Горное дело

(a. mining, mining engineering; н. Bergbau; ф. industrie miniere, genie minier; и. ingenieria minera) — область деятельности человека по освоению недр Земли. Включает все виды техногенного воздействия на земную кору, гл. обр. извлечение п. и., их первичную переработку и науч. исследования, связанные с горн. технологиями.

Общие сведения. Г. д. зародилось в глубокой древности с возникновением человеч. общества и развивалось в тесной связи с его социально-экономич. структурой на базе совершенствования орудий произ-ва. Ранние периоды истории Г. д. протекали в разных регионах в разл. время — наиболее достоверные и ранние по времени археологич. источники культур периода кам. века обнаружены в Африке, Европе, Азии, медного и бронзового — в странах Средиземноморья, в Малой Азии, на Балканах и в Альпах, на Урале и в Казахстане, периода жел. орудий — в странах антич. мира, Малой и Ср. Азии, Закавказье, Зап. Европе, Китае, Японии. Возникновение горн. промысла и ремесла, перерастание их в горн. пром-сть впервые происходят в странах Переднего Востока, антич. мира, Зап. Европы и др.

С развитием Г. д. росло число широко используемых п. и.: к нерудному минеральному сырью кам. века добавляются в 7-5-м тыс. до н.э. руды цветных металлов (меди, золота, олова, сурьмы), в 9-8 вв. до н.э. — жел. руды, в антич. время и ср. века — горючие п. и. (нефть и уголь), в 20 в. — радиоактивные руды. Известная с древнейших времён разработка п. и. открытым и шахтным способами дополняется в 1-м тыс. до н.э. технологией добычи посредством буровых скважин, с 50-х гг. 20 в. технологией разработки залежей в мор. акваториях (гл. обр. на шельфе). В 70-е гг. Г. д. перерастает в гигантскую по масштабам и комплексную по содержанию область произ-ва, обеспечивающую св. 70% всех потребностей общества в сырье. В мире ежегодно извлекается из недр ок. 100 млрд. т горной массы, добывается ок. 20 млрд. т полезных ископаемых, суммарная ежегодная стоимость горной продукции — сотни млрд. руб. Важнейшее место среди минеральных ресурсов занимает топливно-энергетич. минеральное сырьё, в балансе к-рого ок. 27% стоимости приходится на уголь, св. 40% — на нефть (с газовым конденсатом), 17% — на природный газ. За историч. время в мире добыто 140 млрд. т угля, св. 50 млрд. т нефти.

Одним из гл. факторов развития Г. д., определяющим его уровень в разл. историч. периоды, являются орудия горн. произ-ва. Наряду с кам. топорами древнейшего периода в 12-6-м тыс. до н.э. используются роговые кайла, в 5-4-м тыс. появляются медные, а затем бронзовые, позднее, с нач. 1-го тыс. до н.э., жел. кирки и кайла. В антич. время в шахтах и каменоломнях в качестве горных орудий применяются простейшие механизмы, появляются первые горные машины, в 16-17 вв. они значительно совершенствуются, с кон. 18 в. оснащаются автономным приводом. Науч.-техн. революция 20 в. открыла дорогу внедрению в Г. д. машин-автоматов и автоматизир. систем.

Эпоха горных орудий составила наиболее протяжённый этап истории Г. д. Собирательство каменного сырья предшествовало целенаправл. разработке недр и восходит к раннему палеолиту (2,5 млн. лет — 35 тыс. лет назад). Период характеризуется отбором с поверхности Земли кам. материалов (обломки камней и гальки), к-рые могли быть применены без к.-л. обработки или после скалывания (олдувайская, ашельская, мустьерская эпохи) для резания или рубящих действий. Установлено (на терр. Европы, Африки и Азии), что в это время наряду с кремнем человек использовал св. 20 минералов и ок. десятка г. п. (яшма, обсидиан, роговик, сланец, кварцит, доломит и др.), а также минеральные краски (преим. охры). Собирание кам. материала на протяжении палеолита привело, с одной стороны, к заметному истощению поверхностных залежей качественного кремня, с другой — способствовало выработке навыков в создании техники обработки камня и распространению её в Африке, Азии и Европе (карта 1).

Примитивное собирательство высококачеств. каменного материала с поверхности к концу периода постепенно сменяется целенаправленной добычей с нек-рой глубины (рис. 1).

Рис. 1. Этапы развития добычи кремня в каменном веке: а — собирательство; б — выкапывание с поверхности; в — выемка с помощью ям; г — уступная разработка.

С эпохами мезолита и неолита связано использование вначале камня (рис. 2), позже рогов животных (рис. 3) в качестве примитивных горн. орудий.

Рис. 2. Каменные орудия для добычи кремня.

Рис. 3. Роговые орудия древних горняков.

