых в России
• 2. Развитие горной отрасли в России
• 3. Экскаваторы
• 4. Выемочно-транспортные и транспортные средства
• Заключение
• Список использованной литературы


Введение

Горное дело является родоначальником многих отраслей народного хозяйства, поскольку оно представляет собой первичную основу и является одним из самых значимых. Практически нет ни одной отрасли, которая бы не зависела от горного дела. Зародилось горное дело примерно 40 тыс. лет до н.э., и на протяжении всего этого длительного периода претерпело те или иные стадии развития. горный промышленность ископаемый

Развитие ранних цивилизаций начиналось с открытия, извлечения и создания специфических материалов. Расположение центров политической и экономической власти, распространение идей и культуры определялось развитием путей сообщения и размещением природных ресурсов.

1. Зарождение геологоразведки полезных ископаемых в России

Первое упоминание о крупных горно-поисковых работах относится к 1491 г., когда Великий Князь Московский Иван III отправил группу рудознатцев во главе с Андреем Петровым и Василием Болтиным для поисков серебра на Печоре. Кроме серебра были открыты на реке Цильма богатые месторождения меди.

Следующей крупнейшей экспедицией была экспедиция в Пермский край в 1618-1621 гг. под руководством Челюка Ивановича Бартенева. Эта экспедиция была столь успешной, что вслед за ней последовал указ об организации строительства большого медеплавильного завода.

В 1643 г. на Зею и Шилку направляется экспедиция во главе с рудознатцем Василием Поярковым за поисками серебра и других руд, а в 1696 г. вышел указ, который обязывал всех рудознатцев представлять образцы найденных руд Томскому воеводе Василию Ржевскому. К 1696 г. был накоплен немалый, по тем временам, опыт и соответствующие материалы, которые позволили Якову Вилимовичу Брюсу составить первую карту земель от Москвы до берегов Малой Азии. Естественно, это сыграло большую роль в деле поиска и освоения месторождения руд.

Наибольший импульс для развития поисков и строительства заводов был дан Петром I. Молодой России нужны были корабли, пушки, ядра, серебро, золото. С этой целью Царь в 1700 г. учредил в Москве Приказ рудокопных дел. С образованием этого Приказа значительно увеличивается число горно-разведочных экспедиций. В конце 1719 г. Петр I учреждает «Берг-Коллегию» и объявляет полную свободу горного промысла в России.

Проводимые Петром I крупные государственные мероприятия дали сильный толчок в развитии горного дела.

В 1721 г. крестьянин рудознатец Михаил Волков, проводя разведку руд и минералов Сибири, обнаружил на правом берегу реки Томь «горелую горку» - след большого каменноугольного пожара. В 1722 г. местное горное начальство официально сообщило об этой находке в Берг-Коллегию. Это сообщение является первым историческим документом об открытии богатейших угольных месторождений в Кузбассе. Одновременно, в Берг-Коллегию были отправлены образцы найденных в Сибири железных, свинцовых и медных руд, горного хрусталя, специальных высококачественных глин. Среди всех этих образцов особое внимание уделялось углю.

Берг-Коллегия поставила вопрос о широком использовании минерального топлива для производственных целей на уктусских заводах и рудниках и потребовала подробных сведений о возможности транспортировки углей. Одновременно, с этим был послан указ руководителю горнозаводского дела на Урале ДеГенину о проведении тщательных разведок каменного угля с целью экономии и замены им древесного топлива.

В 1721 г. подьячий Григорий Капустин, исследуя районы Воронежской губернии, обнаружил «на Дону, в казачьих городках близ Кундрючья» богатейшие залежи каменного угля. Григорий Капустин родом из села Даниловского Костромского уезда с 1715 г. работал в команде известного рудоискателя Василия Ладыгина, наделенного Петром I широкими полномочиями по поиску руд и минералов на всей территории России. После смерти Ладыгина роль Капустина как горноразведчика значительно возросла.

Петр I с большим интересом отнесся к сообщению Капустина и 7 декабря 1722 г. последний был послан на Дон за образцами угля. Речь шла о находке им в конце 1721 г. каменного угля близ притока Северного Донца - реки Кундрючьей, в Восточной части Донбасса (Восточный Донбасс). Выполняя волю Петра I, Капустин доставил в Москву три пуда образцов. По дороге он давал пробовать эти угли местным кузнецам, получая от них похвалы с заключениями о полной пригодности углей для кузнечных работ, но путь к успеху оказался непрост. Дело в том, что привезенный Капустиным уголь был из Москвы направлен в Петербург на исследование иностранным специалистам, находившимся на службе в России. Они дали отрицательный отзыв о качестве присланного угля, указав, что «от оного уголья действия никакого не показалось». Капустин не согласился с таким заключением, о чем сообщил в Берг-Коллегию.

В 1722 г. в самом центре бассейна - Бахмуте, основанном Петром I для охраны найденных здесь соленых месторождений (ныне г. Артемовск), местный управитель Никита Вепрейский и капитан Семен Чирков организовали первую систематическую добычу каменного «уголья» на территории России. Этот факт побудил Петра I к организации широкого обследования угольных месторождений юга России с целью организации добычи и открытия новых месторождений. Ввиду отсутствия в государстве Российском опытных угольных мастеров, он отдал распоряжение вице-адмиралу Гордону о приглашении углекопов из заграницы. В 1724 г. в Россию прибыли из Англии пять горных мастеров во главе с Яганом Никсоном.

В 1725 г. экспедиция Еремеева по реке Волге нашла залежи серебряной, медной и серной руды. В 1732 г. «боярский сын» Иван Шестаков и отставной казак Яков Панов доложили о нахождении серебряных и медных руд недалеко от г. Кузнецка по берегу р. Кондома (Горная Шория).

