Вклад академика Н.В. Мельникова в развитие угольной промышленности

Доклад член-корр. РАН Ю.Н. Малышева на Международном совещании, посвященном 100-летию академика Н.В. Мельникова, 3–6 марта 2009 г., ИПКОН РАН (Москва)

Уважаемые коллеги! В этом зале присутствуют люди разных поколений, причем насколько я могу судить, многие из них в сознательном возрасте практически не захватили жизнь в СССР. А я хотел бы, чтобы мы мысленно перенеслись в первые послевоенные годы, когда еще большая часть страны, ее европейская часть, лежала в руинах, шло восстановление разрушенной промышленности страны, в том числе Донбасса, а основным видом топлива был уголь. Еще не текли газовые и нефтяные реки, а вагоны с углем распределяли на самом высоком уровне и достаточно сказать, что угольная промышленность, как и атомная, курировалась на уровне члена Политбюро с участием Н.В.Мельникова.

Это диктовало необходимость не только восстановления разрушенных шахт Донбасса, но и дальнейшего развития угольной промышленности в кратчайшие сроки. При этом необходимо было учесть, что в период индустриализации страны в 1930–1940е годы в сжатые сроки в СССР была создана мощная машиностроительная промышленность, производившая по тем временам совершенное горнотранспортное оборудование для открытых работ. Время требовало идеолога открытых работ, который сочетал бы в себе качества ученого и организатора промышленности.

Выбор пал на Н.В.Мельникова, который уже прошел школу Совмина СССР и, будучи профессором угольной академии, обосновал необходимость ускоренного развития открытого способа добычи, основываясь на его преимуществах:

1. На открытых разработках производительность труда рабочих в 3–4 раза выше, чем на шахтах, так как на угольных разрезах применяется мощная комплексная механизация, позволяющая производить работы по всему технологическому процессу добычи угля без применения ручного труда.

2. Высокая производительность труда на угольных разрезах и совершенная механизация работ снижают себестоимость добычи 1 т угля по сравнению с подземным способом в 2–3 раза.

3. Капитальные затраты на строительство угольных разрезов, отнесенные на 1 т годовой добычи, меньше чем на строительство шахт в 1.5–2.5 раза.

4. Сроки строительства угольных разрезов в 2–3 раза короче, чем шахт. Проектная мощность предприятия при открытом способе достигается значительно быстрее, чем при подземном. Установлено, что на угольном разрезе средней мощности проектная производительность достигается через 3–4 месяца, на крупном – через 6–9 месяцев работы. Достижение же проектной мощности шахты наступает только через 2–3 года.

5. Потери угля при открытом способе обычно составляют 3–5%, а при трудных условиях выемки (связанных с оползневыми явлениями и др.) – 8–10%. При подземном способе потери угля составляют не менее 10%, достигая часто 15–20%. Таким образом, при открытом способе добычи потери угля уменьшаются в 3 и более раз. При открытом способе добычи условия труда более благоприятные для здоровья рабочих, чем на шахтах.

Основная добыча угля открытым способом (77%) возможна на угольных разрезах мощностью более 1000 тыс. т, причем около половины общей добычи приходится на разрезы мощностью от 1000 до 2000 тыс. т. На долю условно называемых маломощных разрезов приходилось только 23% общей добычи. Анализируя данные сырьевой базы, акад. Н.В. Мельников пришел к следующим выводам:

1. В некоторых районах Советского Союза имеется большое количество месторождений, позволяющих значительно увеличить добычу угля открытым способом с тем, чтобы безусловно выполнить задание тов. Сталина о доведении добычи угля до 500 млн. т в год и в этом случае удельное значение открытой угледобычи в общем балансе составило 20–25%.

2. Имеется возможность значительно увеличить добычу каменного угля открытым способом; добыча каменного угля может составить не менее 30% в общем балансе открытой угледобычи.

3. Угольные месторождения имеют благоприятные коэффициенты вскрыши, позволяющие организовать открытую разработку при высоких техникоэкономических показателях.

4. Представляется возможным строить в основном средние, крупные и мощные разрезы, что создает благоприятные условия для удешевления стоимости угля.

5. Рассматривая возможное развитие открытой угледобычи на ближайшие годы и имеющуюся сырьевую базу, можно придти к выводу, что в течение 5–10 лет участие в добыче угля новых, более эффективных, систем разработки будет значительно увеличено.