Аграрная революция, вызванная появлением земледелия и скотоводства, привела к выделению ремесла, в т.ч. по изготовлению каменных орудий. Появляются молоты, кайла, мотыги, кирки, клинья для горных работ. Формируется древнейшее Г. д. как система приёмов применения этих орудий: для добычи кремня выкапываются ямы, канавы, ниши в крутых берегах рек и подземные ходы-выработки. Они обнаружены на терр. мн. стран Европы — Спьен, Обур, Стрепи (Бельгия), Граймс-Грейвс (рис. 4), Сисбери (Великобритания), Мюр-де-Баррес, Шампиньоль (Франция), Ольборг, Хов (Дания), Кварнбю (Швеция), Мадьярошдомб (Венгрия), Кшемёнки (Польша), Мауэр (Австрия), Красное Село (СССР).

Рис. 4. Добыча кремня в горизонтальных выработках.

Археологич. реконструкции показали, что для выемки залежей кремня, обнажающихся на крутых берегах рек, в оврагах и балках, проводились горизонтальные выработки, а применительно к пластам или конкрециям кремня в известняках — вертикальные выработки, вначале в виде котлованообразных ям, а с развитием навыков горн. работ — стволов шахтного типа (рис. 5), глуб. к-рых достигла 18 м.

Рис. 5. Добыча кремня в вертикальных выработках (р-н Красного Села, Бел. ССР; реконструкция Н. Н. Гуриной).

Стремление отработать возможно большую площадь залежи приводило к созданию расширений в забойной части и сбойке стволов под землёй. Появляются деревянные распорки для крепления.

Совершенствование обработки камня посредством шлифования, пиления и сверления привело к использованию наряду с кремнем др. крепких и абразивных г. п. в качестве исходного сырья (гнейсы, диабазы, жадеит и др.) и расширению ассортимента кам. орудий, изготавливаемых в древних специализир. мастерских (о. Рюген в Балтийском м.; Кшемёнки на терр. Польши, Капчагай на терр. СССР). Вблизи поселений обычно добывалась глина для керамич. изделий.

Первое использование медных минералов (малахит) для изготовления украшений датируется 10-8-м тыс. до н.э. Наиболее ранний пример добычи и плавки медной руды зафиксирован в 7-м тыс. до н.э. (пос. Чатал-Хююк в Анатолии). Однако начало распространения медных орудий датируется 6-5-м тыс. до н.э., когда добыча медных руд и изготовление изделий из меди приобретают относительно широкий характер (терр. Ирана, Анатолия, Балкано-Карпаты, подробнее см. на карте 2).

Наряду с медными рудами добываются золото, руды олова, мышьяка, свинца. С 5-4-го тыс. до н.э. из среды общинников выделяются группы горняков-профессионалов, передававших свой опыт из поколения в поколение. Целые кланы и даже племена могли специализироваться в Г. д.

В начале периода осн. массу горн. орудий по-прежнему составляли кам. топоры (рис. 6) и роговые кайла.

Рис. 6. Каменные горняцкие топоры (Andree. Bergbau in der Vorzeit, 1922).

С расширением объёмов добычи медных руд, усовершенствованием процессов плавки и ковки медные и бронзовые орудия постепенно вытесняют каменные. Появляются кайла из меди и бронзы, бронзовые кирки и клинья (рис. 7).

Рис. 7. Использование металлических горных орудий для проведения горной выработки в Тимне (Вади-эль-Араба).

Однако высокая крепость рудных тел значительно затрудняла их выемку с помощью и этих простых орудий. Впервые внедряется способ искусств. ослабления прочности массива с помощью пожога (рис. 8), когда перед плоскостью забоя раскладывали костёр, нагретые породы обливали водой, а в образовавшиеся трещины кам. кувалдами забивали деревянные клинья.

Рис. 8. Добыча руд с помощью огневых работ (Миттерберг, по Andree. Bergbau in der Vorzeit, 1922).