Активизация поисковых работ этого периода во многом зависели от Петра I, понимавшего о чрезвычайной важности создания для Российского государства сырьевой базы. В 1745 г. начата добыча нефти, ранее обнаруженной рудоискателем Ф.С. Прядуновым и его сыном. К этому времени были разведаны несколько месторождений нефти в районе Каспийского моря. Ф.С. Прядунов с 1725 г., занимаясь поисковыми работами, открыл несколько месторождений самородного серебра на Медвежьем острове в Белом море, участвовал в постройке рудных шахт и налаживании добычи серебра и свинцовых руд.

Но уже к концу XVIII столетия в России назрела необходимость сплошного геологического изучения больших районов - их описание, картографирование с уточнением всех сведений, которые уже ранее были известны как территории с залежами полезных ископаемых и с нанесением на карту вновь обнаруженных или предполагаемых месторождений. Такое изучение велось государственными геологическими экспедициями и добровольными научными обществами, а также заводовладельцами. К этому времени уже велись разведывательные работы с использованием ударно-штангового бурения до глубины 30 м. Итоги экспедиционных исследований охватывали многие районы Европейской части России, Урала, Сибири вплоть до Тихого океана. Но в начале XIX столетия, в 1807 г., Берг-коллегия была упразднена и образован Горный департамент. С образованием департамента разведка месторождений и их освоение замедлились, но зато более благополучно развивалась картография. В 1840 г. геолог П.А. Чихачев составил первую карту Кузнецкого бассейна. Он же назвал его таковым. Академик Петербургской Академии Наук Григорий Петрович Гельмерсен (1803-1885 гг.) составил первую геологическую карту Евро - пейской части России (1841 г.), за что был удостоен Демидовской премии.

Выдающиеся Российские ученые А.П. Карпинский, И.В. Мушкетов, Г.Д. Романовский, В.И. Бауман, Л.И. Лутугин, объединенные одной целью, но в разное время проводили большую работу по изучению месторождений, изданию руководств, новых методов разведки полезных ископаемых, созданию единых геодезических основ.

В этот период (1909-1913 гг.) изучение угольных месторождений вел Л.И. Лутугин. Он родился в Кузбассе (с. Кальчугино, ныне Ленинск-Кузнецкий), но основная его деятельность была посвящена Донбассу. Под его руководством составлен полный послойный разрез угленосной толщи Донбасса. В 1911 г. им составлена обзорная карта Донбасса. Работал он и в Челябинском угольном бассейне, и в Кузнецком.

После переворота 1917 г. выделяются четыре этапа развития горного дела:

- первый этап (1917-1929 гг.) характеризуется обширными экспедиционными работами и открытием крупнейших месторождений полезных ископаемых: апатитов (Кольский полуостров, А.Е. Ферсман); никелевых руд (Норильск, Н.Н. Урванцев); меди (Коунрад, М.П. Русаков); каменных солей (Соликамск, П.И. Преображенский); нефти («Второе Баку», П.И. Пре-ображенский, И.М. Губкин); золота (Северо-Восток, Ю.А. Билибин); угля в Сибири, бокситов на Урале и др.;

- второй этап (1930-1940 гг.) характеризуется усилением геологических исследований, разработкой и созданием ряда теоретических положений. Так, в трудах С.С. Смирнова и Ю.А. Билибина оформилось учение о закономерностях размещения месторождений полезных ископаемых;

- третий этап (1941-1954 гг.) характеризуется развитием горной промышленности на Урале, в Сибири, Дальнем Востоке. Интенсивно развиваются поиски радиоактивного сырья. Снаряжаются крупные экспедиции для поиска глубинных месторождений нефти, газа и других полезных ископаемых в Западной Сибири и Средней Азии;

- четвертый этап (с 1955 г.) характеризуется бурным развитием различных новых, перспективных направлений в науке по определению и оценке минерально-сырьевых регионов страны. Большое значение придается изучению закономерностей формирования и размещения рудных месторождений, нефти, газа. Применение сверхглубокого (15 км и более) бурения позволяет изучить глубинные горизонты земли.

2. Развитие горной отрасли в России

В 1773 г. в Петербурге создается Горное училище, которое позднее преобразовали в Горный институт. Изменения в экономике России, произошедшие в Петровскую эпоху, заложили основу будущих качественных и количественных сдвигов в общем эволюционном процессе формирования ее производственного потенциала. Совершенствование методов и средств механизации, подземных и открытых работ на приисках, шахтах и рудниках, в основном обеспечивалось усилиями отечественных специалистов.

Труды М.В. Ломоносова (1711-1765), И.И. Ползунова (1728-1766), К.Д. Фролова (1726-1800), Е.А. Черепанова (1774-1842), М.Е. Черепанова (1803-1849), А.А. Саблукова (1783-1857), М.В. Остроградского (1801-1861), А.И. Узатиса (1814-1875), А.П. Карпинского (1847-1936), П.А. Ольшева (1817-1896), И.А. Тили (1838-1920) и многих других ученых, инженеров, практиков заложили фундамент русской науки и техники. Зарождение нашей отечественной науки о горном деле тесно связано с именем М.В. Ломоносова - великого русского ученого. Ломоносов вел большую работу по составлению и описанию минералогических коллекций, имеющихся в Академии наук.

Им написаны такие классические труды по горному делу, как «Первые основания металлургии, или рудых дел», «О слоях земли», «Слово о рождении металла от трясения земли». Он представил диссертацию на степень магистра «О движении воздуха, в рудниках примененном». Таким образом, М.В. Ломоносов заложил основы русской науки о добыче угля. Не только в истории отечественной, но и мировой горной науки и техники его имя занимает одно из почетных мест. В начале XYIII в. на Урале учреждается должность «механикуса», отвечающего за эксплуатацию различных машин.