Понимая важность развития открытой добычи в стране, Н.В.Мельников создал в 1954 году лабораторию открытых горных работ в Институте горного дела Академии наук СССР (ИГДАН), а ведь 1950е годы – это время бурного освоения сырьевой базы угольной промышленности и черной металлургии, время освоения месторождений Кузбасса и КаТЭКа, Курской магнитной аномалии, Экибастуза, Соколовского и Сарбайского месторождений. Поэтому в эти годы Н.В. Мельников создает свою школу, подбирает талантливых инженеров и ученых, чьи творческие силы он подключает к решению этих проблем.

Можно перечислять сегодня его соратников, ушедших от нас: К.Е. Винницкого, Б.А. Симкина, А.С. Красникова, и присутствующих здесь министра угольной промышленности СССР, д.т.н. М.И. Щадова, академика К.Н. Трубецкого, д.т.н. М.Г. Потапова, к.т.н. Н.П. Сеинова и А.И. Шендерова. Это они занимались созданием новой техники и совершенствовали на этой основе технологии горного производства, а так же внедрением разработок на практике. Под его руководством и при непосредственном участии во многом получила разрешение проблема развития и совершенствования буровзрывных работ. Проблемой создания оборудования для открытых работ Николай Васильевич занимался всю жизнь: от разработки в 1930е годы станков ударноканатного бурения и дальнейшего их совершенствования до создания в 1960е и последующие годы семейства высокопроизводительных станков шарошечного бурения. Исследования в области взрыва привели к созданию высокоэффективных ВВ и разработке совершенной технологии взрывных работ.

Говоря о содержании исследований «школы Мельникова», нужно отметить, что, понимая роль горной науки как прикладной, обслуживающей горное производство, Николай Васильевич указывал на необходимость опираться на достижения естественных и фундаментальных наук. Естественнонаучные дисциплины – геология, физика, механика, математика, химия – питают горную науку. Используя достижения естественных наук, горная наука, в свою очередь, способствует их развитию. Однако неверно, что горная наука может пользоваться готовыми решениями других наук. Объекты исследования горной науки обладают специфическими условиями происхождения и развития, поэтому она должна творчески применять и перерабатывать некоторые методы естественных наук. Эта связь горной науки с естественными науками, их интеграция, направленная на решение практических задач, четко прослеживается в работах Н.В. Мельникова и его учеников. На заре развития математических методов исследований Н.В.Мельников прозорливо направил на учебу в Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова группу сотрудников ИГДАНа. Это положило начало широкому применению экономикоматематических методов в работах института.

Надо сказать, что в начале 1950х годов не было установлено точного определения систем открытой разработки и их классификации. Николай Васильевич предложил два характерных признака.

По первому – под системой разработки понимается порядок ведения подготовительных и очистных работ, а по второму – способ перемещения пустых пород в отвалы и тип применяемого горнотранспортного оборудования.

Вскрышные работы весьма трудоемки, объем их обычно превосходит в несколько раз добычные работы, и поэтому выбор способа, оборудования и организации вскрышных работ оказывает главное влияние на конструктивные особенности открытой разработки. Выбор средств для производства вскрышных работ может быть сделан только после выбора системы разработки месторождения и способа перемещения вскрышных пород. Это понятие считал Николай Васильевич единственно правильным, так как оно практически определяло выбор способа разработки месторождения.

Необходимо также отметить, что конструктивное проектирование новых систем разработки (бестранспортных, транспортноотвальных, специальных и комбинированных) было оригинальным. Создание этих систем разработки применительно к сложным и разнообразным условиям угольных месторождений – крупнейшее достижение наших ученых и инженеровоткрытчиков. Необходимо отметить, что в первоначальный период развития открытой угледобычи в нашей стране выбор систем открытой разработки был ограничен небольшой номенклатурой горнотранспортного оборудования, изготовлявшегося в то время. По этой причине транспортная система разработки применялась даже в тех случаях, когда горнотехнические условия позволяли применять более эффективную бестранспортную систему разработки.

Организация выпуска машиностроительными заводами мощного специального оборудования (драглайнов, вскрышных мехлопат) создало условия для применения бестранспортных систем разработки, и Николай Васильевич считал, что:  при открытой угледобыче ведущим принципом должен быть отказ от транспортирования вскрышных пород и от отвальных работ;  там, где горнотехнические условия позволяют применять бестранспортные системы разработки (с простыми или усложненными схемами), они должны считаться основными;  весьма эффективна также разработка месторождений конвейерными отвалообразователями или транспортноотвальными мостами.

Транспортные системы разработки и сегодня остаются для многих месторождений основными. Поэтому необходимо пересмотреть сложившуюся практику работы при транспортных системах и внести значительные улучшения в технологический процесс с тем, чтобы производительность труда могла быть увеличена в 2–3 раза.

