Организация и развитие Института горного дела СО АН СССР

Начальный период становления Института горного дела СО АН СССР (1959–1969 гг.) характеризуется ускоренным развитием исследований по трем основным направлениям:

• исследование механики горных пород и горного давления, создание эффективных систем разработки с механизацией и автоматизацией технологических процессов для угольных и рудных месторождений (научные руководители — академик С. А. Христианович, член-корреспондент Н. А. Чинакал, член-корреспондент Т. Ф. Горбачев);
• исследование разрушения и бурения горных пород (научные руководители — академик М. А. Лаврентьев, член-корреспондент Н. А. Чинакал, доктор технических наук Б. В. Суднишников);
• увеличение ресурсов, комплексности и эффективности использования полезных ископаемых, особенно руд, на основе теории и новых методов обогащения (научные руководители — член-корреспондент И. Н. Плаксин, кандидат технических наук Ф. А. Барышников).

Под руководством Н. А. Чинакала коллектив ученых обосновал рациональные способы управления щитами и разработал основы теории, методы их расчета и конструирования; исследовал явление внезапных выбросов угля и газа; характер протекания эндогенных пожаров в условиях щитовой системы разработки; создал уникальную аппаратуру для изучения горного давления.

Теоретические исследования позволили создать новые системы разработки угольных и рудных месторождений, а также конструкции секционных, бессекционных, раздвижных и железобетонных трубчатых щитов.

Совместно с Институтом ВНИИГидроуголь создана щитовая система с гидроотбойкой и гидротранспортом. Институтом были обоснованы и внедрены системы разработки угольных пластов под пожарными участками, техническими сооружениями и другими важными объектами, требующими сохранения земной поверхности.

В результате комплексных теоретических и практических работ щитовая система получила широкое применение в Кузбассе: ею добывалось ежегодно 12–13 млн т самого дешевого угля в бассейне. Высокая эффективность щитовой системы обусловила ее применение и в других угольных бассейнах СССР, а также за рубежом: Венгрии, Румынии, Болгарии, Китае.

Щитовая система разработки угольных месторождений, положившая начало новому направлению в горной науке и технике — системам работ с передвижным креплением очистного пространства различных конструкций, начала внедряться и в горнорудной промышленности на рудниках Урала и Алтая.

Сотрудники лаборатории горного давления (заведующий член-корреспондент АН СССР. Т. Ф. Горбачев) с самого начала ее организации развернули исследования по механике горного массива с целью подготовки научных основ для разработки угольных пластов на глубоких горизонтах Кузбасса, научного обоснования рекомендаций для выбора оптимальных параметров новых систем разработки, конструкций крепления очистных и подготовительных выработок.

В результате исследований установлены закономерности и характерные этапы развития опорного давления при разработке мощных крутопадающих угольных пластов, а также границы и количественные характеристики зон опорного давления, выявлена кинематика сдвижения подработанной толщи; определены необходимые технические параметры крепей подготовительных выработок. Разработаны методы расчета и прогноза величины и скорости смещения кровли в зонах опорного давления, а также ее деформаций и нагрузок на крепь. Предложен метод расчета напряжений в горном массиве по смещению кровли угольного пласта при его отработке и методы решения задач горного давления с учетом ползучести горных пород. Проведена разработка методов и приборов для экспериментального определения напряжений в горном массиве.

Кроме того, совместно с лабораторией методов извлечения каменных углей велись экспериментальные и теоретические исследования за проявлением горного давления на щитовые перекрытия при разработке мощных крутопадающих угольных пластов и рудных тел. Результаты работ лаборатории систематически передавались комбинату Кузбассуголь и отраслевым научно-исследовательским институтам.

Для координации и согласования работ по исследованию горного давления, обмена опытом и взаимной помощи в 1959 г. при Институте организован Научный совет по проблеме горного давления. Коллектив лаборатории принимал самое активное участие в работе Научного совета и проведении ежегодных научно-координационных совещаний. Материалы этих совещаний широко освещались в выпускаемых Институтом с 1959 г. сборниках «Вопросы горного давления». А в 1965 г. Сибирским отделением АН СССР был основан журнал «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых» (ФТПРПИ), первым главным редактором которого стал член-корреспондент Т. Ф. Горбачев. В состав редколлегии вошли ведущие ученые Сибирского отделения и Института. Несколько лет спустя журнал ФТПРПИ начали переводить на английский язык, и он получил широкое распространение в мире под названием «Soviet Mining Science» («Советская горная наука»).

В 1968 г. лаборатория провела в Новосибирске первую всесоюзную конференцию по механике горных пород и горному давлению, которые в дальнейшем стали регулярными.