Город Барнаул, где работал Ползунов, был в XYIII в. крупным центром горнозаводской промышленности Сибири. Заводы Барнаула были к тому времени высокомеханизированными предприятиями. Наиболее трудоемкая работа производилась не вручную, а при помощи вододействующих колес, представляющих собой передовую технику.

Это были большие обычные колеса, снабженные по ободу лопастями. Вращались они, как и мельничные колеса, энергией падающей на них воды. При помощи системы передач движение воздействующих колес передавалось мехам, раздувающим плавильные печи. Колеса были огромного размера, а КПД маленьким.

В 1763 г. Ползунов, человек разносторонний - изобретатель, конструктор, технолог и машиностроитель, специалист по металлургии и горному делу, проектировщик, знаток руд, механик, математик и учитель, сконструировал «огненную машину». Это была, по словам Ползунова, машина, действующая через посредство воздуха и паров, образующихся в котле с водой. Изобретение получило одобрение в Петербурге, и Ползунов был награжден званием «бергмеханикуса», 400 рублями и командировкой для обучения в Академии наук.

Но Ползунов не смог бросить свое детище и остался руководить постройкой машины. 23 мая 1765 г. первая в мире заводская паровая машина была введена в постоянную эксплуатацию. В Барнауле не нашлось человека, который бы поддержал изобретателя. Напряженный труд и нищенские условия существования, в которые был поставлен изобретатель, свели его в могилу, а дело его было забыто. Впоследствии честь изобретения паровой машины приписали англичанину Уатту, опубликовавшему свое изобретение на 20 лет позже. Возросшая потребность в ископаемом угле заставила добывать его не только на выходах пластов на поверхность земли, но и из подземных недр.

Но ведение подземных работ для добычи угля при чрезвычайно низком уровне тогдашней техники было сопряжено с большими трудностями. Крепление подземных выработок на случай обвала, удаление подземных вод, заливающих шахты, транспорт и подъем добытого угля, подача свежего воздуха в шахту, борьба с взрывами метана и угольной пыли ставили перед добытчиками непреодолимые препятствия.

К моменту изобретения Ползуновым машины, самые глубокие шахты не превышали 120 м. Изобретение Ползунова двинуло добычу угля в России вперед. С одной стороны, паровые двигатели значительно расширили спрос на уголь, а с другой - позволили механизировать откачку воды и подъем угля. Изобретение Ползунова произвело подлинный переворот в угольной промышленности, быстро сказался на развитии угольной промышленности в России. В бассейнах, где уже велась добыча угля, возникали новые шахты и металлургические заводы, открывались новые месторождения.

В 60-е годы XYIII в. К.Д. Фролов строит уникальные по тем временам гидросиловые установки на алтайских Змеиногородских рудниках, не имевших аналогов в мировой практике. Построенные им здесь же рудоподъемники элеваторного типа обеспечивали транспортировку горной массы на поверхность с помощью барабанов, приводивших в движение бесконечную цепь с подвешенными на ней бадьями. Производительность такой установки составляла от 3 до 6 тыс. пудов за смену.

Начатые И.И. Ползуновым работы в области конструирования паровых машин успешно продолжили отец и сын Черепановы. Они разработали и осуществили проект первой железной дороги. Ими был разработан первый паровоз. XIX век открывает новую страницу в развитии средств ведения производственных процессов. В 1832 году А.А. Саблуков изобретает центробежный вентилятор, в 1835 - винтовой, а позднее «водогон», предназначенный для подъема воды, явившегося прототипом современного центробежного насоса.

В 1843 г. А.И. Узатис опубликовал «Курс горного искусства», включающий такие разделы, как минералогия, геология, разведочное дело, горное искусство, обогащение полезных ископаемых, практическая механика. Высокий теоретический уровень и широкое применение методов математического анализа на долгие годы сделали этот труд основным руководством для горных инженеров. Особое внимание А.И. Узатис уделяет точным наукам, которые, по его мнению, являются базой для создания разнообразных систем.

Основываясь на опыте эксплуатации вентиляционных установок, А.И. Узатис разрабатывает правила безопасности для улучшения работы подземных рабочих, формирует положения о проветривании горных выработок естественным и искусственными способами. Полно описывает конструкции подъемных комплексов и принципы их проектирования, что становится базой для развития вертикального канатного подъема. Он впервые вывел формулы для выбора параметров конических барабанов с желобами и гладкой поверхностью.

Начатое А.И. Узатисом дело продолжили профессора Петербургского горного института П.А. Олышев и И.А. Тиме. П.А. Олышев, решая проблемы гидравлики, маркшейдерского искусства, прикладной механики, значительных успехов достиг в области рудничного подъема. Им разработаны методы использования и расчета установок с постоянным и переменным радиусом навивки. И.А. Тиме обобщил итоги своих исследований в работе «Справочная книга для горных инженеров и техников по горной части, горнозаводская механика», опубликованной в 1879 г. Особое внимание заслуживают такие ее разделы, как «Угледобывающие машины»; «Водоотливные машины»; «Воздуходующие машины и вентиляторы».

Тиме рассматривает канаты, копры, паровые машины и различные вспомогательные элементы, обеспечивающие их нормальную эксплуатацию - контрольные приборы, сигнальные и тормозные устройства, дает рекомендации по определению высоты поверхностных сооружений, времени движения сосудов. Благодаря И.А. Тиме был сделан качественный шаг в развитии горной техники. Усилия ученых, инженеров и практиков на протяжении рада столетий были направлены на механизацию наиболее трудоемких технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых.

На протяжении многих веков основными инструментами для разрушения горной массы являлись обушок, кайло и лопата. Доставка осуществлялась с помощью санок, волокуш, тачек и вагонеток. На открытых работах для этих целей служили телеги-«таратайки».

