Гірничі науки

Кам’яні стели з вирізьбленими записами діянь гірничих експедицій Давнього Єгипту (храм богині Хатхор, Серабіт-ель-Хадим, Єгипет)
Ченці-цистерціанці накопичують досвід і знання гірничої справи. Відбиток 15 ст.
Пробірний аналіз на гірничо-металургійному промислі (з «Книги монет і мінералів» А. Руффа, 1594)
Маркшейдерські роботи в гірничій виробці (з «Книги монет і мінералів» А. Руффа, 1594)
Титульна сторінка книги Г. Агриколи «De re Metallica» («Про гірничу справу»), базельське видання 1561
Канатне буріння в Китаї (гравюра з енциклопедії Сун Інсіна «Використання дарів неба», 1637)
Королівська копальня солі Величка (гравюра з «Енциклопедії, або Тлумачного словника науки, мистецтва й ремесел», 1768)
Обкладинка першого випуску «Гірничого журналу», 1825
Основоположник вищої гірничої освіти, засновник першої Вищої гірничої школи в Банській Штявниці Йоганн Пайтнер
Урочиста церемонія закладання головного корпусу Катеринославського вищого гірничого училища 19 серпня 1900

Гірни́чі нау́ки — комплекс наук про освоєння надр Землі.

Історична довідка

Історія освоєння людством мінеральних ресурсів планети простежується з давніх міфів і народних епосів, релігійних та історичних праць і спеціальних природознавчих (гірничо-металургійних) трактатів. Так, у шумерському «Епосі про Гільгамеша» (18–17 ст. до н. е.) є згадки про золото, срібло, самоцвіти, будівлі з каменю та цегли, зокрема випаленої. У давньоіндійському епосі «Магабгарата» є посилання на золото, олово, залізо, перли, інші мінеральні копалини. У Біблії згадано 31 коштовний камінь та більшість із відомих на той час металів.

Перші гірничо-металургійні знання, що сприймалися як магічні, могли зберігати й накопичувати найдавніші касти жерців, пов’язані із гірничими спільнотами. За історичними джерелами, гірники-металурги Шумеру належали храму й управлялися безпосередньо жерцями. Така практика мала місце у Стародавньому Єгипті, де існував культ покровительки гірників богині Хатхор. У середовищі давньоєгипетських жерців як синтез гірничо-металургійних знань і сакральних уявлень виникла «хемія» (алхімія).

У трактаті «Давні розповіді про гори та людей» (Китай, середина 1 тис. до н. е.) детально описано 17 мінералів.

У трактаті Теофраста «Про камені» («Για πέτρες», 6 ст. до н. е.) здійснено першу спробу систематизувати античні знання з мінералогії, згруповано камені за спільними якостями; розглянуто різноманітні самоцвіти, кам’яне вугілля, залізні руди, а також великі рудники античності. Теофрастові належить і книга «Про гірничу справу» («Σχετικά με την εξόρυξη», не збережено).

Геродот в описах країн багаторазово звертався до гірничої справи, яку розвивали ті чи інші народи.

Тит Лукрецій Кар у поемі «Про природу речей» («De rerum natura») підкреслив важливість відкриття і розробки родовищ металів у загальній історії людства.

Гай Пліній Секунд подав ґрунтовну картину розвитку гірництва Стародавнього світу у 33-й і 34-й книгах енциклопедії знань античності «Природнича історія» («Naturalis historia»).

Страбон у трактаті «Географія» («Γεογραφικά», 17 книг) описав досвід гірничої справи в різних країнах за часів античності.

Вітрувій у 10-й книзі праці «Про архітектуру» («De architectura», друга половина 1 ст. до н. е.) описав блоки, поліспасти, вантажопідіймальні машини, водяні колеса і млини, поршневий насос, водяний гвинт та інші механізми; торкнувся питання вентиляції копалень.

Середньовічна алхімія ґрунтувалася на проведенні дослідів, пов’язаних, зокрема, із пробірним аналізом, подрібненням і діленням порід, екстракцією, пропіканням, плавленням, купеляцією, амальгамацією різних руд і металів, зібрала емпіричний матеріал для майбутньої хімії та гірничо-металургійного виробництва.

Плеяда учених середньовічного Сходу з’ясовувала питання геології, мінералогії та видобутку корисних копалин, серед них — Авіценна та Аль-Біруні, автор найповнішої на той час праці «Мінералогія» (1038, «علم المعادن»).

1314 видана енциклопедична праця Ван Чженя «Книга про землеробство» з описом рільництва і промислових технологій Китаю кін. 13 — поч. 14 ст., зокрема з розглядом гірничо-металургійних технологій та машин.