Николай Васильевич обращал внимание на тщательность и продуманность возможного участия каждой системы в предстоящей разработке угольных месторождений в зависимости от оценки сырьевой базы и ориентировочного размера открытой угледобычи на ближайшие годы.

Советский Союз обладал богатейшими природными ресурсами для развития добычи угля открытым способом. И этому способу необыкновенно повезло, когда в 1962 году Николай Васильевич был назначен Председателем Государственного комитета по топливной промышленности СССР, и страна получила не просто Министра, а Министраученого, практика, который знал, как развивать горную промышленность, к которому для решения вопросов шли научные работники, конструкторы и практики. В частности М.И. Щадов вспоминает, как он, будучи руководителем «Мамслюды», предложил провести массовый взрыв в объеме 1000 т тротила, что потребовало согласования на высоком Правительственном уровне. Николай Васильевич принял его, рассмотрел весь проект и утвердил его, как грамотный, отвечающий времени проект, который был осуществлен, и добыча слюды была обеспечена на долгие годы.

Уже тогда Николай Васильевич обосновал необходимость развития в Европейской части СССР и на Урале трудоемких, высокотехнологичных производств с малым расходом топлива, энергии и воды. А в восточных районах, обладающих дешевым топливом и запасами воды, напротив – развивать энергоемкие отрасли промышленности (алюминиевую, химическую и др.), так как в этих районах сосредоточено 75% природного газа, 70% нефти, 90% угля, доступного открытому способу разработки.

На базе дешевых углей КанскоАчинского бассейна и Экибастузского месторождения предполагалось строительство крупнейших электростанций, от которых по линиям постоянного тока напряжением 750–1100 кВ электрический ток будет передаваться в Европейскую часть СССР и на Урал. Многое из этого сделано, однако построено лишь частично, например, нет этой сверхпроводимой линии, что сегодня сказывается на развитии регионов.

Николай Васильевич предполагал, что к 2000 г. на уникальных месторождениях КАТЭКа, суммарные запасы угля которого составляют более 100 млрд. т, можно добывать по 240 млн. тонн угля в год. Не меньшее значение должно было получить освоение Экибастузского угольного месторождения. На основе этих месторождений были созданы крупные разрезы «Назаровский», «ИршаБородинский», «Богатырь», а также Бачатский и другие в Кузбассе.

Ведущим принципом в создании топливноэнергетических комплексов является их большая мощность и максимальное приближение тепловых электростанций к угольным месторождениям. Это имеет важное значение, так как крупные предприятия с высокой концентрацией производства обеспечивают низкую себестоимость добычи топлива и производство дешевой электроэнергии. При создании крупных предприятий уменьшаются удельные капитальные затраты за счет удешевления строительства, сокращения затрат на ремонтные базы, на развитие производственной и транспортной инфраструктуры и жилищного строительства.

Развитие основных баз открытой угледобычи должно быть основано на создании угольных разрезов большой мощности.

Крупные разрезы позволяют применять мощное горное и транспортное оборудование и наиболее полно использовать преимущества открытого способа разработки. При прочих равных условиях мощность угольного разреза оказывает большое влияние на производительность труда и себестоимость добычи. Например, при увеличении годовой производительности угольного разреза с 1–1.5 до 10 млн. т себестоимость 1 т угля уменьшается более чем в два раза, а производительность труда возрастает в три раза.

Безусловно, необходимо отметить что сегодня это не вызывает сомнений, а в 1950е годы обоснованность строительства таких крупных топливных комплексов надо было доказать на самом высоком уровне, при этом оппоненты высказывали довольно существенные контраргументы, в числе которых сложные горногеологические и климатические условия, ведь на широтах Якутии, при температуре до –50°С никто не работал, не строил крупных сооружений угольных предприятий на вечной мерзлоте. Николай Васильевич был одним из главных экспертов по строительству Нерюнгринского разреза, для которого он обосновал высоту отвалов до 100 м, и которые на текущий момент уже достигли 120 м. По его предложению был осуществлен уникальный проект обогатительной фабрики, построенной на монолитной плите. А организация производства и широкое внедрение роторных экскаваторов как на добыче углей, так и на выемке вскрышных пород в специфических условиях Лучегорского месторождения – также один из многих проектов реализации инженерного творчества Николая Васильевича.

