Горное дело. — Г. дело имеет целью отыскание полезных ископаемых или минералов, добычу их и приведение в состояние, годное или для непосредственного употребления, или для дальнейшей переработки. Полезные ископаемые встречаются почти во всех отложениях земной коры. Металлы и их руды более всего свойственны древнейшим образованиям, или коренным породам, и попадают в виде скоплений различного характера и внешнего очертания, а именно: жил, штоков и пластов. Жилы суть трещины в горных породах, имеющие более или менее параллельные стенки и положение, несогласное с характером напластования окружающих пород, выполненные минеральным веществом. Штоки суть значительные скопления минерального вещества, неправильной формы; смотря по тому, имеют они наибольшее протяжение по вертикальному или горизонтальному направлениям, различают штоки стоячие и лежачие. Пласты суть более или менее слоеобразно-правильные скопления минеральных веществ, залегающие более или менее параллельно или согласно с другими пластами окружающих пород. Иногда минеральное вещество не является в самостоятельной форме, а проникает в другие пласты или равномерно, или же образует в них различной величины и вида скопления — гнезда. Металлы и их руды чаще всего встречаются в виде жил, прорезывающих древнейшие образования земной коры. Сюда относятся золото, серебро, медь, свинец, олово, цинк и железо, причем золото попадается всегда в самородном состоянии, серебро и медь (также висмут и др.) — частью в самородном, а частью соединенные с другими элементами (в оруденелом состоянии), а остальные — исключительно в виде руд, содержащих серу, кислород и другие элементы. В позднейших отложениях в виде штоков и пластов встречаются руды железа, каменной соли и т. п., а в виде пластов — антрацит, каменный и бурый угли, гипс и разные другие ископаемые. Точно так же в этих отложениях попадаются и руды различных металлов, но вообще не в таком большом количестве, как это замечается для наиболее древних образований земной коры. Некоторые металлы, напр. золото, платина и руды — оловянный камень, а также алмаз, — встречаются уже в новейших образованиях, в так называемых россыпях, происшедших от разрушения различных древних пород, заключавших эти вещества. В большинстве случаев минеральные богатства являются сокрытыми в недрах земли, а потому первоначальное открытие их было делом случая; но по мере развития Г. дела люди ознакомились со свойствами месторождений полезных ископаемых, так что предпринимают специальные поиски их, причем для руководства служат различные признаки, а именно: 1) спутники рудных месторождений; напр. золото в жилах всегда сопровождается кварцем, а в россыпях магнитным железняком; платина — хромистым железняком; свинцовые и цинковые руды — тяжелым шпатом и кварцем; медные руды — серным колчеданом. 2) Обломки, валуны и гальки полезного ископаемого или спутника. Они попадаются чаще всего в ложбинах рек и речек, и по их форме и виду судят о близости полезного ископаемого. 3) Горные обнажения в утесах, оврагах, берегах рек и пр. 4) Цветные полосы, являющиеся на почве вследствие разложения минеральных веществ. 5) Минеральные источники, которые дают указание, чего можно искать в данной местности. 6) Растительность: отсутствие или скудость ее служит иногда признаком некоторых минералов, напр. галмейная фиалка растет на почве с галмейными рудами (свинцовыми). Если поиски увенчались успехом, то приступают сначала к предварительной разведке полезного ископаемого, для чего закладывают в почве шурфы, или колодцы различной глубины и размеров, проводят канавы и разрезы и иногда разведочные буровые скважины (см. Бурение). Этими работами определяются все главные свойства месторождения, по которым судят о его благонадежности, а именно: простирание, которое есть горизонтальная линия, проведенная по пласту или жиле и положение которой определяется по отношению к меридиану, падение — линия, перпендикулярная к простиранию, и мощность его, т. е. толщина. Вместе с тем разведка дает и другие указания как на свойство самого месторождения, так и окружающих его горных пород; внимание обращается на висячий бок или кровлю месторождения, которые суть породы непосредственно прикрывающие пласты, и на лежачий бок или почву — породы, непосредственно подстилающие месторождение.
Детальная разведка производится только тогда, когда предварительная дала надежные результаты и притом при помощи подземных работ. Только после этой разведки, если месторождение признано благонадежным, приступают к заложению рудника для валовой добычи полезного ископаемого. Благонадежность месторождения определяется не только богатством содержания минерала, но и правильностью и самостоятельностью его характера. Обыкновенно руды весьма редко добываются совершенно чистыми, но чаще всего бывают перемешаны с пустою породою. Количество чистой руды, которое можно извлечь из известного объема или количества добытого в руднике ископаемого, есть содержание руды. Относительно содержания, при котором руды с выгодою могут быть разрабатываемы, существуют в различных местах различные правила. Так, в Европе принимают предельное содержание для железных руд 33%, цинковых 5%, свинцовых 3—4%, медных 1%, серебряных 0,1% и золота 0,01%. В России, на Урале, среднее содержание принимают: для железных руд 40—50%, медных 2 ½ ф. в пуде руды; для россыпного золота на Сев. Урале 40 долей в 100 пуд. песка, в Южн. Урале 23 доли; для жильного золота 8 зол. в 100 пуд. кварца. На Алтае для серебр. руды 1½ зол. в 1 пд. руды; в Восточн. Сибири для россыпного золота 21 д., в Семипалатинской области 14 ½ долей. Распределение рудной массы в жилах и пластах бывает весьма разнообразное: в виде слоев, конгломератов, брекчий, отдельных гнезд, четок и т. д. Кроме того, сама жила может состоять целиком из рудной массы или же и из другого минерала, перемешанного с рудою. Иногда рудное вещество заменяется на некотором протяжении пустою породою. Иногда две жилы сходятся под острыми углами, и тогда в этих местах является значительное увеличение рудной массы; иногда, наоборот, жила разветвляется. Иногда две жилы пересекаются, причем месторождение в месте пересечения изменяется настолько, что трудно бывает отыскать продолжение пересеченной жилы. Когда благонадежность месторождения установлена окончательно, приступают к заложению рудника и добыче, что совершается при помощи горных работ. Инструменты для этой цели носят название горных инструментов. Способы добычи Г. пород зависят от свойств Г. пород, а именно: твердости, вязкости, способности к выветриванию, растворимости в воде, трещиноватости. Смотря по трудности или легкости добычи, породы разделяются на следующие разряды: 1) вязкие и твердые в высшей степени, они представляют большое сопротивление проникновению острого инструмента и с большим трудом отделяются от сплошной массы; сюда относятся: кварц, роговой камень, гранит, порфир и пр.; 2) вязкие и твердые — песчаник, известняк, некоторые сланцы и пр.; 3) ломкие, или полутвердые — мергель, мел, каменная соль, известняки и пр.; 4) мягкие — глины, иногда каменный уголь и пр.; 5) рыхлые и сыпучие - песок, болотные руды, торф. Для добычи этих пород применяются работы: лопатная, кайловая, кирковая, клиновая, порохострельная (как общее название работ со взрывчатыми веществами), огненная; затем, в последнее время все более и более стараются вводить машинные работы. Лопатная работа применяется при породах рыхлых и сыпучих, при перемещении пород уже добытых. Инструменты для этой работы суть: лопата, черпак — для добычи озерных железных руд из-под воды, гребок - для нагрузки добытой породы, вила и грабля — для той же цели и заступ.