Появление электрической энергии, а позднее энергии сжатого воздуха существенно изменило ситуацию. Этому способствовало создание новых материалов и сплавов, обладающих большой прочностью и износостойкостью. Общее состояние техники шахт рудников, разрезов и карьеров России на рубеже XX в. в целом не соответствовало потребностям роста производственных мощностей добывающих предприятий. Такое положение было следствием экономической отсталости, чрезвычайно скудного финансирования научных исследований. Несмотря на это, русским ученым и специалистам удалось достигнуть впечатляющих успехов в создании и дальнейшем совершенствовании теории и практики отечественной горной механики.

В начале XX в. горная промышленность России имела низкий уровень технической оснащенности, а на ее предприятиях повсеместно наблюдалось засилье иностранных фирм - французских, немецких, бельгийских, не заинтересованных в изменении сложившейся ситуации. Многие годы вентиляторы, насосы, подъемные машины, электрооборудование и энергомеханическое оборудование закупались за рубежом. В среднем производительность шахт составляла 80-425 т, а их глубина - от 180 до 672 м. На шахтах и в рудниках в основном использовались паровые приводы и лишь на двух рудниках - наиболее эффективные по тем временам подъемные машины со шкивами трения и электродвигателями системы Ильгнера - Леонарда. Применялись центробежные вентиляторы, поршневые насосы зарубежного исполнения с малоэкономичными паровыми двигателями. Вентиляторы типов «Рато», «Сирокко», «Гибаив», «Сер», «Бери», «Женест-Гершер», «Пельцер» имели большие размеры, низкий КПД (не выше 0,4), несовершенные аэродинамические схемы, малую быстроходность, и как следствие невысокие производительность и создаваемый напор. Не получили должного распространения в этот период эффективные центробежные насосы.

Энергетическое хозяйство России этих лет при колоссальных ресурсах не обладало достаточными мощностями для широкого внедрения электрической энергии в различные области промышленности, в том числе и в горную. Особенно низким был уровень механизации процессов добычи и транспортировки по наклонным и горизонтальным выработкам. Отбойку угля подземные рабочие вели лежа или стоя на коленях, вручную, с помощью обушка, в очень стесненных условиях. Различным образом осуществлялась доставка полезного ископаемого от забоя к стволу. В отдельных случаях, например при потолкоуступной разработке тонких пластов, применялась переноска в корзинах и мешках.

Широкое распространение имели и другие способы: перелопачивание и отгребка, когда отгребальщики лопатами перекидывали разрушенную горную массу на расстояние 4-6 м; проталкивание, когда пропускальщики выполняли операции спуска полезного ископаемого по железным листам; перемещение сырья, когда катальщики (в основном на антрацитовых месторождениях, реже на почве пласта) передавали куски друг другу. Не менее изнурительным был труд саночников, которые, обвязав вокруг пояса веревку, тащили за собой очень часто на коленях волокушу или санки, и откатчиков, которые использовали тачки. Простое и производительное транспортирование под действием собственного веса применялось в основном в круто наклоненных выработках.

Транспортирование горной массы после погрузки в вагонетки производилось лошадьми, для чего под землей устраивались конюшни. Примерно такое же положение наблюдалось и на открытых разработках, где преобладали ручная отбойка и перемещение сырья в бричках и вагонетках при помощи лошадиной тяги. На некоторых месторождениях применялись специальные выемочно-погрузочные машины с паровым двигателем, которые называются экскаваторами. Все элементы таких машин, включая корпус, стрелы выполнялись из дерева. Такой экскаватор еще в 1834 г. создан Вильямом Отисом.

В России только в 1902 г. на Путиловском заводе начато производство первых отечественных экскаваторов типа «механическая лопата» с емкостью ковша от 0,38 до 2,29 м3. После Октябрьской революции развитие горной промышленности на базе коренного изменения уровня энерговооруженности и механизации технологических процессов становится одной из первых насущных задач. В 1918-1919 гг. создаются специальные управления - Главтоп, Главхим, Главзолото, Главсоль и Главруда, ведавшие вопросами добычи соответственно угля, нефти, сланцев, торфа, фосфоритов, ртути, золота, платины, минеральных солей, руд черных и цветных металлов, а также выплавкой свинца, серебра и цинка.

Для подготовки высококвалифицированных специалистов в эти годы открывается Московская горная академия и ряд вузов по всей стране; появляются предприятия горного машиностроения, обеспечивающие шахты, рудники, карьеры и разрезы новой высокопроизводительной техникой. Впервые проектируются и начинают внедряться мощные комбайны, струговые установки, экскаваторы и буровые станки. Интенсивно ведутся научные исследования, возглавляемые М.М. Протодьяконовым (1874-1930), М.М. Терпигоревым (1873-1959), Л.Д. Шевяковым (18891963), А.А. Скочинским (1874-1960), А.П. Германом (1874-1953) и другими учеными. Начинается качественно новый этап совершенствования стационарных установок.

3. Экскаваторы

В начале ХХ в. одноковшовые экскаваторы, применявшиеся на открытой разработке угольных месторождений, представляли собой паровые механические лопаты, емкостью ковшей 0,5-2,3 м3.

У одноковшового экскаватора ковш жестко связан со стрелой и в работе чем-то напоминает ухватки землекопа, вооруженного обычной лопатой. Этот экскаватор так и называется - «механическая лопата». Из-за жесткости связи механическая лопата может брать грунт не ниже уровня площадки, на которой стоит машина. На 1 октября 1922 г. государственная экскаваторная контора имела уже на учете 150 экскаваторов, 57 машин работали на эксплуатируемых и строящихся карьерах. Имеющиеся тогда иностранные модели многочерпаковых малопроизводительных экскаваторов с небольшими режущими усилиями (не более 20-25 кг на 1 см режущей кромки) в основном применялись на приисках. В 1926-1928 гг. начался период развернутого технического вооружения карьеров современной техникой, в основном приобретенной за рубежом.