Над решением проблемы создания собственной железорудной базы для Кузнецкого металлургического комбината в период 1959–1969 гг. работал коллектив лаборатории систем разработки рудных месторождений (заведующий лабораторией доктор технических наук Н. Г. Дубынин).

В лаборатории создана теория и рациональная технология отработки целиков и потолочин, новая технология выпуска и доставки руды из блоков и погрузки ее на транспортные устройства с применением созданной в Институте вибрационно-доставочной установки ВДПУ-4ТМ («Сибирячка»), прошедшей всестороннюю проверку в различных горнорудных бассейнах страны и переданной в серийное производство. Применение такой установки позволило повысить производительность выпуска в 5–10 раз и довести ее до 1600 т в смену на стадии промышленного эксперимента.

Разработанные в Институте теоретические основы отбойки и выпуска руды явились основой для создания новой высокопроизводительной поточной технологии добычи руды, так называемой «системы непрерывного этажно-принудительного обрушения с вибровыпуском руды».

Одним из старейших коллективов в Институте, сложившимся уже в первые годы организации ЗСФ АН СССР, была лаборатория механизации горных работ, руководимая вначале доктором технических наук Г. В. Родионовым, а с 1962 г. — доктором технических наук А. Д. Костылевым. В числе наиболее крупных исследований коллектива, проводимых в 1959–1969 гг., следует назвать вопросы теории, расчета и конструирования погрузочных машин, исследования новых рабочих органов машин этого класса.

Используя эффект вибробункеризации, впервые обоснованный лабораторией механизации горных работ, разработаны совместно с Институтом НИПИгормаш вибрационные погрузочно-доставочные машины, предназначенные для погрузки и доставки отбитой горной массы при проведении подготовительных подэтажных выработок.

В содружестве с лабораторией управляющих систем проведено исследование одноковшовых погрузочных машин с автоматизированным управлением. Лабораторией предложен также новый принцип разработки грунта способом обрушения, начаты исследования этого способа.

Под научным руководством докторов технических наук Б. В. Суднишникова и А. Д. Костылева с 1965 г. в лаборатории развернулись исследования по «подземным ракетам» — пневмопробойникам, новому классу горных машин. Уже в первый год разработана конструкция пневмопробойника ИП-4601. Машина прошла государственные испытания и передана для серийного производства. Потребность в машинах такого рода в СССР и за рубежом исчислялась десятками тысяч в год. Пневмопробойники находят применение во всех отраслях народного хозяйства для прокладки всевозможных подземных коммуникаций (кабели, трубы для водо- и газоснабжения и т.д.). Институтом были получены на пневмопробойники патентные грамоты из ФРГ, Великобритании, Франции, Бельгии, Турции, Японии, Италии и других стран.

В 1967 г. коллектив лаборатории разработал новую модель более мощного пневмопробойника И-4603 с реверсивным ходом, который пробивал скважины диаметром до 300 мм. Также были начаты работы над новыми моделями пневмопробойников для скважин диаметром более 500 мм.

С хорошими результатами встретил 25-летний юбилей Института коллектив лаборатории бурения (заведующий лабораторией кандидат технических наук Г. И. Суксов). Группе сотрудников Института и работников промышленности Б. В. Суднишникову (руководитель работ), Г. И. Суксову, Н. А. Чинакалу, П. М. Емельянову, Н. Н. Есину, А. А. Зиновьеву, Л. И. Семенову, К. Ф. Макарову, И. А. Купрееву в 1966 г. была присуждена Ленинская премия за работу «Разработка научных основ, создание и внедрение в производство комплекса высокопроизводительных механизмов для бурения скважин в подземных условиях», которая внесла значительный вклад в развитие теории горных машин и имела большое народнохозяйственное значение.

Создание серии новых пневматических машин ударного действия, в частности, высокопроизводительных агрегатов для бурения глубоких скважин в горных породах высокой крепости, стало возможным только на основе разработанной в Институте теории машин ударного действия. На основе данной теории были изучены принципиально новые рабочие циклы машин, благодаря чему удалось в небольшие их объемы вписать большую мощность. Эта теория послужила основой для создания машин для бурения глубоких скважин с помощью погружных молотков (пневмоударников). Разработанные Институтом пневмоударники М1900 выпускались серийно и успешно эксплуатировались на многих рудниках страны.