Производительность при этих инструментах: при добыче лопатною работою, напр., золотоносных песков на 1 куб. саж. полагается 2—2,5 поденщика; черпаком 1 рабочий в смену может добыть в средн. 240 п. озерной руды; при помощи гребка в смену можно нагрузить 20,5 куб. фт. породы; заступом 1 рабочий в смену может вырезать 3000 кирпичей из торфа, размерами каждый 12″х4½″x5″. Кайловая работа применяется для пород ломких и мягких, например глинистых сланцев, гипса, каменной соли, каменных и бурых углей. Кайла бывает простая и двойная. Производительность. При каменном угле 1 рабочий в смену может сделать вруб, сечение которого около 1 кв. саж. при глубине около 40″. Так как при тонких пластах производство врубов представляет весьма тяжелую работу, малопроизводительную, то с успехом стали применять врубовые машины. Одна из них, гидравлическая, изображена в действии на табл. I, фиг. 3 и 4. Кирковая работа применяется главным образом при твердых и вязких породах, для выравнивания поверхностей, образования в стенах гнезд, отделки стен выработок и т. д. При кирковой работе применяют кирку и молоток. Производительность рабочего при очень крепких породах составляет в 8-часовую смену 2 куб. фт.; при гнейсе, например, 7 куб. фт., а при более мягких породах — 24 и более куб. фт. Клиновая работа употребляется при добыче трещиноватых пород. Инструменты суть клин и балда. При помощи клиньев откалываются большие куски породы. Порохострельная и динамитная работы применяются при добыче пород различной твердости, например вязких и твердых в высшей степени, каменной соли, каменного угля и пр. Инструменты при этих работах суть: бур; он состоит из стального или железного квадратного стержня, оканчивающегося долотом или венцом (долотчатый или венечный бур); длина бура от 10″ до 36″, диаметр лезвия — от 5/8″—11/4″; молоток весом 4—8 фн.; забойник, представляющий утолщенный к концу железный стержень с продольным углублением, в которое входит игла, или штревель, и чищалка. Работа состоит в следующем: буром посредством молота проводят в породе канал, или шпур, который очищают от скопившейся в нем так называемой буровой муки чищалкою; затем в шпур вводят патрон с порохом, в который вставлен штревель, и на патрон опускают пыж из каната, пакли или мха, а на него помещают забойку из иловатой глины или вообще вещества, не содержащего зерен кварца, и уплотняют последнюю забойником. Затем вынимают штревель и в образовавшийся от него канал помещают затравку, которую и зажигают для передачи огня пороху. В настоящее время повсеместно почти употребляются затравки Бикфорда, представляющие менее опасности, чем серянки. Работы, при которых применяются взрывчатые вещества, направлены, главным образом, к тому, чтобы при взрывах шпуров не разбрасывались, а по возможности отделялись бы большие куски породы или минерального вещества. Это условие достигается выбором надлежащего места для заложения шпура и употреблением подходящего взрывчатого вещества. Место для шпура должно быть выбрано так, чтобы взрыв произвел небольшое разрушающее действие; для этого: 1) стараются образовать вруб, чтобы обнажить возможно большую поверхность породы; 2) каждый шпур после взрыва должен образовать место для последующего; 3) шпуры должны закладываться в плотной породе, но не в трещинах; 4) шпур должен проходить под некоторым углом к плоскости забоя. Рудничный порох должен обладать наименьшими метательными свойствами. В России употребляется обыкновенно для горных работ пушечный порох. В Германии употребляются особенные сорта пороха, содержащего вообще менее селитры, чем обыкновенный. В настоящее время большое распространение получили динамит, студенистый динамит, гремучий студень, и другие вещества, напр. белит, состав Фавье и пр. — число последних весьма велико, но практические достоинства вполне не выяснены. Динамит применяется трех сортов. Выбор того или другого сорта обусловливается физическими свойствами горных пород. При употреблении различных препаратов нитроглицерина проводят шпуры так же, как и для пороха, в них вставляют патрон, а сверху помещают пальник, т. е. меньший патрон, около 6 зол. весом, в котором находятся капсюль с гремучей ртутью со вставленной в него затравкою Бикфорда. Забойка не уколачивается; иногда даже вместо нее в шпур наливают воду, что для патрона, пальника и затравки не приносит вреда, так как они все снабжены водонепроницаемыми оболочками. Затравке дают обыкновенно такую длину, чтобы во время ее горения рабочий мог бы укрыться в безопасное место. Если при взрывании шпура получилась осечка, то никогда его не разряжают, а рядом проводят другой и взрывают, при чем взрывается и первый. Для ускорения работ несколько шпуров взрывают иногда одновременно при помощи особых электрических запалов и машин, дающих ток. В последнее время, когда каменноугольная промышленность получила сильное развитие, порох и динамит стали употреблять для добычи каменного угля; но так как большинство рудников содержит рудничный газ, то такие работы стали сопровождаться взрывами этого газа и несчастьями с рабочими. Ввиду этого стали придумывать различные составы, которые при взрыве не воспламеняли бы этот газ. К числу их относятся состав Фавье, безопасные динамиты Нобеля и т. д. Кроме ручного бурения шпуров, большое значение приобрели машины для их провода, или перфораторы; из них наиболее употребительны системы Лисбе, Иордана, Дюбуа и Франсуа, Дарлингтона, Сомелье, Закса, Бартле, Брандта и т. д. Некоторые из них изображены на фиг. 3 и 4, 5 и 6, табл. I, и в работе — на фиг. 7 табл. I. Скорость работы этими машинами в два и даже в три раза более, нежели при ручной работе, хотя стоимость выемки 1 куб. саж. породы обыкновенно выше, нежели при ручной работе. Огненная работа применяется в настоящее время чрезвычайно редко и состоит в сильном нагревании пород действием пламени, а потом в быстром охлаждении их водою, от чего они растрескиваются и легко добываются. Гидравлическая работа применяется при разработке золотых россыпей.
