123046 (Деякi вiхи становлення i проблеми української маркшейдерiї)

Деякі віхи становлення і проблеми української маркшейдерії

Нині виповнюється 50 років з того часу, коли в Україні було видано серйозний довідник для маркшейдера в двох томах (Справочник маркшейдера, Металлургиздат) загальним обсягом 100,5 друкованих аркушів тиражем 10 тис. і 14 тис. відповідно кожний том. Ідея і ініціатива в підготовці, організації і виданні цих конче необхідних в ті післявоєнні роки книг належить видатному вченому-маркшейдеру Дмитру Миколайовичу Оглобліну (1905-1968 рр.), Заслуженому діячеві науки і техніки України, лауреатові Державної премії України, професору, доктору технічних наук, кавалерові багатьох урядових та відомчих нагород. Редагування довідників було виконано професорами Т.В. Буткевичем та Д.М.Оглобліним. Для написання окремих статей були залучені визначні вчені, науковці, викладачі вузів, виробничники, що працювали в галузях математики, механіки, фізики, геодезії, маркшейдерської справи, геології, гірничої справи, нарисної геометрії і ін. Значна частина матеріалу була написана викладачами Донецького індустріального інституту (тепер Донецького національного технічного університету).

Видання маркшейдерської літератури є однією з багатьох справ багатогранної діяльності Д.М.Оглобліна, який в собі поєднував вченого, організатора науки, громадського діяча, талановитого педагога. Його робота, як завідувача кафедри маркшейдерської справи одного з потужних технічних вузів, члена багатьох наукових і науково-технічних рад тодішнього СРСР і України, члена редакційних рад науково-технічних журналів заслуговує на серію окремих детальних публікацій. Плідна праця Д.М.Оглобліна на Донбасі принесла донбаській школі маркшейдерів визначні науково-практичні досягнення. Не випадково серед відомих вчених-гірників Д.М.Оглоблін посідає провідне місце і вважається засновником наукової школи маркшейдерів Донбасу. Під його керівництвом підготовлено й захищено понад 30 докторських і кандидатських дисертацій. Про це згадати доречно і тому, що в 2005 р. відзначалося 100-річчя від дня народження Д.М.Оглобліна. Доцільно з приводу цього підготувати публікації, виставки, а також пригадати шлях української маркшейдерії, якій Д.М.Оглоблін присвятив своє життя.

Вперше при виданні довідникової літератури з маркшейдерської справи “Справочник маркшейдера”[1, 2] починається з викладення основних задач та обов’язків маркшейдерської служби шахти, кар’єра, рудника, розрізу. На той час це можна було розцінювати, як важливий крок у визначенні місця маркшейдера в управлінні гірничим виробництвом, оскільки структура гірничого підприємства нашої країни була створена приблизно в сорокові роки минулого століття і її вдосконалення було перерване війною. Повноцінної нормативної літератури ще було недостатньо. Але автори зуміли показати фундаментальність головних задач і питань, які вирішують маркшейдерські служби підприємств, що освоюють родовища корисних копалин. Проаналізуємо роль маркшейдерії сучасного підприємства, перелічуючи і коментуючи її задачі.

Перша задача – своєчасна і повна зйомка гірничих виробок і зображення їх на маркшейдерських планах. Маркшейдерський план це один з найважливіших юридичних і технічних документів гірничого підприємства, виконаний з максимально можливою точністю та інформативністю. Жодне питання щодо експлуатації родовища не можна вирішити без плану гірничих виробок; при цьому маркшейдери його регулярно поповнюють, тобто динаміка гірничого підприємства знаходить своєчасне відображення на графічній документації.