В Європі 11–14 ст. гірничо-металургійні знання накопичували в монастирях і чернечих орденах, зокрема в ордені цистерціанців, на яких покладено місію промислового освоєння Середньої Європи. Чернець Теофілус Монк близько 1000 написав трактат «Мистецтво витоплення металів» («Colliquatione metallorum ars»), що упродовж сторіч залишався настановою для гірничо-металургійних робіт.

У 16 ст. видано низку робіт, що стосувалися гірничих наук: «Гірнича книжка» («Bergbaubuch») У. Р. фон Кальве (1505), «Механіка» («Mekhanika») Ж. Бессоніуса (1526), трактат «Про піротехніку» («Pirotechnia») В. Бірінгуччо (1540), «Космографія» («Cosmographia») С. Мюнстера (1544), «Книга монет і мінералів» («Libro denarios agi cuniculique») А. Руффа (1594). На початку 16 ст. У. Р. фон Кальве у м. Фрайберзі заснував Гуманітарну школу, де викладали основи гірничого мистецтва).

Перша фундаментальна праця з гірництва та металургії, де підсумовано досвід людства з видобування руд та виплавляння металів до середини 16 ст., — книга Г. Агриколи «Про гірничу справу» («De re Metallica», 1556), що мала енциклопедичний характер і впродовж понад двох століть залишалася основним посібником для гірників усього світу.

Розробкою нової гірничої техніки займався Леонардо да Вінчі, який запропонував конструкцію бура для дослідження надр, розробив принципову схему екскаватора-драглайна.

Й. Турзо розробив конструкції машин для шахтного водовідливу.

У 17 ст. вийшли дві ґрунтовні роботи німецьких авторів: Г. Льохнейса («Доповідь про гірниче підприємство» — «Bericht vom Bergwerk», 1617) та І. Фойгтеля («Підземна геометрія, або Маркшейдерське мистецтво» — «Geometria Subterranea oder Marckscheide-Kunst», 1686). Лорд Д. Дадлі (Велика Британія) 1619 офіційно зареєстрував патент «Витоплення чавуну на викопному вугіллі» («Melting of cast iron on fossil coal»), чим поклав початок вугільної промисловості. 1640 процес коксування кам’яного вугілля опанував дослідник Д. Штумпфель (Німеччина), проте вперше в доменній плавці використали кам’яновугільний кокс 1713 у Колбрукдейлі (тепер село у регіоні Західний Мідлендс, Велика Британія), технологію виробництва вдосконалювали до 1735 (дослідження промисловців і металургів А. Дербі ІІ і А. Дербі ІІІ, Велика Британія).

1660 розпочало діяльність Лондонське королівське товариство з розвитку знань про природу, де науки про землю отримали різнобічне розкриття.

У пізньому Середньовіччі Я. Фуггер спробував монопольно об’єднати гірничо-металургійне виробництво Європи, однак наявна система поширення знань (лічені книги, передавання досвіду на місці праці) вже не могла забезпечувати необхідних темпів розвитку промисловості.

Початок диференціації гірничої науки (до якої тривалий час належали також металургія та хімія) пов’язаний із промисловою революцією. Серед найвпливовіших праць — книга Т. Севері «Друг шахтаря, або Двигун для піднімання води вогнем» («A Miner’s Friend, or Engine for Raising Water by Fire», 1702, Англія), що вперше висвітлила можливості використання енергії пари. Прискоренню заміни деревного вугілля кам’яним сприяла праця вченого М. Трівальда «Все те, що будучи результатом багаторічного досвіду, сприяє пізнанню кам’яного вугілля» («Allt detta, som ett resultat av många års erfarenhet, bidrar till kunskapen om kol», 1741, Швеція). Європейський і російський досвід гірничої справи був узагальнений і розвинений М. Ломоносовим у книзі «Перші основи металургії, або рудних справ» («Первые основания металлургии, или рудных дел», 1763). У м. Відні 1773 вийшла навчальна книга Х. Деліуса «Вступ у гірниче мистецтво» («Introductio ad artem mining»), що стала класичним підручником у різних країнах.

У м. Катеринославі (тепер м. Дніпро) 1795 опубліковано ґрунтовну працю І. Бригонцова «Посібник до пізнання, розробки та використання кам’яного вугілля» («Руководство к познанию, разработыванию и употреблению каменнаго угля»), що розкривала такі новації, як застосування парових машин для піднімання вугілля й шахтного водовідливу, а також уперше описувала кам’яне вугілля та розробки Донецького басейну.

У 17 та 18 ст. вийшли перші енциклопедії: праця вченого Сун Інсіна «Використання дарів неба» (1637, Китай); «Енциклопедія, або Тлумачний словник науки, мистецтва й ремесел» («Encyclopédie ou Dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers»), створена між 1751 і 1772 під керівництвом Д. Дідро та Ж. Л. Д’Аламбера, в яких гірничій тематиці присвячено вагому частину матеріалів.