Думаю, что вы согласитесь со мной, что опыт создания горной техники и технологии для угольных разрезов Николай Васильевич смело переносил и на другие виды минерального сырья. Это по его предложению была организована добыча открытым способом асбеста, руд черных, цветных и драгоценных металлов. На открытых работах получила распространение прогрессивная полностью поточная технология с непрерывной выемкой грунта и его транспортировкой. Оказалось, что вместо традиционного отвального конвейерного моста целесообразно использовать более легкий и мобильный комплекс с консольным ленточным отвалообразователем. Эта технология, названная «советским способом», получила международное признание. Строительство разрезов большой мощности потребовало проектирования соответствующих экскаваторов, способных осуществлять одновременно выемку грунта и перемещение вскрышных пород в отвалы, что потребовало наладить производство вскрышных механических лопат с ковшом вместимостью 35 м3 и длиной стрелы 65 м, а также драглайнов с ковшом вместимостью 25 м3 и 100 м3 и длиной стрелы 100 м. Все эти машины создавались при острой нехватке спецсталей и поэтому были существенно тяжелей зарубежных аналогов, но по своим техникотехнологическим характеристикам не уступали им.

Сегодня уже работают экскаваторы с ковшом вместимостью 50 м3, что потребовало соответствующего увеличения грузоподъемности карьерного автосамосвала до 300–500 т. А на глубоких рудных карьерах и угольных разрезах расширилась область применения в комбинированных транспортных схемах железнодорожного транспорта, в том числе и по тоннельной схеме.

И всетаки особой, можно сказать любовью, Николая Васильевича были буровзрывные работы: именно он обосновал создание станков, способных бурить скважины диаметром до 400–500 мм и более при глубине до 50 м. Хорошего дробления пород крепостью 6–10 по шкале проф. М.М. Протодьяконова с крупноблочным строением можно достигнуть путем применения скважин малого диаметра, что было особенно важно для условий Кузбасса.

Николай Васильевич считал, что применение новой техники будет во многом определяться эффективностью использования энергии взрыва на вскрышных работах. Им была разработана конструкция зарядов с воздушными промежутками для дробления и сброса. Это послужило основой создания прогрессивных для того времени, дешевых ВВ – игданитов.

Как был бы рад Николай Васильевич, если бы знал, что, следуя указанной им дорогой, сегодня на открытых разработках применяются новые высокоэффективные ВВ, изготавливаемые на месте, основа которых – дешевая селитра и местные материалы. Практически мало говорится о его роли в подземной разработке.

А ведь это он, будучи директором ИГД им. А.А. Скочинского и Министром угольной отрасли дал путевку в жизнь механизированным комплексам и системам с длинными столбами, практически поддержав это направление, в отличие от широко применяемых тогда в США камерностолбовых систем. Время подтвердило большую и глубокую перспективность научных и инженерных разработок академика Н.В. Мельникова.

На открытых горных работах широко применяется поточная технология, оснащенная мощным высокопроизводительным оборудованием. Его ученики, возглавляемые академиком К.Н. Трубецким, по праву сегодня продолжают совершенствовать технологии открытых работ, с их творческим участием разработаны и внедрены гидравлические экскаваторы отечественных и зарубежных фирм, автосамосвалы БЕЛАЗ грузоподъемностью до 320 т. Все эти комплексы оснащаются системами мониторинга и диспетчеризации мобильного оборудования карьера, с использованием спутниковой системы слежения и радиосвязи для передачи цифровой и графической информации результатов диагностики состояния оборудования и видеонаблюдений. Эта работа выдвинута на соискание премии Правительства РФ.

В своем докладе я не рассказал об огромной общественной деятельности Николая Васильевича, т.к. об этом уже говорили другие участники конференции. Вместе с тем я считаю, что как горный инженерпрактик, как ученый и руководитель, академик Н.В.Мельников стоит в одном ряду с выдающимися учеными горного дела Александром Александровичем Скочинским, Александром Митрофановичем Терпигоревым, Львом Дмитриевичем Шевяковым. В связи с этим прошу участников юбилейной конференции поддержать предложение, высказанное М.И. Щадовым, по присвоению Институту проблем комплексного освоения недр РАН, основанному Николаем Васильевичем имени академика Н.В.Мельникова с установкой его бюста.


Н.В. Мельников: Министр и академик АН СССР, организатор и первый директор ИПКОН РАНВ2009 г. научная и горнотехническая общественность России отмечает 100-летие со дня рождения горного инженера, академика АН СССР Николая Васильевича Мельникова (1909–1980).