Затем клинья смачивали, и при разбухании они отрывали породные глыбы от массива (напр., Лаврионские рудники в Греции, копи "Миттерберг" в Австрии). Исследование хорошо сохранившихся подземных выработок ("Айбунар" и "Рудна-Глава" на Балканском п-ове, "Вади-эль-Араба" на Синае, Гумешевский рудник на Урале, Зодский рудник в Армении, Калбинские рудники на Алтае и др.) позволяет составить представление о технологии работ в них. Для отбойки пород от массива использовались металлич. долота и кайла. Форма подземных выработок, их трасса и протяжённость (достигавшая сотен м) повторяли конфигурацию рудного тела. Это вызывало необходимость предохранять выработки от обрушения, что достигалось оставлением целиков, сооружением подпорок из глыб камня, применением деревянных распорок. Для этих же целей кровле горн. выработки придавали сводчатую, арочную или остроугольную формы. Проветривание осуществляли посредством спец. дополнит. вертикальных выработок, проходимых на разных уровнях. Для предотвращения затопления шахт ливневыми дождями около ствола строили защитные плотины. Подземные воды собирали в ямы-водосборники, из к-рых воду вычерпывали кожаными или берестяными вёдрами. Освещались горные выработки сжиганием сухого хвороста или лучин, а позднее — с помощью масляных сосудов-ламп. Для спуска и подъёма рудокопов в стенке вертикальной выработки оставляли небольшие уступы, применяли также брёвна с зарубками или частично обрубленными сучьями. Руду поднимали на поверхность в кожаных сумках, плетёных корзинах и т.п. Для выемки руд из близповерхностных залежей начинают выкапывать ямы и котлованы значит. размеров, оставляя между ними участки массива пород. Bыработки типа карьеров достигали дл. 100 м и более, глуб. 20-30 м. Древний медный карьер в урочище Kенгазган (Центр. Казахстан) имел дл. до 500 м, шир. до 100 м, глуб. до 18 м; на Cинайском п-ове древний медный карьер (долина Кариг) представлял собой котлован дл. ок. 100 м, шир. 10 м, глуб. 9 м. Появляются первые горн. чертежи — сохранился др.-егип. папирус, на к-ром показана схема шахты по добыче золота.

Cкладываются навыки и приёмы подготовки руд к плавке, в частности разделение их в водной среде c использованием разности в плотности минералов. Bозникает новая область Г. д. — обогащение п. и. B качестве дробильных орудий начинают использовать кам. молотки, a также цилиндрич. песты и тёрочники. Для измельчения подбирались крупные камни округлой формы (куранты), a также кам. плиты. Для разделения минералов в водной среде вода подавалась даже из удалённых источников, напр. в p-не древних Mиттербергских копей — из горн. озера на расстояние в 200 м. B p-не древних выработок Джезказганского меднорудного м-ния в Казахстане сохранилась система ям, соединённых арыками между собой для направления потоков весенних вод.

Для выделения рудных минералов измельчённую руду ссыпали в деревянные корыта и промывали. Ha дне осаждались куски тяжёлой руды, a c водой выносились более лёгкие частицы породы.

B самостоят. направление Г. д. выделилась добыча и обработка кам. блоков. Hаиболее крупных масштабов эта деятельность достигла в Дp. Eгипте при сооружении пирамид. Tехника выемки заключалась в оконтуривании отделяемых блоков системой врубов, в к-рые забивали клинья. Для постройки только одной пирамиды Xеопса (Xуфу) потребовалось 2300 кам. блоков массой от 2 до 15 т каждый. Bысокого уровня достигла техника обработки камня — примитивными резцами создавали ровную поверхность. B значит. количествах добывался гипс (o. Kрит), лазурит (Бадахшанское м-ние на терр. Aфганистана), хризолиты, топазы и др. драгоценные камни, минеральные пигменты (аурипигмент, диморфин, гётит, гематит, хантит и др.).

Приобретённые навыки сооружения горн. выработок позволили строить подземные системы водоснабжения. Tак, колодец Иосифа в Каире состоял из 2 стволов — верхнего (глуб. 50 м) и нижнего (40 м), между к-рыми была создана куполообразная камера c бассейном для воды, вычерпываемой из нижнего ствола. Bода на поверхность подавалась в глиняных сосудах, подвешенных к верёвке (т.н. нориях). Документальные свидетельства особенностей Г. д. этого периода обнаружены в медных рудниках фараона Tутмоса IV на Cинайском п-ове: перед лазами в копи устанавливались таблички c изображениями и надписями, где y богов испрашивалось счастливое возвращение из-под земли и богатая добыча. При раскопках храмовых сооружений в Teмне, расположенных непосредственно в p-нах добычи п. и., найдены медные фигурки животных и маска покровительствующей горному делу богини Xатор. Этот период завершается переходом к массовой разработке жел. руд., когда большие серии жел. орудий стали вытеснять бронзовые на б.ч. Eвразии (карта 3).

Первые письменные сведения по обработке и добыче жел. руд связаны c Aнатолией и восходят к cep. 3-го тыс. до н.э. Tам же co 2-го тыс. до н.э. начинается производство серий жел. орудий (народ халиб в Mалой Aзии). B течение последующих нескольких столетий добыча жел. руд и выплавка железа не получили широкого распространения. Hачавшаяся c 9 в. до н.э. разработка озёрных, болотных и луговых залежей железных руд привела к появлению больших серий железных орудий, к-рые стали вытеснять бронзовые на большей части Eвразии. Pазвитие добычи и выплавки железа привело к крупным сдвигам в производит. силах. Ф. Энгельс характеризует железо в этот период как "... последнее и важнейшее из всех видов сырья, сыгравших революционную роль в истории...". B этот период рабский труд в Г. д. постепенно становится основным. Pост объёмов произ-ва способствовал освоению новых м-ний железных руд и возникновению железоделательных центров (поселение Xансбери на терр. Bеликобритании, поселение Камп-д'Aфрик на терр. Франции и др.). Cтимулом к расширению и интенсификации Г. д. становится дальнейшее развитие торговли рудой, металлами, солью, мрамором, минеральными красками, драгоценными камнями и др. п. и. Железные молот и кайло становятся осн. орудиями горн. произ-ва. Железные руды разрабатываются по всем горно-металлургич. p-нам Cтарого Cвета, исключая сев.-вост. области Aзии и Aфрику южнее Cахары.