Горные выработки суть пустые пространства, остающиеся по вынутии из месторождения полезного ископаемого. Соединение выработок в систему для наивыгоднейшей добычи полезного ископаемого есть рудник. Выработки служат для детальной разведки рудника, подготовки месторождения к добыче и образуются от вынутия месторождения на очистку, т. е. совершенно. Различают два типа выработок: штольнообразные и шахтообразные. К первым относятся штольни, штреки, квершлаги, а ко вторым шахты, гезенки, шурфы и пр. Штольня есть выработка, имеющая вид подземной галереи и выходящая на дневную поверхность; длина ее относительно других размеров весьма велика. Штольня служит для отлива воды, откатки добытого ископаемого, сообщения и пр. Смотря по назначению, штольни имеют различные размеры: высоту 5—7′ и ширину до 7½′. Штрек есть штольнообразная выработка, не имеющая выхода на дневную поверхность. Квершлаг проводится по пустым породам в крест линии простирания месторождения, и соединяет шахту со штреками. Шахты проводятся с поверхности земли вглубь по вертикальному направлению; они имеют то же назначение, что и штольни. В одном и том же руднике шахты проводятся в количестве двух, трех и более, причем каждая имеет специальное назначение; шахты должны располагаться через 7—10 саж.; через каждые 20 с. их соединяют штреками или квершлагами.
Подготовка месторождения к очистной добыче начинается с того, что месторождение достигается на известной глубине шахтами или штольнями. Шахты вообще имеют преимущество. Обыкновенно открывают работы двумя или даже тремя шахтами. От обоих шахт на различных горизонтах проводят квершлаги до встречи с пластом или жилою полезного ископаемого, а от последних ведут по самому месторождению штреки. Таким образом месторождение разделяется на этажи. Когда пласты между этими штреками вынуты, то шахты углубляют до известной глубины, опять проводят квершлаги и штреки и получают следующий этаж и т. д. Эта работа идет в нисходящем порядке, но иногда поступают и наоборот: проводят на значительную глубину шахты и подготовляют этаж 1-й, а по выработке его — этаж 2-й — выше его и т. д. — Это будет работа в восходящем порядке. Высота этажей, или расстояние между двумя соседними штреками по вертикальному направлению, бывает весьма различно и зависит от угла падения пласта: чем этот угол более, тем большая может быть высота этажей. При пологом падении высота бывает до 15 саж., при крутом — до 40 саж. При жильных месторождениях высоту этажей выгоднее делать менее, ибо при этом тщательнее разведывается попутно и сама жила. Подготовительные работы ведутся одновременно с очистными с таким расчетом, чтобы производительность рудника и стоимость добываемого минерала была постоянною и чтобы в случае надобности добычу возможно было бы значительно усилить в короткое время. Отсюда ясно, что подготовка должна идти вперед добычи настолько, чтобы в запасе всегда были бы несколько забоев. Месторождение, подготовленное системой выработок, может уже быть подвергнуто очистной выемке или добыче. Очистные работы производятся весьма разнообразными способами в зависимости от состояния и формы месторождения, от способа залегания, угла падения, от распределения полезного минерала, мощности, прочности окружающих пород, количества подземных вод, необходимости того или другого проветривания. Какая бы система ни была избрана, в виду всегда необходимо иметь возможно полную выработку полезного минерала при наименьшей стоимости добычи. К различным методам принадлежат: очистные работы потолкоуступная, почвоуступная, сплошная, поперечная, столбовая, камерная и т. д. Потолкоуступная работа применяется при круто падающих пластах малой и средней мощности. Сущность ее состоит в том, что пласты между двумя этажными штреками разделяются проведенными по пласту гезенками на выемочные целики и работу начинают с места пересечения верхнего штрека и гезенка, причем по мере ее развития образуются уступы, или потолочные забои (фиг. 9, т. I), потолочные уступы; высота их от 7′ до 14′. Под верхним этажным штреком оставляют толщу невынутого пласта — предохранительный целик. Добытое вещество по мере накопления спускается в нижний штрек по скату, а оттуда поднимается воротом. Выработанное пространство закладывается пустою породою. Почвоуступная работа идет в направлении, обратном предыдущей (фиг. 8, т. I). Иногда вместо больших уступов работу ведут малыми уступами — сплошным забоем, — сплошная выемка (фиг. 11 и 12, т. I). Если порода имеет диагональную трещиноватость, угол падения около 30°, то работу ведут по диагональному направлению (фиг. 13 и 14, т. I). Здесь выработанные пространства закладывают пустою породою, и в ней оставляют диагональные штреки, по которым производится сообщение и откатка добытого минерала. Столбовая выемка обыкновенно производится при пластах более 2 метров толщиною и при недостатке пустой породы для закладки выработанного пространства. Сущность работы состоит в том, что пласт разделяют на выемочные поля посредством штреков, проведенных по простиранию, диагональному направлению или по восстанию; полученные выемочные поля разделяют особыми штреками на столбы 3—4 саж. толщины, которые вынимают в направлении, обратном их образованию. Иногда некоторые столбы оставляют невынутыми для того, чтобы предотвратить обрушение кровли. Сплошная работа по простиранию применяется при всяком падении, работа по восстанию пласта — при угле падения не более 10°, диагональная — при 20° (фиг. 15 и 16 т. I). К столбовой выемке относится также и камерная, которая применяется, напр., к разработке известного Стасфуртского месторождения каменной соли (фиг. 17, т. I); этим же способом добывается каменная соль в Венгрии, Седмиградии и Галиции.