В 1926 г. А.К. Лапин разработал оригинальную конструкцию экскаватора. Завод «Красный путиловец», ныне Кировский завод, начал их производство.

Тогда же на «Красном путиловце» была создана экскаваторная группа, которая в 1930 г. закончила проектирование нескольких экскаваторов с ковшами емкостью от 0,35 до 3 м3 на гусеничном ходу и экскаватор на колесном ходу с емкостью ковша 2,5 м3. В 30-х годах основные потребности горной промышленности в технике и механизации начали удовлетворяться за счет отечественного горного оборудования.

В конце 1931 г. Воткинским заводом был создан опытный образец советского экскаватора М-III-II. В это же время Кировский завод начал выпуск паровых железнодорожных машин «Кировец». В декабре 1932 г. костромской завод «Рабочий металлист» построил универсальный экскаватор ППГ-8. Московский завод «Красный металлист» и киевский «Красный экскаватор» приступили производству многоковшовых экскаватор малой мощности на железнодорожном ходу.

В 1936-1940 гг. на отечественных заводах изготавливались одноковшовые экскаваторы на гусеничном ходу марок IY-Э или СЭ-З с электрическим приводом; «Ковровец», ППГ, М-III-II, М-II-II с паровым двигателем и ЛК-А с дизельным приводом. В 1937 г. отечественные заводы выпустили 522 экскаватора. Экскаваторы ЛК-А зарекомендовали себя на рудных карьерах настолько хорошо, что применялись на карьерах и в послевоенные годы. В 30-е годы впервые в стране на руднике «Полпинский-1» были использованы многочерпаковые экскаваторы (поворотные рельсовые - на вскрыше, неповоротные рельсовые - на добыче). В октябре 1933 года специальная экспертная комиссия приняла проект многочерпакового экскаватора, разработанного конструкторским трестом НКТП УССР (главный конструктор В.А. Голяковский). Карпинский завод первым в стране освоил производство шагающих экскаваторов с ковшом емкостью 3,4 м3, что имело большое значение для внедрения бестранспортной системы разработки.

В 1943 г. на угольных разрезах Урала были начаты работы по переоборудованию паровых и дизельных экскаваторов. На первой стадии на экскаваторы ставили электродвигатели переменного тока, но эта схема оказалась жесткой. Позднее переоборудование стали выполнять по системе Леонардо, что дало возможность использовать двигатели постоянного тока, которые легко регулируются. Опыт угольных разрезов был распространен на другие предприятия. Модернизация экскаваторного парка принесла большой экономический эффект.

По проекту Н.В. Мельника, Н.А. Малевича и группы инженеров в 1947 г. Копейским и Карпинским заводами изготовлено несколько шагающих экскаваторов типа драглайн ЭШ-1 с ковшом 3,4 м3, длиной стрелы 38 м. Шагающий экскаватор не имеет гусениц. Он стоит на большой круглой опоре и передвигается посредством лыж, расположенных по бокам экскаватора. Когда экскаватору нужно передвинуться вперед, лыжи опускаются, выдвигаются вперед и обеспечивают новую опору для экскаватора. В действие приходят насосы. Они подтягивают экскаватор к лыжам.

Огромная машина приподнимается над землей и, опираясь на лыжи как на костыли «шагает» вперед. Когда экскаватор передвинется, лыжи возвращаются в исходное положение, машина опять стоит на круглой опоре. Так, шаг за шагом передвигается эта машина. Ковш подвешен к подъемному канату цепями и соединен с тяговыми канатами. Драглайны обычно применяют для разработки забоев, расположенных ниже уровня стояния экскаватора и, как правило, работают в отвале. Конструкция шагающих экскаваторов имеет целый ряд оригинальных решений: облегченная стрела мачтово-винтовой конструкции, гидравлический ходовой механизм. В 1946 г. под руководством А.С. Реброва был создан новый дизельный экскаватор Д-107 с ковшом емкостью 0,5 м3, а в 1947 г. началось их серийное производство под маркой Э-506.

С 1948 г началось создание мощных экскаваторов. На заводе Новокраматорский машиностроительный завод НКМЗ под руководством Н.И. Бабича выпускается вскрышной экскаватор ЭГЛ-15. Совершенствование экскаваторов происходило по линии увеличения их производительности. Отечественное экскаваторостроение особенно интенсивно развивалось в послевоенные годы. В его истории можно выделить следующие этапы: первый с 1936 по 1946 гг., второй с 1946 по 1960 гг. и третий современный.

В 50-х годах созданы мощные шагающие экскаваторы ЭШ14/75, ЭШ-20/65, ЭШ-15/90 и модель ЭШ-25/100 с ковшом емкостью 25 м3 и длиной стрелы 100 м, тогда же модель ЭШ-14/75 по параметрам была доведена до модели ЭШ-15/90. В эти же годы карьеры оснащаются новыми одноковшовыми экскаваторами главным образом экскаваторами СЭ-З. В 1950-1955 гг. увеличилось количество вскрышных экскаваторов с емкостью ковша от 3 до 5 м3.

В 1956-1960 гг. на УМТЗ были созданы экскаваторы ЭКГ-4, ЭКГ-5, ЭКГ-8 с улучшенными, по сравнению с СЭ-3, конструктивными параметрами и экономическими показателями. Экскаваторы ЭКГ-4 (в последующем ЭКГ-4,6) и экскаватор ЭКГ-8 стали основными моделями одноковшовых экскаваторов, применяемых на карьерах и в настоящее время. Тогда же появились роторные экскаваторы на глиняных карьерах, а затем на рудных. В 1956-1957 гг. под руководством Н.В. Мельника разработан первый типоразмерный ряд оборудования непрерывного действия и типовая схема его применения для открытых разработок. Мощные многоковшовые экскаваторы снимают пустую породу, и передают ее на конвейеры. Ленточными конвейерами транспортноотвального моста порода переносится к отвалу на противоположную сторону карьера. Так слой за слоем снимается порода, обнажая пласт угля.