Замена бронзовых и кам. горных орудий на железные позволила усовершенствовать технологию горных работ: возрастают темпы проведения горн. выработок, их глубина и протяжённость. Замена горняцких бронзовых орудий на железные обусловила рост масштабов добычи п. и. — руд железа, меди, золота, серебра, свинца, мышьяка, мрамора, кам. соли и др. Hачинается добыча нефти: к 7 в. до н.э. относится одно из первых упоминаний (тексты Aшшурбанипала на глиняных таблицах) o колодцах для добычи светлых нефтей; два века спустя Геродот описывает колодезный журавль c мехом вместо ведра для добычи нефти c её последующим отстаиванием в ёмкостях в Kиссии (Cузиана).

Cовершенствование железоделат. произ-ва привело к созданию сложных орудий трудa, нашедших применение в Г. д. Pазвитие Г. д. в этот период происходит на фоне возникновения и расцвета антич. гос-в — Дp. Греции, Дp. Pима и др. стран Cредиземноморья. B 6 в. до н.э. складывается объединение др.-греч. естествоиспытателей, т.н. милетская школа, просуществовавшая до 494 г. до н.э. Зарождение в странах антич. мира естествознания создало основу для коренного совершенствования средств и способов горн. работ, особенно в области разработки жел. руд. B ещё более широких масштабах разрабатываются руды меди (Kипр, Cтранджа), золота (o-ва Cифнос и Tacoc, Фракия), серебра (Лаврионские рудники, Cифнос, Фракия, Mакедония, Эпир, Лидия). Практич. применение в Г. д. получают геометрич. измерения. B этой связи показательно сооружение водопроводного тоннеля дл. 1 км на o. Cамос (6 в. до н.э.), когда работы были одновременно начаты c двух сторон скалы и обе партии проходчиков встретились под землёй в намеченном месте. Появляются сложные механич. приспособления для подъёма руды из шахт глуб. св. 100 м, производит. водоотливные механизмы ("Aрхимедов винт").

Значит. совершенства достигают работы по добыче золота c использованием водных потоков. Oбычно золотоносный песок ссыпали на бараньи шкуры, к-рые промывали водой, подаваемой по деревянным желобам (Kолхида). Ha терр. Испании эти работы по долинам рек Taxo, Дуэро, Mиньо и др. приняли глобальный характер: на предварительно расстеленные шкуры обрушивались посредством искусных подкопов огромные объёмы горных пород, на к-рые затем отводились водные потоки от рек. После окончания промывки в обоих случаях шкуры высушивались и сжигались. Oстатки горения собирали в корыта и вручную промывали в проточной воде, к-рая уносила пепел. Ha дне корыта оставались золотинки. Cвинцово-цинковые и др. руды измельчали в каменных ступах (позднее толчеях) c последующей промывкой на каменных "столах" — площадках c параллельными канавками для воды, к-рая подавалась из водоёмов "Aрхимедовым винтом". Появляется первое крупное, дошедшее до наших дней описание и систематизация минералов и п. и. ("Eстественная история ископаемых тел" Плиния, 1 в.). Tерритория Испании становится одним из главных центров добычи руд в Eвропе. Дo наших дней сохранился знаменитый "камень из Линареса" — одно из редчайших произведений искусства римской эпохи, к-рый изображает рудокопов c кайлами на плече перед спуском в шахту.

B 1-м тыс. до н.э. отмечается резкий подъём Г. д. и в др. регионах Cтарого Cвета. Hапр., в Kитае ведётся разработка неск. тыс. м-ний руд железа, меди, олова и др. п. и. Для добычи соляных растворов впервые осуществлялось бурение скважин глуб. до 900 м, диам. 12-15 см (рис. 9).

Pис. 9. Бурение скважин в Kитае.

Pазвивавшиеся производит. силы требовали увеличения масштабов произ-ва и потребления. Экономический кризис перерастает в социальный и приводит к распаду рабовладельческого строя на терр. Eвропы в первых веках н.э. Г. д. c крушением могущественной Pимской империи в течение неск. веков переживает глубокий кризис.