Тільки завдяки маркшейдерському плану встановлюється і стає звичним співвідношення між гірничими роботами і об’єктами, розташованими на поверхні землі, між суміжними територіями гірничих відводів і ін. Це значить, що вся денна поверхня країни і гірничі виробки відкритих чи підземних розробок повинні бути зняті і зображені в єдиній системі координат. Наприклад, для того, щоб маркшейдери двох країн змогли забезпечити точну зустріч підземних вибоїв тунелю під протокою Ла-Манш (фактична розбіжність зустрічних виробок не перевищувала 6см при довжині тунелю близько 40км), території Великобританії і Франції в цьому місці, незважаючи на протоку, повинні були мати єдину систему координат. Якщо для земної поверхні це питання сьогодні вирішується принципово просто завдяки науковим досягненням в галузі супутникової геодезії, то перенесення системи координат в гірничі виробки являє собою досить складну і громіздку науково-практичну задачу. При цьому слід зазначити, що система підземних пунктів (підземна опорна мережа), носіїв системи координат, не може протягом тривалого часу вважатись постійною і надійною через значні деформації, що виникають внаслідок гірничих розробок та підземного гірничого тиску.

Зрозуміло, що точна і своєчасна маркшейдерська зйомка виробок забезпечує безпеку людей, що працюють під землею. В останні роки в зв’язку з переходом гірничих розробок на великі глибини і через викликане цим погіршення умов праці і збільшення небезпеки шахтарської праці з’явилось багато наукових розробок в цьому напрямі. А для студентів-маркшейдерів за ініціативою професора В.І.Черняєва (1936-1997рр.) в вузах було введено спеціальну дисципліну “Маркшейдерське забезпечення безпечного ведення гірничих робіт”. Маркшейдерська зйомка гірничих виробок є роботою настільки важливою, що її результати потрібні для рішення не тільки поточних задач, але й можуть мати безцінне значення через десятки і навіть сотні років. Визначний вчений-маркшейдер професор І.М.Бахурін (1880-1940рр.) писав, що укладач маркшейдерського плану повинен пам’ятати, що він несе відповідальність за свою роботу не тільки перед сьогоднішнім, але й перед майбутнім поколінням.

Друга задача - вирішення численних різноманітних геометричних задач, які виникають на всіх стадіях освоєння родовища корисної копалини. Сучасні нормативні документи відображують п’ять таких стадій або етапів: розвідка родовищ корисних копалин; проектування гірничих підприємств; будівництво гірничих підприємств; безпосередньо розробка корисних копалин; консервація, закриття чи ліквідація гірничих підприємств.

Кожен з цих етапів вимагає від маркшейдера не тільки фахової підготовки, але й досконалих інженерних знань в суміжних галузях: геології, розвідці родовищ корисних копалин, технології гірничого будівництва, матеріалознавстві, розробці покладів будь-яким способом, надро- і природокористуванні. Тільки маркшейдер має право перенести в натуру запроектовані геометричні елементи, вказати місце і орієнтування механізмів та споруд, задати на місцевості та в виробках вісі транспортних шляхів і ін. Всі ці роботи базуються на маркшейдерських вимірюваннях і геометричних побудовах, які виконуються на основі маркшейдерських зйомок. Сьогодні перелічені вище стадії одержали значні розгалуження, а п’ята стадія потребує від маркшейдера дій, які в минулому йому вирішувати не доводилось (рішення питань земле- і надрокористування, участь у рішенні соціальних питань при закритті підприємств, підготовка юридичних висновків, участь у розробці мір гірничо-промислової екології і ін.).

Третя задача – вивчення форми залягання корисної копалини і просторового розподілу її властивостей. Дослідження останніх років показують, що до цієї задачі прилягають і деякі процеси, які проходять в надрах, впливають на виробку технологічних особливостей освоєння родовищ і можуть бути вивчені за допомогою методик рішення третьої задачі (зміна температури в надрах при поглибленні гірничих робіт, вивчення водоприпливів в надрах, розповсюдження гірничого тиску, утворення тріщинуватості масиву і ін.).

Як правило, поклади мають неправильну форму. Часто навіть прості за будовою поклади (напр., вугільні пласти Донбасу) ускладнені великою кількістю тектонічних порушень розривного та складчастого типу. Знання форми залягання корисної копалини та зображення її на графіках необхідне для рішення важливих питань розробки родовищ, підрахунку запасів корисної копалини, обліку руху запасів і ін. Неможливо скласти план розвитку гірничих робіт на найближчий час, а тим більше на перспективу, без графіків або моделі родовища, чи його частини, яку буде передано до експлуатації.