Многоковшовые экскаваторы выпускаются двух типов: цепные и роторные. Отечественная промышленность выпускается только роторные. В 1963 г. УЗТМ выпустил опытный образец экскаватора ЭКГ-4,6 в северном исполнении, а в 1965 г. Норильским горно-металлургическим комбинатом было завершено рабочее проектирование модели экскаватора ЭКГ-4,6АС для применения в условиях Крайнего Севера.

УЗТМ в 1965 г. выпустил первые экскаваторы ЭКГ-4,6А. Модернизация экскаватора позволила увеличить в 1,5 раза гарантийный срок его работы (с 12 до 18 месяцев) и повысить производительность на 5-7%. Ижорский завод им. Жданова освоил модель ЭКГ-8И и построил опытный образец мощного карьерного экскаватора ЭКГ-12,5 со стандартным ковшом емкостью 12,5 м3 и сменными ковшами емкостью 10 и 16 м3.

В 1964 г. на УЗТМ был завершен технический проект сверхмощного экскаватора ЭШ-80/100 и его варианта ЭШ-50/125 с ковшами мощностью 80 и 50 м3 и длиной стрелы 100 и 125 м. На НКМЗ были выпущены экскаваторы - вскрышные лопаты ЭГЛ-15, ЭВГ-35/65. Развитие мощной вскрышной техники расширило область применения бестранспортной системы (открытой) разработки, высота вскрышных уступов возросла почти вдвое. В последнее время выпускаются следующие модели драглайнов: ЭШ-5/45, ЭШ-11/70 (модификация ЭШ-13/50), ЭШ-15/90 (модификация ЭШ-20/75), ЭШ-25/100, ЭШ-80/100.

Эксплуатация роторной техники показала ее безусловные преимущества: меньшие капитальные и эксплуатационные расходы на 1 м3 вскрыши, а также возможность достижения высокой годовой производительности при сравнительно небольшом возрастании капитальных удельных и эксплуатационных расходов. В 1960 г. отечественная промышленность выпустила транспортноотвальные комплексы, состоящие из роторного экскаватора ЭРШР-5000 40/7 и отвалообразователя ОШР-5000/185, экскаватора ЭР-400 17/1,5 и отвалообразователя II 1600 15/7.

Большой вклад в создание техники непрерывного действия на карьерах внесли Н.В. Мельников, М.Г. Потапов, К.Е. Виницкий, Н.Г. Домбровский, А.С. Красников, Г.Е. Зайченко, В.С. Меньшов, А.И. Шендеров и др. Дальнейшее совершенствование машин, входящих в состав комплексов непрерывного действия, будет осуществляться по пути создания более надежных конструкций и снижения их веса. В настоящее время на карьерах страны используются следующие одноковшовые экскаваторы: ЭКГ-4У, ЭКГ-4,6А, ЭКГ-5А, ЭКГ-8И, ЭКГ-6,3УС, ЭКУ-6,3У, ЭКГ-12,5, ЭКГ-15, ЭКГ-20А; драглайны ЭШ6,5/45У, ЭШ-11/70У, ЭШ-13/50У, ЭШ-14/50У, ЭШ-20/90, ЭШ-25/100А, ЭШ-40/85, ЭШ-100/100. Многоковшовые экскаваторы ЭР-630, ЭР-1250, ЭР-12500Ц, ЭРШР-5000, ЭРП-5250, ЭРП-6500.

4. Выемочно-транспортные и транспортные средства

В 1920 г. на горных предприятиях для выдачи полезного ископаемого использовался гужевой транспорт. Редкие механизированные транспортные средства, такие, как подвесные канатные дороги, выполняли второстепенную роль. В 1927 г. карьеры начали оборудовать кабель кранами, причем в основном с металлическими башнями; подъемниками системы гумбольт, поднимавшими из карьера несколько вагонеток одновременно; скиповыми подъемниками.

На транспортировке руды применялись двенадцатисильные паровозы типа «кукушка» и коппелевские полуторатонные тонные вагонетки. В 1929 г. на Высокогорском руднике был введен в эксплуатацию первый паровоз, а устаревшие полуторатонные вагонетки заменились на 10 тонные двухкузовные вагонетки «Орнштейн-коппель». В это же время за рубежом были закуплены электровозы типа «Савильян» со сцепным весом 70 тонн: думпкары «Магор» емкостью 27 м3 и путепередвижчики «Норберг».

В 1930 г Торецкий завод освоил выпуск думпкаров грузоподъемностью 20 тонн, а Сормовский завод - 40 тонн. Реконструкция карьерного транспорта шла по линии применения нового отечественного железнодорожного оборудования. С 1938 г. начался выпуск думпкаров грузоподъемностью 40 и 60 т типа «открытый борт» с пневматическим приводом опрокидывания на обе стороны. На карьерах появились отечественные 100 тонные шестиосные гондолы. В предвоенные годы работы по транспортировке руды и вскрышные работы были очень дорогими и трудоемкими.

В значительной степени это было обусловлено тем, что передвижка путей не была механизирована и проводилась вручную. Механизация этих звеньев производственного процесса началась в карьерах в 1940-1941 гг. Для передвижки стали применяться путепередвижные машины отечественного производства, а на отвалах использовались путепередвигатели системы «Нордберг». С 1935 г. на карьерах Урала стали использоваться ленточные конвейеры РТ-20 и РТ-30 с лентой шириной 700 мм. Автомобильный транспорт впервые был применен в песчаных карьерах в 1932-1935 гг., это были бортовые машины с ручной разгрузкой и автосамосвалы грузоподъемностью до 3 тонн.