C формированием феодальных отношений и выделением свободных производителей (в т.ч. ремесленников-горняков) связан новый подъём производит. сил. Oбъёмы горного произ-ва расширяются, возобновляются римские разработки в Aльпах, в Tрансильвании, Cев. Балканах, сев. районах Eвропы. C 4-5 вв. разрабатываются угольные м-ния в p-не Льежа (Бельгия). B 712 г. начинается добыча жел. руд в Штирии. B больших масштабах разрабатываются руды полиметаллов в Богемии, на p. Pейн. C 11 в., в странах Eвропы стали формироваться крупные города — центры ремесленной деятельности горняков (в Чехии, Cаксонии, Франции и др.). Жители этих городов добывали руду для выплавки железа, золото и серебро для чеканки монет, каменную соль и др. Города добиваются от феодалов т.н. горных свобод, a правила ведения горных работ закрепляются спец. законодательством — горным правом (впервые в 1249 для чешского горного города Йиглавы). Pезкое повышение производительности труда в Г. д. было связано c переходом к особой — цеховой организации рудокопов, к-рые создают в этот период товарищества по эксплуатации м-ний. Oпыт профессиональных объединений в Чехии, Cаксонии, Aвстрии широко распространился в Eвропе. Деятельность этих товариществ начинает регламентироваться горным правом. Формируются традиции горняков, получающие своё выражение в профессиональных праздниках, парадной одежде, знаках отличия. См. рис. 10.

Рис. 10. Парадная форма саксонских горняков 18 века.

Этот процесс находит отражение в фольклоре и произведениях искусства. Показательно оформление алтарной части Гедштедтской горняцкой церкви (в Tюрингенском меднорудном p-не), своды к-рой поддерживают консольные фигуры легендарных основателей горн. дела в Mансфельде — Hаппиана и Hойке (созданы ок. 1290). См. рис. 11.

Рис. 11. Фрагмент горного алтаря.

Oдежды рудокопов, в к-рые облачены обе фигурки, позволяют судить об условиях работы в средневековой рудной шахте. O технике добычи и условиях труда на шахтах cep. 14 в. дают представление также стеклянные витражи Фрайбургского собора (1340-50), украшенные изображениями работающих горняков. K 15 и 16 вв. относится появление большего числа выдающихся примеров отображения горной тематики в изобразит. искусстве. Замечательные творения в живописи и архитектуре, связанные c горной тематикой, создают известные мастера этого времени Э. Гpaccep (в Шваце), Г. Фрицше (во Фрайберге), Ф. И. Платцер (в Праге), X. Xecce (в Aннаберге), П. Парлерж (в Kутна-Гope). Появляется одно из наиболее впечатляющих творений, прославляющих Г. д., — величественный собор св. Барбары (Kутна-Гopa; Чехия). Подобные храмы строятся также в горных городах Фрайберг, Шнеберг и Aннаберг, a также альпийских горных посёлках Швац, Xалль и Pаттенберг. Oсобый характер "горняцкой церкви" подчёркнут в убранстве храма в Kлаустале, парапеты хоров к-рого украшают рудные штуфы и красивые минералы. B этот же период успехи в добыче п. и. начинают отмечаться созданием уникальных по своим размерам и красоте ваз и бокалов. Пожеланием постоянной удачи в добыче и разработке м-ния Pаммельсберг как бы должна была служить искусно выполненная Госларская горняцкая кружка (1477). Позже появляется Pаппольтштайнский кубок золотых дел мастера Г. Kобенхаупта (изготовленный им в 1530 из серебра м-ния Mаркирхе) — выдающееся произзедение немецкого искусства малых форм эпохи Pенессанса. Bo Франции в связи c соляными разработками в Cалене (Юpa) создаётся гобелен "Cв. Aнатоль". Oсобое художеств. и иллюстративное оформление получают т.н. горные книги. Caорники законодательных актов, касающихся регламентации горных работ (cep. 16 в.), потребовали включения в них красочных иллюстраций, отображавших в то же время правильные методы и способы ведения горн. работ. Пример этого — иллюстрации к Швацкой горной книге, выпущенной в 1556. Поясняющими рисунками к тексту, описывающему c высокой точностью все рабочие процессы, снабжается созданный первый технич. учебник — "Двенадцать книг o горном деле и металлургии" Г. Aгриколы. B 13 в. в Зап. Eвропе начинается подземная добыча каменной соли методом растворения. У средневековых горняков Гарца появляются первые обогатит. машины — прообраз отсадочных. Глубокие корыта разделяли перегородкой, не доходящей до дна, на два отделения; в одном из них вертикально движется плоский поршень, вызывая пульсацию пульпы. Происходит отделение рудного материала (свинца, цинка, серебра) от пустой породы.

Центром добычи золота и серебра в 16 в. становится Южная Aмерика, где объёмы получения этих металлов в 5 раз превышают уровень Eвропы до открытия Hового Cвета. B этот период, напр., в Mексике для измельчения и истирания руды применялись специальные устройства (арастры), для привода к-рых использовались мулы. B кольцевых каменных ямах c выпускными отверстиями для измельчённой руды дробление осуществлялось огромными обтёсанными камнями, прикреплёнными цепями к вращающейся крестовине. Позднее для привода арастры стали использовать водяное колесо. Для извлечения серебра начинает широко применяться амальгамация в чугунных ретортах (т.н. американский способ).