В стране в текущем году состоится ряд международных совещаний и конференций, посвященных 100-летию Н.В.Мельникова. Организаторами выступят Научные советы РАН по проблемам горных наук и по проблемам обогащения полезных ископаемых, Академия горных наук, Институт проблем комплексного освоения недр РАН, ННЦ ГП – Институт горного дела им. А.А. Скочинского, Институт горного делаУрО РАН при поддержке Отделения наук о Земле РАН, Российского фонда фундаментальных исследований, Президиума УрО РАН совместно с НП «Горнопромышленная ассоциация Урала».

Первое Международное совещание «Развитие идей Н.В.Мельникова в областях комплексного освоения недр» проходило с 3 по 6 марта 2009 г. в Институте проблем комплексного освоения недр РАН (Москва). Место проведения выбрано не случайно: академик Н.В.Мельников был основателем и первым директором этого ведущего академического учреждения, созданного в 1977 г. для решения актуальных научных и производственных задач горнодобывающих отраслей промышленности.

Открывший Совещание директор ИПКОН РАН академик В.А.Чантурия во вступительном слове рассказал об основных этапах научной, организационно-производственной и государственной деятельности Николая Васильевича Мельникова.

Различные стороны научной, научно-организационной и производственной деятельности Н.В.Мельникова за более чем 50-летний период его служения горной науке и промышленности были освещены в докладах ведущих современных ученых страны – современников и учеников академика: «Развитие и достижения Института проблем комплексного освоения недр РАН (1977–2009)» – акад. РАН К.Н. Трубецкой, акад. РАН В.А. Чантурия; «Вклад академика Н.В. Мельникова в развитие угольной промышленности», член-корр. РАН Ю.Н. Малышев; «Научно-технологическое прогнозирование развития горной промышленности в свете идей Н.В. Мельникова», член-корр. РАН Д.Р. Каплунов; «Н.В. Мельников и уральская горная школа», член-корр. РАН В.Л. Яковлев; «Роль академика Н.В. Мельникова в развитии открытого способа добычи полезных ископаемых в СССР», член-корр. РАН А.Д. Рубан; «Академик Н.В. Мельников и Институт горного дела им. А.А. Скочинского», к.т.н. С.И. Шумков; «Академик Н.В.Мельников и идея комплексного развития технологии, экономики и образования», проф., д.э.н. А.С. Астахов; «Н.В. Мельников – основоположник принципов безопасного освоения газоносных рудных месторождений», проф., д.т.н. Н.Г. Матвиенко; «Оценка Мельникова Н.В. использования различных видов минерального топлива в дальней перспективе», к.т.н. А.П. Кузьмин, к.т.н. М.В. Писаренко; «Роль Н.В. Мельникова в создании ВВ простейшего состава (Игданитам 50 лет: успехи, проблемы и перспективы применения)», акад. РАН К.Н.Трубецкой, д.т.н. И.В. Милетенко, к.т.н. А.В. Старшинов; «Вклад Н.В. Мельникова в развитие теории и практики разрушения горных пород взрывом», к.т.н. Н.П. Сеинов; «Технология «экскаватор-карьер» – плодотворная идея Н.В. Мельникова», к.т.н. Г.Р. Буткевич; «Вклад академика Н.В.Мельникова в развитие истории горной науки и техники», к.т.н. Т.В. Глембоцкая.

Развитию и реализации на практике идей академика Н.В. Мельникова в области совершенствования процессов горного производства и комплексного освоения недр были посвящены доклады специалистов ИПКОН РАН, ННЦ ГП – ИГД им. А.А. Скочинского, Горного Института КНЦ РАН, Тульского государственного университета, Горно-геологического факультета Белградского университета (Сербия), РАЕН.

1mel3

В программе заседаний секций «Горное недроведение», «Горная системология», «Геотехнология и обогащение полезных ископаемых» было более 50 докладов по актуальным проблемам современной горной науки, геотехнологий и недропользования, представленные: от России – ИПКОН РАН, МГГУ, СПГГИ (ТУ), ИГДС им. Н.В.Черского СО РАН,ГИ КНЦ РАН, ГЕОХИ РАН, ТулГУ, ИГД УрО РАН, ОАО «Апатиты», ВНИПИИстромсырье, ГОУ ВПО «МГГУ», ЗАО НПК «Росуглепром», НИИ КМА им. Л.Д. Шевякова, НТФ «Рудвзрыв» и другими; от Казахстана – КазНТУ им К.И. Сатпаева, ТОО «ENRC Marketing Kazakhstan», ИГД им Д.А. Кунаева, Институтом экономики МОН РК, ТОО «Горное бюро» и другими.

Тезисы докладов участников Международного Совещания, посвященного 100летию со дня рождения Н.В. Мельникова, выпущены отдельной книгой.

Журнал "Горная Промышленность" №1 2009