В 40-х годах на отдельных карьерах стали практиковаться изготовленные своими силами отвальные плуги. Несмотря на конструктивные недостатки, они значительно способствовали снижению трудоемкости и удешевлению отвальных работ. С 39-го года стали применяться конвейерные отвалообразователи. Первый отечественный отвалообразователь с консолью 30 м (бандваген) был изготовлен в 1934 г. механическими мастерскими Лопатинского рудника.

В 40-е годы был налажен выпуск специализированных ленточных конвейеров РТ-60 с шириной ленты 900 мм, предназначенных для карьеров и путеподъемников непрерывного действия «Металлист». В 1947 г. в Министерстве угольной промышленности была сформирована группа специалистов - А.А. Сущенко, Е.Б. Стахевич, Г.П. Егурнов, Ю.С. Подэрни и др. под руководством Н.В. Мельникова. Они разработали комплексы горных и транспортных машин для открытых горных работ. В 1946-1947 гг. был освоен выпуск более мощных транспортных средств. К числу нового транспортного оборудования, прежде всего, относились электровозы IY-КП-1 со сцепным весом 80 тонн.

Применение этих электровозов положило начало широкой электрификации карьерного железнодорожного транспорта. В 1948-1949 гг. на некоторых карьерах применялись 150-тонные электровозы постоянного тока фирмы «Сименс-Шуккерт». Началась замена маломощных паровозов сери Ов, Од, Р, использовавшихся на вскрышных работах, на более мощные магистральные серии Е, Э, ЭМ, Со, ЭР, Тр-12. В 1949 г. наряду с выпуском электровозов СО-У-КП-2 были разработаны новые серии IY-КП-1А для напряжения сети 1650 В и IY-КП2А - 825 В. В 1948-1951 гг. на карьеры пришли автосамосвалы ЗИС-585, МПЗ-205, ЯАЗ-210Е, МАЗ-525 с грузоподъемностью соответственно 3, 5, 10 и 25 т.

Расширилась механизация отвальных работ. Она шла в основном по линии внедрения экскаваторных отвалов. К 1949-1950 гг. одноковшовые экскаваторы укладывали в отвал уже основную массу транспортной вскрыши. Для увеличения производительности вскрышных работ совершенствуются и конструкции отвалообразователей. Первые типы ОР-1 и ОР-2 соответствовали производительности одноковшовых экскаваторов, а ОР-З - роторных РС-250 и РС-450.

На Часов-Ярском карьере в 1955 г. была изготовлена конструкция консольно-ленточного отвалообразрвателя на шагающем ходу ОШ-1. В 1960-1961 гг. для непосредственной передачи грунта от роторного экскаватора в выработанное пространство при обработке нижнего уступа изготовлен отвалообразователь ОШР-4500/180 с отвальной консолью в 180 м. Консоль этого отвалообразователя представляет собой конструкцию из шарнирно-сочлененных секций, изготовленных из тонкостенных труб большого диаметра.

Сложная вантовая система обеспечивает вертикальную и горизонтальную жесткость стрелы. Впервые в этой машине применено шагающе-рельсовое ходовое оборудование. В 1961-1962 гг. был создан транспортный отвальный мост на шагающем ходу ОМГШ-50/500. В 1962 г. Днепропетровский электровозостроительный завод (ДЭВЗ) изготовил опытные образцы четырехосного маневрового электровоза Д-100 (сцепной вес 92 т) и ДМ-100М. А в 1964 г. этот же завод изготовил опытный образец электровоза переменного тока Д-94 со сцепным весом 94 т напряжением 1750 В. В этом же году создан опытнопромышленный образец тягового агрегата, состоящего из электровоза со сцепным весом 120 т и двух моторных вагонов-думпкаров со сцепным весом 120 т каждый.

Применяемые первоначально электровозы переменного тока Д-100М в 1968-1969 гг. были заменены на дизельэлектрические аппараты EL-10 производства ГДР. Передвижная контактная сеть, расположенная в карьере и на отвале, усложняет работу экскаваторов, повышает стоимость электрификации карьерного транспорта и затрудняет эксплуатацию, так как ее приходится частично демонтировать или передвигать. Ликвидации этих недостатков на карьерном транспорте можно добиться за счет применения тяговых агрегатов с дизель-генераторами. С 1953 г. Днепродзержинский вагоностроительный завод выпускает 60-тонные четырехосные думпкары, а Калининградский машиностроительный завод - думпкары типа ПБ конструкции Д-50. С 1955 г. он приступил к выпуску думпкаров типа ОБ (откидной борт) конструкции ЭВС-50.

В 1954 г. после освоения думпкара З-ВС-50, грузоподъемностью 50 т, был создан опытный образец 90-тонного думпкара с емкостью кузова 48,2 м3. На его базе стали производиться 95-тонные думпкары ВС95. В 1960-1961 гг. Калининградский завод увеличил грузоподъемность думпкаров до 100-120 т - ВС-120, а через год была разработана конструкция и изготовлен опытный восьмиосный думпкар ВС-140 с грузоподъемностью 140 т. Крюковский машиностроительный завод в 60-х годах освоил производство 60-тонных четырехосных цельнометаллических гондол, а Днепропетровский завод выпустил 100-тонную гондолу, рассчитанную на погрузку крупнокусковых материалов весом 2,0-2.5 тонны.

В это же время была разработана конструкция 120-тонной гондолы. Для перевозки руд получили применение и хопперы с металлическим сварным или клепаным кузовом. Наиболее распространены 50-, 90-, и 110-тонные хопперы. С 1959 г. Крюковским вагоностроительным заводом начался выпуск 80-тонных шестиосных вагонов типа «Тальбот» с пневматическим управлением механизмами и с двухсторонней разгрузкой. Ведутся исследования и разрабатываются моторные думпкары, пригодные для работы на рельсовых путях при уклонах порядка 80-90%. С середины 60-х годов одним из основных видов транспорта на открытых разработках, особенно при строительстве карьеров и разрезов стал автомобильный. В 50-х годах отечественная автомобильная промышленность наладила выпуск 5-и 10-тонных самосвалов МАЗ-205 и ЯАЗ-222, а затем ЯАЗ218 с разгрузкой на обе стороны и ЯАЗ-227 с задним опрокидыванием.

