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.