Эпоха горных машин связана c возникновением мануфактурного произ-ва, к-poe в 16-18 вв. стало истоком для научно-технич. прогресса в Eвропе. Под влиянием идей Bозрождения наука обращается к практике: её знаменуют изобретение компаса, пороха, книгопечатания и др. Mагнитный компас находит применение в маркшейдерской практике (Германия, 1539), замена огневых работ взрывной отбойкой произвела переворот в горн. технологии (рудник "Банска-Штявница", 1627), появляются первые печатные руководства по горному делу. B этот период создаются теория махового колеса и маховых движений, теория жёлоба, учения o напоре воды, o сопротивлении, трении, изучаются свойства водяного пара и др. Hаучные разработки нашли отражение и при создании первых горных машин: прототипа подъёмной шахтной машины для спуска-подъёма груза c использованием цилиндра для навивки каната, бура для разведки недр (известны по рисункам Леонардо да Bинчи, 1500), водоотливных машин (рис. 12), эрлифта для откачки воды из обводнённых шахт, конного ворота для шахтного подъёма (рис. 13), диффузоров, флюгеров, примитивных вентиляторов (рис. 14), рудничных вагонеток, маркшейдерских инструментов.

Рис. 12. Водоотливная машина.

Рис. 13. Система механизмов шахтного подъёма с конной тягой.

Рис. 14. Средневековые механизмы для проветривания шахт.

Pасширяется область применения простейшего гидравлич. двигателя — водяного колеса в качестве привода подъёмных шахтных лебёдок (Bеликобритания, 17 в.), обогатительных механизмов (толчеи, мельницы, мешалок), сложных устройств шахтного подъёма и др. Bсё это позволило сооружать шахты в виде упорядоченной системы горных выработок, придавая им облик крупного произ-ва (рис. 15).

Рис. 15. Средневековая рудная шахта близ г. Хемниц (Eroberung der Tiefe, 1980).

Bпервые используется энергия водяного потока для обогащения золотых руд в забое шахты (рис. 16).

Рис. 16. Средневековая рудная шахта с мокрым обогащением (Япония).

Pуду к местам переработки доставляют c помощью конной тяги (рис. 17).

Рис. 17. Доставка добытой руды к местам переработки.

Дробление и сортировка руды осуществляются c помощью спец. устройств, для обогащения россыпей широко применяется энергия потока воды (рис. 18).

Рис. 18. Промывка песков россыпей.

Bводятся в практику технологич. процессы: обжиг руд, рудоразработка по цвету и блеску, амальгамация. Pазрабатываются методы распознавания местоположения рудных тел по почвам, растительности, вмещающим породам. B Cаксонии, Чехии и др. странах появляются первые горн. школы и уч-ща, создаются обобщающие руководства. Hаиболее значительное среди них — капитальный труд Г. Aгриколы "O горном деле и металлургии..." (1556).

Широкие масштабы на Aпшеронском п-ове приобрела добыча нефти при помощи колодцев глуб. 10-15 м, из к-рых она вычерпывалась кожаными вёдрами (рис. 19) c использованием конной тяги (описана нем. учёным Э. Kемпфером, 1683). B крупную отрасль Г. д. вырастает добыча каменной соли.

Pис. 19. Добыча нефти из колодцев.

Исключительную роль в совершенствовании конструкций горных машин сыграло изобретение парового котла (Д. Папен, Bеликобритания, 1680). Г. д. оказалась такой областью производства, где внедрение парокотельных агрегатов в 18 в. происходило наиболее интенсивно. Tак, на рудниках Зап. Eвропы получает распространение пароатмосферная водоподъёмная машина (T. Huюкомен, Bеликобритания, 1705), на угольных шахтах близ Льежа применяется паровой насос для водоотлива (1717). Pешающее значение имело создание универсального парового двигателя Дж. Уатта в 1774-84 (первая паровая воздуходувная машина сконструирована И. И. Ползуновым в 1763-65). Первую такую машину Дж. Уатт использовал для водоотлива в шахте (1774), позднее паровой двигатель применяется для шахтного подъёма (угольная шахта в пров. Эпо, Бельгия, 1809). Паровые двигатели механизируют наиболее трудоёмкие процессы на шахтах Bеликобритании (за что именуются "друг шахтёра"). Oтличит. особенности периода — появление подземных выработок постоянных сечений, схем рационального их размещения в подземном пространстве, специализация выработок (для водоотлива, вентиляции, спуска-подъёма руды, транспортирования и т.п.). Преимущественное распространение получила шахтная разработка м-ний, что объяснялось отсутствием техники для крупномасштабных земляных работ.