Разработка жильных месторождений. Жильные месторождения чаще всего отличаются крутым падением и содержат достаточно пустой породы, а потому чаще всего применяются работы потолко-почвоуступные и поперечные. Также иногда можно применить и выработку камерную, в том случае, если месторождение представляет мощные жилы или штоки и если рудная масса и окружающие породы достаточно крепки. Жильные месторождения заключают главным образом различные металлические руды.
Разработка пластовых, каменноугольных месторождений. — При разработке пластов малой и средней мощности применяются потолко-почвоуступные работы, а также сплошная выемка. Столбовая выемка применяется при пластах средней мощности; при мощных пластах каменного угля, толщина которых превосходит 8 фт. и достигает до 5—10 и более сажен, применяют столбовую выемку без закладки выработанных пространств. Сюда относятся выемка с обрушением кровли пласта, когда оставленные предохранительные столбы вынимают на чистку потом; разработка с обрушением угля и разработка с оставлением столбов. Если есть пустая порода, то разработка мощных каменноугольных пластов производится таким образом, что пласт разделяют на слои или ярусы толщиною около 1 саж. и разрабатывают такие слои каким-нибудь способом. Разделение на слои может быть произведено параллельно плоскости пласта, горизонтальными и вертикальными плоскостями. Размеры этажей при указанных способах зависят от свойств угля: чем он слабее и чем более способен к самовозгоранию, тем эти размеры должны быть меньше. Средним числом высоте этажей дают величину 10—12 саж. Что касается выбора надлежащей системы разработки, то здесь можно руководствоваться следующими данными: систему с обрушением кровли можно применить с выгодою, если пласты имеют толщину 2—3 саж., падение до 25° и если кровля прочная и уголь плотный, не способен к самовозгоранию и не заключает гремучего газа. При системах с закладкою работа с разделением пласта на наклонные слои применяется, если угол падения 35—40°, мощность 5—7 саж., способность угля к самовозгоранию невелика, а пласт правильный. Работа горизонтальными слоями, если уголь крепок, нет гремучего газа и толщина сечений пласта по горизонтальному направлению не будет более 12—14 саж. Разработка вертикальными слоями — при очень крутом падении, слабом, в высшей степени способным к самовозгоранию угле.
Разработка буроугольных пластов ведется в общем так: месторождение достигается шахтами, от которых ведут основные штреки, а от них восходящие. Образовавшиеся выемочные поля разделяют на целики, которые добываются обвалами. Размеры обвалов зависят от крепости угля; но вообще обвалы необходимо вынимать как можно скорее.
Месторождения каменной соли добываются при помощи столбовой или камерной выемки, что зависит от того, образует соль шток или пласт. В России существует такой способ: месторождение достигается буровыми скважинами, в которые наливается вода, и когда она насытится солью — ее извлекают насосами и выпаривают или же частью сгущают рассол вымораживанием. В Штирии и Тироле добычу рассолов ведут при помощи особых выработок, так наз. зинкверков (фиг. 18, т. I). Зинкверк состоит из искусственно образованного пространства в породах, проникнутых солью, которое наполняется водою, извлекающею эту соль. Если породы содержат мало воды, то она проводится через особую выработку, a рассол поднимается либо насосом, либо же через особую трубу проводится в штольню. Для того, чтобы вода из зинкверка не просачивалась в штольню, устраивают две перемычки — лежащую В и стоячую А.
Открытые разработки организуют в том случае, если толща полезного ископаемого залегает близко от поверхности и покрыта некрепкими породами. Открытая работа, или разнос, ведется обыкн. почвенными уступами — в глубь месторождения. Этим способом добывается бурый уголь, торф, магнитный железняк (на Урале, гора Благодать), бурый железняк; сюда же относятся каменоломни.
Крепление выработок. Для того, чтобы избежать обвалов различных горных выработок и предохранить людей от могущих случиться при этом несчастий, Г. выработки крепятся различными способами. Иногда для этого служит пустая порода, которою заполняют выработанные пространства; иногда же укрепляют деревом и камнем. На тот или другой способ крепления имеют влияние направление и распределение давления пород и свойство самих пород.