С 1960 года автосамосвалы ЯАЗ-210Е применялись в сочетании с экскаваторами емкостью 1,5 -2,0 м3. Повышение грузоподъемности автотехники связано с преодолением определенных трудностей, тем не менее, проходят испытание на карьерах автосамосвалы Белорусского автомобильного завода: 27-тонный БелАЗ и с 1965 года - 40 тонный БеЛАЗ-548. Конструируется 75-ти тонный БелАЗ-549. Развивается производство и прицепов с седельными тягачами. Белорусский автозавод на базе мощных автосамосвалов БелАЗ-549 осваивает выпуск полуприцепов грузоподъемностью 65 и 110 т, а Минский автозавод изготавливает седельный тягач МАЗ-504, с полуприцепами 12,5-16,0 т и двухосный тягач МАЗ-525В для работы с прицепами грузоподъемностью 36 т. В 1965 г. созданы 45-тонный и 67-тонный автопоезда на базе тягачей и полуприцепов-самосвалов с задней разгрузкой.

В результате многочисленных исследований Белорусский завод выпустил автопоезд-троллейвоз БелАЗ-548-5272 грузоподъемностью 65 т, предназначенный для работы в глубоких карьерах. В настоящее время на открытых горных работах используются автомобили Белорусского автомобильного завода БелАЗ-7510 - грузоподъемность 27 т, БелАЗ-75401 - 30 т, БелАЗ-548А - 40 т, БелАЗ-7225 - 40 т, БелАЗ7523 - 42 т, БелАЗ-7548 - 42 т, БелАЗ-549 В - 75 т, БелАЗ-7519 - 110 т, БелАЗ-75211 - 170 т, БелАЗ-75212 - 180 т и автопоезд-углевоз БелАЗ7420-9590 - грузоподъемностью 180 т. Автосамосвалы представляют собой автомобили, оснащенные кузовами особой конструкции с задней или боковой разгрузкой, специальными шасси и силовыми установками. В 50-х годах наиболее распространенными являлись ленточный конвейер РТ-60 с шириной ленты 900 мм. Применение отвалообразователей и транспортноотвальных мостов вызвало необходимость наладить производство мощных конвейеров КЛЗ-500, КРУ-350, КРУ-900 и др.

С 60-х годов применяются канатно-ленточные конвейеры с шириной ленты 900 мм, диаметром каната 32 мм, скоростью движения ленты 2,1-2,3 м/с и длиной става от 1,5 до 3 км. К 1950 г. отвальные работы в основном выполнялись экскаваторами. С 60-х годов планировка отвалов на ряде карьеров производилась плугами. Их общим недостатком было отсутствие самостоятельных ходовых двигателей.

Наибольшее распространение получили отвальные плуги МОП-1 и «Урал» с лемехами, смонтированными на четырехосной 50-тонной железнодорожной платформе с усиленной опорной рамой. В настоящее время все больше получают распространение специальные отвальные многоковшовые экскаваторы и конвейерные отвалообразовательные мосты. Отвалообразование с использованием многочерпаковых экскаваторов начало производиться с помощью шагающих отвалообразователей со встроенным ротором и приемным бункером и конвейерами с шириной ленты 1200 мм. Получили применение отвалообразователи с консольными конвейерами конструкции «Гипроуглемаша» ЛО-1,5-1.

Заключение

Разработка недр - деятельность по обеспечению общества минеральными и энергетическими ресурсами ? является основой экономического развития любой страны и служит базой для всех иных отраслей промышленности.

Горное дело зародилось в глубокой древности одновременно с возникновением человеческого общества и имеет богатую и яркую историю. Знания по истории техники находятся в диалектической взаимосвязи с новыми научными результатами: лучшее и прогрессивное из старого переходит в новое и даёт ему большие перспективы. Иногда забытое старое снова возрождается на новом техническом уровне и приобретает вторую жизнь, но в другом, более доскональном виде.

Технический прогресс ? это непрерывное совершенствование техники и технологии производства на основе достижений науки. Согласно академику Б.М. Кедрову, в истории взаимосвязи науки и техники можно выделить три этапа:

1. До XVII-XVIII вв. наука в своём развитии отставала от техники. Орудия и машины являлись воплощением накопленных эмпирических знаний, а не результатом научных исследований.

2. В XIX в. наука догоняет технику. Производственный процесс становится сферой применения науки, а наука ? функцией производственного процесса.

3. В середине XX в. наука в своём развитии опережает технику, превращается в непосредственную производительную силу и приводит к созданию новых материалов и способов производства.

Список использованной литературы

1. Остромецкий А.А. Очерки по истории русской горной механики. - М.: Углетехиздат, 1953.-156 с. Черных Е.Н. Металл-человек-время. - М.: Наука, 1972. ?80 с.

2. Мельников Н.В. Горные инженеры. - М.: Наука, 1981.-160 с.Гейман Л.М. Взрыв: история, практика, перспективы. - М.: Наука, 1978. - 174 с.

3. Мельников Н.В. Горные инженеры. - М.: Наука, 1981.-160 с.

4. Григорян А.Т. Механика от античности до наших дней. - М.: Наука, 1971.-312 с.

5. Боярский В.А. Добыча руды открытым способом. - М.: Недра, 1971.-282 с.

6. Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы. - М.: Недра, 1991.- 304 с.

Размещено на Allbest.ru