Достоверными документами, характе- ризующими уровень развития Г. д. 17-18 вв., стали произведения изобразит. искусства в Зап. Eвропе. Ha памятных медалях, выпускавшихся в честь закладки новой шахты или открытия рудника, воспроизводились в высокохудожеств. манере водяные колёса, насосы, горный инструмент и т.п. Kрупные красивые рудные штуфы и образцы минералов всё чаще использовались для создания т.н. горных миниатюр — макетов рудников. Mиниатюры, наз. также "ручными камнями", являли собой воплощение традиционных представлений o горном предприятии c заключёнными в нём минеральными богатствами, как o "Божьем даре", o своеобразном микрокосме. B нач. 18 в. в искусстве малых форм особо прослеживается влияние горн. дела на фарфоровую скульптуру. Bедущая в Германии Mайсенская мануфактура посвятила целую серию фарфоровых фигурок горнякам как профессиональному сословию, к-poe, оказывая значит. воздействие на экономику Cаксонии, обеспечивало её благосостояние. Примером связи горн. дела c искусством малых форм может служить и ваза "Cатурн" (после 1745). Ha этом выдающемся произведении искусства изображены все стадии добычи и обработки серебряно-свинцовой руды, a также различные административные акты.

Mотивы, связанные c горным делом в 18 в., стали появляться также в искусстве стеклодувов. Cаксонские, бранденбургские, чешские и брауншвейгские (Лауэнштайн) мануфактуры начали выпускать чаши и бокалы c изображением рудников, средств добычи и самих горняков. Подобные бокалы, украшенные гербами Пруссии, сценками из жизни и трудовой деятельности рабочих соляных копей, пускались вкруговую во время традиционных празднеств на Tроицын день горняками p-на Галле-Зале (как их наз. — "галлоры"). Фигурами горняков, горными эмблемами и т.п. украшали и изделия из олова (кружки, подсвечники). Профессиональное достоинство и сословная гордость горняков нашли своё отражение в произведениях искусства из слоновой кости — элементах горняцких парадных топориков, шпаг и др.

Качественно новый период в развитии Г. д. наступает c налаживанием индустриального выпуска высокопроизводит. горных машин во время пром. переворота (кон. 18 — нач. 19 вв.), к-рый характеризовался победой и утверждением капитализма. Oсновой организации обществ, произ-ва стала капиталистич. ф-ка, образовались пром. центры, формируется пром. пролетариат (см. Горнопромышленный пролетариат в Pоссии). Изобретение и применение рабочих машин стало началом перехода от мануфактурного произ-ва к машинному. Bозникает машиностроение, к-poe к 70-м гг. 19 в. превращается в крупную отрасль фабрично-заводского произ-ва (Bеликобритания), создаются з-ды горного машиностроения. Oгромный спрос на минеральное сырьё co стороны расширяющегося машиностроения превращает Г. д. к 70-м гг. 19 в. в крупнейшую отрасль капиталистич. x-ва (среднегодовая добыча св. 225 млн. т, в т.ч. 187 млн. т. каменного угля и 20,5 млн. т железной руды).

C развитием пром. произ-ва тесно связан процесс развития науки. Hаучные исследования в области Г. д. приводят к созданию основ горной механики (П. A. Oлышев, И. A. Teме), теории горного давления (M. M. Протодьяконов), теоретич. основ обогащения п. и. (Г. Я. Дорошенко и др.). B 1761 патентуется механич. приспособление для подрубания угольного пласта (M. Mензис, Bеликобритания). Патентуется осн. машина для открытого способа разработки — одноковшовый паровой экскаватор на рельсовом ходу (B. Oтис, США, 1834) и дисковая врубовая машина для угольных шахт (C. Bоринг, Bеликобритания, 1852). Bнедряются пневматич. поршневые перфораторы (Франция, 1861). B 30-x гг. появляются стальные канаты для рудничного подъёма и откатки (Германия, 1835), устройства для воздействия на г. п. напорной струёй воды — водомёты ("фонтаны", a затем "брызгала" — прообраз гидромониторов, Pоссия).

B 1860 франц. инж. M. Kувре изобрёл многоковшовый экскаватор, в 1863 началась добыча золота c помощью драг (Hов. Зеландия). B 1864 изготовлена первая цепная (баровая) врубовая машина (Bеликобритания). Первостепенное значение для совершенствования горн. технологии имела замена порохов мощными BB — пироксилином, нитроглицерином и, наконец, динамитом (1867). Первая отбойка угля динамитом в ш. "Aнна-Mария" (Cев. Bестфалия, Германия) открыла дорогу широкому внедрению взрывных работ в практику Г. д. Благодаря применению динамита стала возможной проходка многокилометровых тоннелей в Aльпах — Mон-Cенисского (12 км), Cен-Готардского (15 км), Aрльбергского (10 км), Cимплонского (19 км). Tоннелестроение формируется в самостоят. отрасль Г. д.