Деревянное крепление. Для него идет лес дубовый, сосновый, лиственничный и в крайних случаях — еловый и пихтовый. Лес идет на крепи в виде брусьев, бревен, досок, горбылей, накатника и жердей. Если давление пород обнаруживается с потолка, то крепят перекладами, или брусьями, положенными у потолка, над которыми располагают горбыли или жерди. Если давление с потолка и одного бока — крепят половинчатыми дверными окладами (фиг. 19, табл. I); при давлении с трех сторон — полными дверными окладами (фиг. 20 и 21, т. I); при давлении со всех сторон дверные оклады ставят на лежни (фиг. 22, т. I). При проводе штольнеобразных выработок в рыхлых и сыпучих породах употребляют забивную крепь (фиг. 23, т. I). Она состоит из дверных окладов на лежнях; возле окладов помещают бруски, так что между ними образуется щель, в которую вставляют заостренные доски или клинья и забивают в породу. Забой закрывается особыми деревянными щитами. Когда клинья вошли в породу на известную глубину, щиты отнимают и забой очищают; на освободившееся место ставят следующий оклад и работу ведут далее, как указано. Звено крепи между двумя окладами носит название поля; расстояние между окладами изменяется от ¾ -1 ¾ арш., смотря по прочности пород. Работа эта принадлежит к числу трудных и медленных. В плывучих породах употребляют крепь несколько иную: во всю площадь забоя вбивают до отказа дубовые колья длиною до 3 аршин, толщиною 1 ½ вершка. Затем один из кольев вытаскивают, и плывучая порода выходит в подставленную тачку или бадью, после чего кол вгоняется уже глубже; затем вытаскивают второй и т. д. Забой подвигается вперед, и выработка тотчас крепится. Если давление пород такое сильное, что деревянная крепь не выдержит, или же если последняя требует частого ремонта, или если выработка предназначается на долгий срок, то прибегают к креплению камнем, которое в 4 раза дороже, чем деревянное, но не требует ремонта. Материалами для этого крепления служат камень, кирпич и цементы. Относительно толщины крепи существует следующее практическое правило: крепь из кирпича должна быть 12/3—2 раза толще деревянной крепи, которую пришлось бы поставить в данной выработке, а каменная — в 11/2—13/4 раза. Каменною крепью закрепляются или только слабые места выработок (фиг. 29 и 31, т. I) или же большею частью крепят стенами и сводами, или сплошь. В этом случае сечению крепи для наибольшей устойчивости дают очертание эллиптическое и овальное. Шахтообразные выработки крепятся также или деревом, или камнем. Деревянная крепь устраивается из отдельных венцов, а последние слагаются из брусьев или бревен (фиг. 24, т. I). При устойчивых породах звенья ставят одно от другого на расстоянии 3¼′—6½′, причем выдающиеся их концы заделывают в стене шахты. Иногда каждый вышележащий венец располагается на стойках, упирающихся в нижележащий; это — крепь на стойках, или бабках. В случае слабых пород или при очень сильном давлении устраивают сплошную срубовую крепь, т. е. венцы кладут друг на друга. При неравномерном давлении или больших размерах длинных сторон ставят вандруты (или длинные брусья) по бокам и по углам и распирают их особыми расколотами (распорками). Для того, чтобы шахту разделить на отделения, между длинными сторонами венцов располагают переклады. Капитальные шахты крепят обыкновенно кирпичными стенами. Крепление в этом случае производится или сплошь по всей длине, или же участками. Поперечному сечению шахты при креплении деревом дают форму четырехугольную, восьмиугольную и круглую. В последнее время часто применяют железное крепление, в породах более или менее крепких, и чаще всего в таких случаях, когда пришлось бы применять венцовую деревянную крепь на стойках. В дело идут старые рельсы. Если при проходе шахты замечается сильный приток воды, то в таких случаях применяется особый способ крепления — кувеляция, направленный к тому, чтобы устранить приток воды в шахту. Кувеляция совершается при помощи дерева, камня, чугуна. Провод шахт с большим притоком воды сопряжен с большими затруднениями и крайне дорог. Ввиду этого Кинд и Шадрон предложили особый способ, по которому шахту проводят посредством бурения и потом уже сразу закрепляют на известную глубину водонепроницаемую чугунною крепь. В породах в высшей степени плывучих, с большим притоком воды при проводе шахты устраивают опускные крепи — каменные, железные или чугунные. Крепи эти погружаются в плывучую породу под влиянием собственного веса или груза, или же их нажимают винтами, прессами и пр. Сюда относятся способы Триже и Гибаля.
Рудничная доставка и откатка. Доставка добытых в руднике масс полезного ископаемого на дневную поверхность представляет одну из важнейших задач Г. дела, требующую, особенно в последнее время, c развитием каменноугольной промышленности, величайшего внимания. При доставке должно придерживаться основного правила — поднимать на поверхность столько, сколько необходимо, а потому в самом руднике предпринимают меры к тому, чтобы от полезного минерала отделить все лишнее, напр. пустую породу. Кроме того, необходимо избегать частой перегрузки, ибо при этом ухудшается качество, напр., каменного угля и непроизводительно затрачивается лишняя работа. Добытые в руднике минеральные вещества должны быть от забоя перемещены к определенным местам в руднике, напр. откаточным штрекам, а от них к шахте и по ней уже поднимаются на поверхность. Передвижение по горизонтальному направлению есть перевозка; доставка с высших горизонтов на нижние или наоборот — спуск и подъем. Кроме этого, существует еще и переноска. Для передвижения существуют весьма различные способы — ручные и механические. Переноска применяется ныне весьма редко: при металлических рудниках с небольшою производительностью, при выработках узких или с непостоянными и значительными уклонами. Более совершенный способ — доставка в волокушах, которые представляют ящик или бадью, поставленные на полозья. Доставка в тачках применяется также редко. На рудниках Гарца и Венгрии несколько столетий уже практикуется способ доставки на так называемых собаках, представляющих ящик, который сверху несколько суживается, поставленный на колеса, причем задние более передних. Колеса катятся по деревянным толстым доскам (различают собаки венгерские и немецкие). Более совершенный и употребительный способ — откатка в вагонах, иногда по деревянным, но чаще по железным путям и рельсам. Сами вагоны бывают деревянные и железные, и размеры их зависят от многих причин: размеров ходов, систем разработки и пр. Вместимость вагонов вообще до 35 пуд. Откатка вагонов людьми и лошадьми производится по горизонтальным выработкам и с уклоном приблизительно 0,009. При других условиях применяется механическая откатка при помощи локомотивов, бесконечных цепей и канатов. Доставка с высших горизонтов на нижние производится при помощи скатов, или бремсбергов. Бремсберг есть наклонный путь между двумя выработками; на этом пути на верхнем горизонте располагают барабан, на который навивают в разные стороны два каната. В то время, когда нагруженный вагон спускается и разматывает канат, другой канат навивается на барабан и тащит за собой снизу пустой вагон. Угол уклона для бремсберга около 10°, наименьший угол 2 ½°. Подъем с низших горизонтов на высшие совершается в руднике при помощи ворота, или бесконечной цепи.