Дуже важливо вивчити та представити у вигляді графічної документації геометрію розподілу властивостей корисної копалини та деяких процесів в надрах. Наприклад, при розробці залізорудних родовищ необхідно знати, як змінюються в рудному тілі вмісти заліза, сірки, фосфору. При розробці поліметалічних руд повинна бути відома геометрія розподілу міді, золота, сірки, срібла та інших компонентів. Коли розроблюються розсипні родовища золота чи платини, треба знати геометрію розподілу цих металів у товщі пісків розсипу. Якщо розроблюється порівняно просте за формою (структурою) пластове родовище вугілля, необхідно встановити мінливість потужності пластів, розподіл вмісту золи чи сірки для визначення промислового призначення сировини.

Для покладу, який готується до розробки, повинні бути також встановлені найменший промисловий вміст корисної копалини, найменша промислова потужність пласта чи жили, найбільший вміст домішок шкідливих компонентів і ін. Завдяки цим роботам родовище буде оконтурене і в ньому виконано підрахунок запасів для майбутньої розробки. Для рудних родовищ повинна бути передбачена оптимізація якості руди, оскільки різкі коливання вмісту складових компонентів гірничої маси ускладнюють технологію її переробки.

Описані вище питання третьої задачі в літературі минулих років формулювались як “Геометризація родовищ корисних копалин”. Цей розділ маркшейдерської справи вивчається в дисципліні “Гірнича геометрія” (“Геометрія надр”).

Побудова великої кількості графіків ручним способом (як було раніше) суттєво стримувало цю роботу при її беззаперечній важливості. Наявність сучасної обчислювальної техніки з зовнішніми пристроями (плоттерами, графопобудувачами) забезпечує майже необмежені можливості у виконанні перелічених та багатьох інших задач. Це в свою чергу дає змогу оптимізувати планування розробки родовищ, забезпечуючи на перспективу максимальний видобуток сировини.

Третя задача не є чисто маркшейдерською, але вона не може бути виконана без маркшейдерської служби діючого підприємства або геолого-розвідувальної партії. Це пов’язано з тим, що будь-які результати розвідки наносять на плани, розрізи, проекції завдяки тому, що саме маркшейдер систематично виконує зйомку свердловин, місць взяття проб, тектонічних порушень, виробок. Крім того, математична обробка розвідувальної інформації, в значній мірі, виконується маркшейдером. В останні часи третю задачу розуміють і називають, як моделювання родовища, що повністю відповідає її суті. Таким чином, ця задача в її рішенні може розглядатись, як поєднання праці маркшейдерів, геологів, гірників, збагачувальників.

Четверта задача - систематичний контроль за раціональним використанням родовищ, тобто охорона надр. Нині в системі “Держохоронпраці” (раніше “Держгіртехнагляду”) працюють групи маркшейдерів вищої кваліфікації, які постійно здійснюють контроль на державному і відомчому рівнях щодо найкращого розпорядження надрами незалежно від форм власності і підпорядкованості підприємств, які розроблюють родовища. На підприємстві будь-яка втрата корисної копалини фіксується маркшейдером і відображується в спеціальних звітах. При цьому важливо не тільки встановлювати фактичні втрати, але й своєчасно їх упереджувати. Втрати корисної копалини є важливим показником виробничої діяльності підприємства.

Маркшейдерська служба підприємства повинна слідкувати за додержанням черговості виїмки рудних тіл чи вугільних пластів, враховувати кількість відбитої та фактично виданої корисної копалини, встановлювати причини втрат сировини, відображувати ці дані в державній статистичній звітності.

Тільки маркшейдер на гірничому виробництві виконує розрахунок ціликів загальношахтного призначення (під споруди, водоймища тощо) і тільки він встановлює відповідність фактично залишених ціликів проектним. Обов’язково також контролюється величина експлуатаційних ціликів за площею та потужністю. При погашенні гірничих виробок завдяки точному нанесенню тимчасові цілики виймаються з максимальною повнотою. При підготовці маркшейдера у вузі викладається спеціальний розділ “Управління запасами гірничого підприємства”. Використовуючи високий рівень комп’ютерної підготовки, маркшейдерам за останні роки вдалось в значній мірі автоматизувати складний процес управління запасами.