Результаты теоретических исследований позволили также осуществить принципиально новый способ пылеподавления на рабочем месте бурильщиков за счет применения в качестве энергоносителя воздушно-водяной смеси. Ее использование снизило запыленность на рабочем месте до уровня, соответствующего санитарным нормам, и, таким образом, ликвидировало опасность заболевания горнорабочих силикозом. Этот метод бурения впервые в мировой практике был применен на агрегате БА-100, а затем в буровых полуавтоматах НКР-100 и НКР-100М. Работа по новым моделям бурильных молотков (пневмоударников) после широкой промышленной проверки на руднике КМК получила самое широкое распространение в горнодобывающей отрасли. Они использовались не только в СССР, но и за рубежом, в частности, в Объединенной Арабской Республике (ОАР) на строительстве Асуанской плотины. Применение их позволило перейти на новые прогрессивные системы разработки месторождений полезных ископаемых с отбойкой глубокими взрывными скважинами, в результате чего резко увеличилась добыча руды при существующих производственных мощностях. Новые буровые машины стали также эффективным средством борьбы с пылью, вибрацией и шумом, что значительно улучшило санитарно-гигиенические условия труда горняков.

В 1962 г. полуавтомат НКР-100 был отмечен дипломом ВДНХ, его авторы — золотыми и серебряными медалями. В 1964 г. модернизированная машина НКР-100М удостоена золотой медали на Международной ярмарке в Лейпциге, а в 1965 г. — диплома первой степени ВДНХ.

На Асуанской плотине в ОАР успешно работали также самоходные бурильные станки «Урал-61», разработанные лабораторией бурения и Институтом НИПИгормаш.

Под научным руководством Б. В. Суднишникова в кабинете, а затем лаборатории ручных пневматических машин ударного действия (заведующий — кандидат технических наук Н. А. Клушин) велись работы по проблеме улучшения вибрационных характеристик ручных пневматических машин ударного действия. Эти работы имели большое теоретическое значение и, кроме того, давали определенный социальный эффект, так как улучшали условия труда при работе ручными машинами и резко снижали заболевания вибрационной болезнью.

Основное внимание обращалось не совершенствование рабочего цикла машин, который позволил резко снизить отдачу. Это способствовало созданию новых моделей рубильных молотков. По данным проведенных в Институте исследований вибрация корпуса нового рубильного молотка оказалась в 15–30 раз ниже, чем у прежних машин.

Лабораторией обогащения полезных ископаемых (заведующий лабораторией кандидат технических наук Ф. А. Барышников, а с 1973 г. — доктор технических наук Г. Р. Бочкарев) установлена связь редкого металла с ингредиентами угля, что дало возможность разработать теоретические положения, позволяющие методом обогащения получить редкометалльные концентраты. Таким образом, была выявлена сырьевая угольная база для получения редкого металла.

Впервые получены представления о структуре водных растворов полимерных флокулянтов типа полиакриламида, что позволило создать новую теорию процесса флокуляции тонкодисперсных суспензий. Новая технология сгущения угольных шламов послужила основой для конструирования гидроциклонов и регулировки их работы. Найдены методы улавливания угольной мелочи из сточных вод обогатительных фабрик, благодаря чему только в Кузбассе дополнительно получают тысячи тонн угля в год.

В лаборатории управляющих систем (заведующий лабораторией — кандидат технических наук М. М. Савкин) разработана и в 1967–1969 гг. внедрена аппаратура бесконтактной высокочастотной связи «Шахтер» в горноспасательных частях Минуглепрома СССР.

В лаборатории разрушения горных пород (заведующий лабораторией кандидат технических наук Г. Н. Покровский), организованной в 1959 г., вскрыты основные закономерности процессов ударного и термического разрушения горных пород. Для дробления негабаритов горных пород и других крепких материалов коллективом лаборатории созданы мощные пневматические молоты. На их основе созданы экскаваторы с ковшом активного действия для выемки мерзлых грунтов и слабых скальных пород.

Организованная в 1966 г. лаборатория открытых горных работ (заведующий лабораторией кандидат технических наук Е. И. Васильев) приступила к исследованию по разработке теоретических основ вскрытия карьерных полей.

Сотрудники лаборатории электрических машин ударного действия (заведующий лабораторией доктор технических наук Н. П. Ряшенцев), организованной также в 1966 г., разрабатывали теорию и проводили исследования систем формирования силовых электромагнитных импульсов, которые обеспечивают непосредственное преобразование электрической энергии в механическую. Результаты работы в дальнейшем позволили создать машины возвратно-поступательного движения и ударного действия без механических передач двигателем и рабочим органом.

Лаборатория физиолого-гигиенической оценки горных машин (заведующая лабораторией доктор медицинских наук Н. П. Беневоленская), организованная в 1967 г., стала единственным учреждением на востоке страны, имеющим методическое право давать заключение о соответствии новых машин требованиям санитарных норм. Коллектив лаборатории помогал создавать наиболее совершенные механизмы при разработке в Институте отбойных, рубильных и клепальных пневматических молотков.

В Институте непродолжительное время функционировала лаборатория прикладной математики и механики (заведующий лабораторией — доктор физико-математических наук И. А. Кунин). В дальнейшем эта лаборатория была переформирована в лабораторию математического моделирования и автоматизации эксперимента.