Подъем по шахтам. Устройства для этого находятся в зависимости от направления шахты (вертикальная или наклонная), от количества поднимаемого груза, глубины, с которой совершается подъем, и скорости. Подъем этот совершается при помощи особых рудоподъемных машин, или барабанов. Для приведения их в действие применяют лошадей, водяные колеса и турбины и пар. Сам подъем совершается в бадьях или особых клетях — устройствах, приспособленных для установки в них нескольких нагруженных вагонов. Бадьи поднимаются посредством канатов или цепи. Чтобы они не раскачивались и не производили порчи стен шахты, ставят особые направляющие брусья. Кроме бадей употребляют иногда четырехугольные ящики. Клети, служащие для подъема вагонов, устраиваются из железных рам, скрепленных железными крестовинами. В клеть ставят один или несколько вагонов — в этом случае она бывает в несколько этажей, из которых каждый служит для помещения одного вагона. Самое большое число этажей — 6, но чаще всего их бывает 4. Клеть движется по шахте между направляющими штангами. Нагруженные вагоны доставляются обыкновенно к шахте по штреку, который возле ее расширяют, тщательно закрепляют камнем или деревом и образуют так наз. рудничный двор (фиг. 5, т. II). У этого двора останавливается клеть, и в нее один за другим вкатывают вагоны. Для подъема клетей употребляются обыкновенно пеньковые, железные и стальные проволочные канаты. Так как канаты могут лопнуть, то, чтобы избежать несчастья, клети снабжаются особыми предохранительными механизмами — парашютами, назначение которых состоит в том, что в момент разрыва каната они начинают действовать и удерживают клеть среди направляющих ее брусьев. При подъеме и опускании клети дают особые сигналы. Что касается до двигателей, приводящих в действие подъемные устройства, то существует много систем. Самый древний и самый распространенный — это конный ворот, или барабан (фиг. 6, т. II). Он состоит из деревянного вертикального вала, на верху которого укреплен барабан для каната. Этот механизм приводится в движение конною силою. Есть вороты, приводимые в движение 4-мя парами лошадей. Во многих старых и глубоких рудниках большое значение имеют для подъема по шахтам водяные колеса, приводимые в движение рудничною водою. Колеса эти имеют большой диаметр (14—16 м), располагаются в особых подземных камерах и снабжены двойными лопатками, обращенными в противоположные стороны. Пуская воду то на одни, то на другие лопатки, колесу придают вращение в 2 противоположные стороны, чем достигается возможность спуска и подъема бадей и клетей. Скорость подъема регулируется особым тормозом и количеством пускаемой на колесо воды. Движение канату передается непосредственно или при помощи кривошипов и тяг (ф. 25 и 26, т. I). Канаты перекинуты здесь через особые направляющие шкивы. Вместо колес нередко употребляются турбины. Самые совершенные двигатели — это паровые двойного действия. Посредством их достигается наибольшая скорость, а вместе с тем и наибольшая производительность. В последние годы в некоторых европейских и американских рудниках вводят подъем руд и угля посредством динамо-машин.
Сообщение по выработкам. Сообщение по выработкам, не превосходящим уклона в 30°, совершается естественным образом. При уклоне более 30° устраивают в почве наклонного хода ступеньки или различного рода лестницы. Для спуска и подъема людей по шахтам существуют различные приспособления в зависимости от глубины шахт.
Лестницы или стремянки имеют обыкновенно длину около 3 саж., почему шахту разделяют полками на отделения, на которых и помещаются звенья лестницы. Расположение и уклон лестниц должны быть по всей шахте одинаковыми. Из опытов выведено: при глубине шахты до 100 саж. сообщение рабочих можно еще допустить; при глубине до 250 саж. лестницы становятся невыгодными, ибо подъем и спуск поглощают у рабочих весьма много времени; при глубине 300—400 саж. и выше лестницы должны быть совершенно оставлены. Там, где подъем совершается в клетях, рабочие с удобством и безопасностью могут ими пользоваться для подъема и спуска (фиг. 7, т. II). При деятельной работе рудника иногда устраивают для рабочих специальную подъемную машину. Вообще при передвижении рабочих в клетях должны быть соблюдаемы правила величайшей предосторожности, так как недосмотр или неисправность механизмов могут причинить большое несчастье. Иногда подъем рабочих в клетях бывает невозможным; в таких случаях прибегают к помощи подвижных лестниц, или фаркунстов.