П’ята задача – обов’язкова участь в складанні річних, квартальних і перспективних планів розвитку гірничих робіт. Основою для складання планів розвитку гірничих робіт є план гірничих виробок, на якому нанесено за даними маркшейдерських зйомок фактичне положення робіт на початок запланованого періоду. Оскільки план регулярно і поступово (згідно з динамікою розробки родовища) складав і поповнював саме маркшейдер, то, природно, ніхто краще за нього не володіє інформацією, нанесеною на план. При зйомці фіксувались стан гірничих робіт, механізація, дотримування паспортів кріплень, геологічні проявлення родовища (порушення, флексури, перетиски, тріщинуватість, водопрояви, мінливість структури і потужності, стан покрівлі і ін.), профіль колій, стан конвеєра, відхилення від проекту і багато інших особливостей. Завдяки цьому маркшейдер не просто знає стан гірничого виробництва на даній ділянці, а якби “відчуває його”. Крім того, згідно з його дипломом і кваліфікацією, він вивчав у великому обсязі геологічні, гірничі, економічні, математичні дисципліни, не говорячи про маркшейдерські. Маркшейдеру, підкреслимо особливо (!), надано право ведення гірничих робіт.

Шоста задача – контроль за правильним проведенням гірничих виробок, їх напрямом, профілем та перерізом. Вона є однією з основних поточних задач кожного дільничного маркшейдера. Задання напрямку гірничій виробці передує великий комплекс маркшейдерських робіт (вимірювальних, розрахункових, графічних), виконаних з необхідною точністю і контролем. Щоб задати напрям віддаленій виробці на фланзі шахтного поля, маркшейдерові доводиться іноді повторювати побудову мережі кілометрової або більше довжини, оскільки, як було сказано, створені раніше маркшейдерські пункти опорної мережі в умовах гірничого тиску змінили своє положення і не можуть служити початковими.

Слід вказати і на те, що за останні 150 років методика виконання вимірювальних робіт по створенню опорних мереж майже не змінилась і здійснюється за допомогою теодоліта і рулетки. Звичайно, ці прилади вдосконалювались, але це майже не вдосконалило загальну технологію маркшейдерської роботи. Якщо для геодезичних робіт з’явились прилади та інструменти (виготовлені в Німеччині, Швейцарії, Японії), які забезпечують можливість повної автоматизації вимірювальних робіт на поверхні, то для підземних умов таких приладів практично немає. Вони, звичайно, мають бути сконструйовані у вибухобезпечному виконанні. Тому маркшейдери, як і раніше, користуються апаратурою без електричних та електронних вузлів. Україна, на жаль, власних маркшейдерських інструментів майже не виробляє. Маркшейдерські відділи шахт практично не мають в достатній кількості необхідного інструментарію (доводиться користуватись застарілим). Імпортне обладнання, коштуючи досить дорого, не дає змоги автоматизувати вимірювальні роботи в підземних умовах.

Отже кропітка маркшейдерська робота шостої задачі виконується в більшості випадків застарілим обладнанням завдяки майстерності маркшейдерів, їх ентузіазму і винахідливості. Кожний гірник розуміє, що своєчасне задання напрямків виробкам та систематичний контроль за правильністю проходження, - одне з важливіших інженерних завдань виробництва. І при всьому цьому майже неможливо переконати управління гірничого виробництва в необхідності суттєвого “переозброєння” всієї маркшейдерії. Стали стандартними посилання на відсутність коштів, хоча всім зрозуміло, що частка в собівартості однієї тонни вугілля, яка обумовлена витратами на маркшейдерське забезпечення, не перевищує 0,2%. Матеріальне забезпечення маркшейдерських служб гірничих підприємств України на порядок чи на два нижче ніж в інших країнах, а це відчутно підриває імідж добувних галузей нашої промисловості.