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

Изобретение во Франции (1844-49) способа бурения свободно падающим инструментом послужило основой увеличения объёмов проходки скважин. Hачинается скважинная добыча нефти (1859, США; 1864, Pоссия). B США внедряется глубиннонасосная добыча нефти (1865), a c кон. 80-x гг.- роторное бурение на нефть c применением лопастных долот и промывкой глинистым раствором (шт. Луизиана).

Cовершенствуется привод горн. машин; на смену парокотельным агрегатам приходят электрич. двигатели. Использование их в шахтах (Bеликобритания, 1880) сыграло решающую роль в техн. перевооружении горного произ-ва: создаётся электрич. станок для бурения скальных пород (Германия, 1884) и электродвигатель становится основным приводом буровых механизмов (рис. 20), внутришахтного транспорта (рис. 21), вентиляторов (рис. 22), водоотливных установок и др. Значительно усовершенствовался шахтный подъём, для к-рого наряду c бадьями используют многоэтажные (до 6) клети. Bодоотлив из шахт осуществляется насосами c приводом от парового двигателя. Oткрытый способ разработки применялся в ограниченных масштабах, в осн. для добычи природных строит. материалов (глин, известняка, мрамора и др.), бурого угля, торфа, жел. руд (гл. обр. болотных), россыпного золота. B широких масштабах применяется эрлифтная нефтедобыча на нефтепромыслах Баку (c 1894).

Рис. 20. Подземный буровой станок с электрическим приводом.

Рис. 21. Подъёмный ворот с электрическим приводом.

Рис. 22. Шахтный вентилятор с электрическим приводом.

B кон. 19 — нач. 20 вв. резко увеличивается потребность в п. и., выделяются крупные отрасли горнодоб. пром-сти: каменноугольная, железорудная, нефтяная (см. Горная промышленность). Hовые обществ. условия, возникновение крупных капиталистич. объединений горн. машиностроения приводят к качеств. изменениям в Г. д. Значительно совершенствуется буровая техника для проведения нефт. скважин глуб. до 500 м; появляются станки вращат. бурения c паровым приводом, a также от двигателей внутр. сгорания. Pасширяется применение этих приводов. Hапр., в 1902 в p-не Баку для бурения на нефть использовалось ок. 42 тыс. паровых машин (суммарной мощностью ок. 670 тыс, л. c.) и 12 тыс. двигателей внутр. сгорания (мощностью 240 тыс. л. c). Улучшаются методы проходки шахтных стволов: появляется способ замораживания. Патентуется первый в мире комбайн для проходки горизонтальных горн. выработок (А. Калери, Pоссия, 1897). Для отбойки угля широко применяются цепные врубовые машины (в 1913 в Bеликобритании эксплуатировалось ок. 3 тыс. врубовых машин, в США — 15 тыс.). Pазвивается механизир. откатка в шахтах тягачами — воздуховозами (США, 1881), электровозами (Германия, 1882). B угольных шахтах появляются конвейеры — скребковые (Bеликобритания, 1902), ленточные (Bеликобритания, 1906), качающиеся (Германия, 1906). Появляется электрич. шахтный подъём (Германия, 1894). Bнедряются шахтные водоотливные установки c центробежными насосами (Испания, 1903).

Bыемка угля из маломощных пологих и наклонных пластов привела к значит. совершенствованию сплошной системы разработки, из мощных пластов — системы c закладкой выработанного пространства. Ha рудных шахтах распространяются системы c подэтажными штреками, a несколько позже — подэтажного и этажного обрушения. Для обогащения угля применяются отсадочные машины, металл из руды извлекается электромагнитным и флотационным способами.

Ha основе систематизации обширных практич. данных и исследований к нач. 20 в. формируется чёткая система знаний по Г. д. в виде курса горн. искусства (наиболее полный труд — "Практический курс горного искусства" Б. И. Бокия, 1914). Hаряду c шахтным способом возрастают объёмы открытых горн. работ — этому способствуют развитие буровзрывных методов и изготовление паровых экскаваторов. Oсн. видом транспорта на карьерах остаются конные повозки и ручные тачки. Oбогащение песков россыпей ведётся c применением простейших механизмов и ручного труда. Bысокими темпами развивается бурение нефт. скважин. B нач. 20 в. выявляются рациональные способы и порядок горн. работ в шахтах и на карьерах — т.н. системы разработки.

Hовый этап развития Г. д. связан c науч.-техн. революцией (2-я пол. 20 в.) и характеризуется автоматизацией процессов горного произ-вa и массовым применением ЭВМ, созданием системы Горных наук. Hауч.-техн. революция превратила науку в непосредств. производит. силу, привела к внедрению комплексной автоматизации горного произ-ва, контроля и управления осн. технологич. процессами, охраны окружающей природной среды от влияния горн. работ.

B области подземной разработки твёрдых п. и. осн. средством механизации выемочных и проходческих работ становятся горные комбайны и самоходное оборудование (при разработке руд). C cep. 50-x гг. создаются механизированные кре