Однодействующий фаркунст состоит из длинной штанги, деревянной или металлической, с укрепленными на ней полками. Против этих полок к боку шахты укрепляются другие — неподвижные. Штанга имеет движение вверх и вниз, причем ход ее равен высоте между двумя полками. Рабочий становится при подъеме из шахты на неподвижную полку и ждет, когда подойдет к нему при опускании штанги вышележащая на ней полка, перескакивает на нее, в этот момент штанга поднимается и переносит его к следующей неподвижной полке и т. д. Двудействующий фаркунст состоит из двух штанг, из которых в одно и то же время одна опускается, а другая поднимается. Рабочие переходят при подъеме и спуске с полки одной штанги на полку другой (фиг. 8 и 9, т. III). Иногда фаркунсты устраивают так, что на одной ступени разом могут поместиться несколько человек. В таких случаях возможно организовать одновременно спуск и подъем рабочих. Для движения фаркунстов служат водяные колеса и паровые машины. Круговращательное движение механизмов превращается в прямолинейное для фаркунста посредством особых крестовин или угольников. При прямой передаче движения употребляются только паровые двигатели и при этом главное внимание обращается на то, чтобы штанги фаркунстов имели правильное движение. Для того, чтобы рабочие имели время перейти с одной ступени на другую, необходима некоторая пауза, которая достигается посредством особых механизмов — катарактов. Продолжительность паузы бывает около 3 секунд. Фаркунсты представляют дорогие устройства, почему в последнее время предпочитают спуск людей и рабочих на канатах в клетях.
Рудничный отлив воды представляет собою все средства и способы, посредством которых притекающие постоянно в рудник подземные и рудничные воды удаляются прочь. Подземные воды своим происхождением обязаны атмосферным осадкам, проникающим вглубь по различным трещинам, старым выработкам и пр. Количество рудничных вод изменяется в самых широких пределах; есть так называемые сухие рудники, где притока вод почти не существует. Присутствие воды представляет много неудобств: мешает рабочим у забоя, при добыче каменного угля понижает его стоимость и способствует самовозгоранию его и, наконец, всегда угрожает опасностью затопить рудник. Осушение выработок достигается: 1) устранением притока в выработки, 2) отводом собравшихся уже в выработках вод и 3) подъемом рудничных вод. К первой категории относятся все средства для того, чтобы устранить доступ воды извне; ко второй — средства для устранения притока внутри рудника; сюда относятся утрамбовка почвы выработок, водонепроницаемые в известных местах перемычки и предохранительные столбы из полезного ископаемого. Отвод или подъем рудничных вод совершается по штольням и шахтам. В первом случае все воды, скопляющиеся в выработках выше штольни, естественным путем — по канавам, по желобам, по трубам — доставляются к штольне, а по ней наружу. Воды ниже штольни — поднимаются до ее горизонта насосами. Для отлива воды проводят, где позволяют местные условия, особые водоотливные штольни. Чаще приходится поднимать воду по шахтам; для этого иногда устраивают особые специальные шахты (водоотливные), и рудничные воды доставляют к ее дну, или зумфу, откуда извлекают особыми насосами или поднимают в ящиках. Насосы рудничные бывают одно— и двудействующие. Насос состоит из всасывающей воду трубы, всасывающего поршневого устройства и подъемной трубы. Смотря по помещению подъемной трубы, различают подъемные и давящие насосы. Устройство всасывающего и давящего насоса, а равно и клапанов для них представлено на фиг. 3, 4 и 5 т. III. Давящие насосы отличаются простотою и прочностью, но они могут быть затопляемы водою, а потому имеют исключительное распространение в верхних горизонтах, не подвергающихся затоплению. Нижние горизонты рудника снабжаются подъемными насосами. Хотя одним насосом воду возможно, теоретически говоря, поднять на любую высоту, но обыкновенно этого не делают по многим причинам, а шахту, в которой устанавливается насос, разделяют на несколько отделений, или ставов, имеющих каждый свой насос, причем каждый нижележащий насос подает воду вышележащему, т. е. вода извлекается из рудника в несколько приемов. Насосы всех ставов приводятся в действие от двигателя одною и тою же штангою, к которой прикрепляются штоки от поршней насосов. В каждом ставе насосы укрепляются на прочных железных балках или на брусьях, прочно заделанных концами в стене шахты. Двигателями для насосов могут служить водяные колеса (фиг. 9, т. II) и паровые двигатели (фиг. 8, т. II) и водяные тараны, водостолбовые машины. Кроме насосов, существует много типов и других механизмов, действующих непосредственно паром.
Освещение рудников. Главным условием освещения должна быть достаточная сила света, экономичность и отсутствие копоти. При хорошем освещении производительность рабочих сильно повышается. Экономия в расходах по освещению в больших рудниках представляет значительные суммы. Освещение рудников совершается с помощью свечей, которые помещают на особых подсвечниках или в фонарях, блендах; затем посредством ламп. Материалом для освещения служит сало и растительные масла: конопляное, сурепное, льняное и пр. Конопляное масло должно предварительно очищать. Некоторые специальные выработки — рудничные дворы, камеры для машин и пр. — должны быть освещаемы постоянными лампами, напр. керосиновыми. Иногда применяют газовое освещение. В рудниках с гремучим газом необходимо употреблять предохранительные лампы, прототипом которых служит лампа Деви (см. Предохранительные лампы). Из этих ламп в настоящее время наиболее распространены: Пилера (указатель гремучего газа), Мюзелера, Марсо, Фюма и пр. Одна из них представлена на фиг. 27 т. I.
Вентиляция или проветривание рудников см. т. V, стр. 934.
Обогащение и сортировка руд см. Руда.
Исторический очерк. Г. дело относится к глубокой древности, и следы о нем имеются у многих азиатских народов. Ассирийцы за 2000 лет до Р. Х. разрабатывали медные рудники в Армении в верхнем течении Тигра. Индейцы издревле славились золотом, серебром и драгоценными камнями. Г. дело было развито уже за 3000 лет до Р. Х. в Верхнем Египте: цветущего состояния достигло оно при Птоломеях. Искусство плавить медь, по сказаниям Диодора, было открыто Озирисом в Фиваиде. Израильтяне издавна знали металлы: Авраам имел уже золото и серебро, а о свинце упоминается в книгах Моисея и Иова. Финикияне с незапамятных времен умели плавить руды, и от них это искусство перешло в Грецию. По свидетельству Страбона и Плиния, финикиец Радмус организовал добычу золота и меди в Тразии. Финикийцы ознакомили с благородными металлами и Южную Испанию около 1100 до Р. Х., при основании там своих колоний. К самым большим и, вероятно, самым древним рудникам Греции принадлежат рудники в Аттике, в особенности в горах Лауригона. В позднейшие времена здесь опять стали добывать серебро, медь, свинец и галмей, и уже при Фемистокле добыча была настолько велика, что серебром были нагружены 200 кораблей военного флота. Пелопоннесская война прекратила там Г. дело, и оно впоследствии уже не могло достигнуть прежнего блеска. При Демосфене число аттических горнорабочих достигло до такой цифры, что они составляли отдельную касту наряду с купцами и земледельцами. У древних римлян Г. дело сначала развито не было, и лишь незадолго до пунических войн они стали заменять медную монету серебряной. Завоевание Средней Италии, где этруски занимались Г. делом, доставило им обладание рудниками и заводами.
Относительно истории Г. дела в российском государстве в древнейшие времена указаний прямых нет. Находимые, однако, в различных местах клады, в раскопках курганов, в могилах и пр. металлические предметы указывают, что народы, которые впоследствии должны были войти в состав русского государства, знали золото, серебро, медь и железо; славяне до Рюрика получали золото и серебро меновым путем, сами же добычею этих металлов не занимались. Медное дело было в значительном развитии, и, как надо думать, отрасль эта была сосредоточена тогда в биармском Приуралье и югорских чудских копях. О способах получения меди ничего не известно, но почти нет сомнения, что медь главным образом получалась из окисленных руд пермской формации. Железное производство имело такую же давность и стояло на одинаковой высоте с медным. Железным делом занимались главн. образом инородцы, обитавшие в окрестности нынешнего г. Устюжны, которая в прежнее время носила название «железного поля». Выделка железа производилась в сыродутных горнах. Есть основание предполагать, что, кроме Устюжны, железное дело было основано в северной части Киевской губ. и восточной части Волынской губ. В XIV в. новгородцы разрабатывали руды на Белом море, в Неноксе. Масса всевозможных металлов и изделий из них получалась, однако, путем меновой торговли и во время походов, которые так часто совершали славянские князья со своими дружинами на соседние государства. Приходилось также покупать железо у шведов по дорогой цене. По объединении удельных княжеств в одно государство при Иоанне III и по мере развития раздоров и войн с Литвою, поляками, шведами, татарами и турками потребность в металлах возрастала, а способы к приобретению их по временам очень были затруднительны; все это побуждало государей к водворению в России собственной горной промышленности. Уже Иоанн III требовал в 1482 г. от венгерского короля Матвея Корвина горских мастеров, искусных в добывании золотой и серебряной руды и в обработке их. В 1490 г. был дан наказ найти и принять в русскую службу горных мастеров послу, отправлявшемуся к римскому императору. В следующем году отправлена была уже на Печору поисковая партия. Столько же заботился о Г. деле и Иоанн Грозный; в его царствование Аника Строганов в нынешней Вологодской губ. основал соляные заводы. После покорения Сибири Ермаком долгое время не знали о существовании там руды, но в 1628 г. случайно были найдены железные руды и основан завод для их обработки (Ницынский). После открыт был и медный рудник близ Соликамска. При царе Михаиле Феодоровиче в 1632 г. основываются Городищенские заводы близ Тулы. Со времени Петра I начинаются уже усиленные поиски руды и постройки многочисленных железн. заводов на Урале, в Сибири в др. местах государства российского. На долю Демидова выпало основание железного и медного дела на Урале и частью в Сибири — дела, которое и до сих пор процветает. Постепенно разрастаясь, железное дело возникло и в других местах империи. На Ю. России первый железоделательный завод Луганский устроен был в 1796 году. Жильное золото открыто было впервые в 1745 г. в Воицком руднике Архангельской губ., Кемского у. На Урале оно найдено было в 1744 г. С 1748 г. начинается уже разработка золотых рудников Урала. Позднее жильное золото найдено было в Сибири в Алтайских и Нерчинских рудниках. Золотые россыпи были открыты впервые на Березовских рудниках в 1814 г. на Урале; частная золотопромышленность на Урале получает развитие в 1819 г., а в Сибири россыпное золото стало известно с 1829 г. В 1830 г. по р. Фомихе открыта богатая россыпь казенными средствами. В 1849 г. — найдены богатейшие прииски по рч. Олекме. В 1856—59 гг. следует открытие золота в системе Амура, а в 1866 г. Амурская и Приморская область разрешаются для частной золотопромышленности. Серебряные руды были известны очень давно, но разработка их началась при Петре I и главным образом в Сибири. Открытие каменного угля на Ю. России относится также к эпохе Петра I, но разработка его принадлежит всецело стараниям черноморских моряков, и поиски, и разработка каменного угля начались в период с 1797 по 1806 г. Что касается других полезных ископаемых, то открытие их относится к давним временам и преимущественно к эпохе Петра I, но разработка их начинается гораздо позднее, а некоторые полезные ископаемые, как нефть, получают значение лишь в самое последнее время.
А. Васильев. Δ.