Поширенню досягнень і досвіду в галузі та професійному об’єднанню фахівців різних країн сприяли журнали «Гірнича справа» («Exploitation minière», 1794, Франція), «Гірничий журнал» («Горный журнал», 1825, Росія), «Гірничий журнал» («Mining magazine», 1835, Англія).

Вирішальним кроком для розвитку гірничих наук і технічної освіти стало утворення закладів вищої освіти гірничого профілю. Уперше чотирирічний план університетської гірничої освіти (з основами металургії) розробив радник Празького монетного двору Й. Пайтнер, який 1761 відкрив відповідну кафедру на філософському факультеті Карлового університету в м. Празі. На базі кафедри 1762 засновано першу Вищу гірничу школу в Банській Штявниці (з 1770 — Гірнича академія). У стислі терміни гірничі академії або вищі школи були засновані у більшості провідних країн світу: 1765 — в Німеччині (м. Фрайберг; див. Фрайберзька гірнича академія), 1773 — у Росії (м. Санкт-Петербург), 1777 — в Іспанії (м. Мадрид), 1783 — у Франції (м. Париж), 1792 — в Мексиці (м. Мехіко).

В Україні 1806 засновано першу Лисичанську штейгерську школу, 1899 — Катеринославське вище гірниче училище (тепер Національний технічний університет «Дніпровська політехніка»).

Характеристика

Мета гірничих наук — розкриття закономірностей і причинно-наслідкових зв’язків гірничих технологій і довкілля, а також створення основ для вдосконалення техніки, технології, організації та економіки гірничого виробництва на базі фундаментальних наук.

Гірничі науки забезпечують теоретичне обґрунтування технологій освоєння надр і розробляють ефективні й безпечні способи ведення гірничих робіт.

Вивчають об’єкти: родовища твердих, рідких і газоподібних корисних копалин (див. Корисних копалин запаси), масиви гірських порід, методи геологічної розвідки, технологію і техніку розробки родовищ корисних копалин, процеси збагачення корисних копалин та їх первинної переробки, гірничий транспорт, гірничотехнічні та підземні споруди.

Тісно взаємодіють із природничими науками, зокрема геологією, фізикою, хімією, біологією, екологією.

Напрями гірничих наук:

  • гірничо-геологічний (гірнича геологія, нафтогазова геологія, розвідка родовищ корисних копалин тощо);
  • геобудівельний (маркшейдерська справа, будівництво шахт і підземних споруд);
  • гірничо-технологічний (свердловинна, шахтна, кар’єрна гірнича технологія, фізико-хімічна гірнича геотехнологія тощо);
  • гірничо-технічний (гірничі машини);
  • гірничо-фізичний (гірнича геомеханіка, фізика гірських порід, підземна гідрогазодинаміка тощо);
  • збагачення і первинна переробка гірничої сировини;
  • гірничо-економічний.

Гірничі науки та гірнича освіта в Україні

Описи коштовних каменів, зокрема перелік і опис властивостей (кольору, міцності тощо), а також цін на самоцвіти містять «Ізборники Святослава» (1073 та 1076) — пам’ятки давньоукраїнського перекладного письменства.

Найстаріша письмова згадка, пов’язана з вітчизняною гірничою діяльністю, стосується першого українського книговидавця Ш. Фіоля, який займався також гірничою механікою й розробляв конструкції гірничих машин. 1489 він отримав від польського короля Казимира IV Ягеллончика патент на винайдену ним машину для помпування шахтних вод. Цей винахід зацікавив розробника гірничих машин Й. Турзо, співвласника промислово-банківської компанії Фуггера—Турзо.

Інокентій (Гізель) першим із професорів Києво-Могилянської колегії висвітлював у лекціях чимало даних із наук про Землю, дотичних до гірництва. Він запропонував тезу про незнищенність речовини, що отримала подальший розвиток у працях М. Ломоносова і А. Лавуазьє.

1627 у Києві видано «Лексикон славенороський» П. Беринди, який серед 7 тисяч слів містив терміни, пов’язані з гірництвом та корисними копалинами.

У Києво-Могилянській академії 1705–1709 вивчали основи наук про корисні копалини. У книзі ректора Академії Феофана (Прокоповича) «Про досконалі змішані неживі тіла — метали, камені та інші» подано докладні уявлення про смолу, сірку, нафту, бурштин, глини (гончарну, мергелі, білу глину), солі (викопну, морську, джерельну, аміачну, вірменську й купорос). Також згадано причини професійних захворювань гірників: «Більшість хвороб, з якими стикаються шахтарі й металурги, походять від сірки й ртуті». Окремо розглянуто коштовні камені й геми та опрацьовано їхню первинну класифікацію.

У становленні гірничого права, виробничих відносин та організації гірничої справи в Україні певну роль відіграли Універсали українських гетьманів. Відомо 14 Універсалів І. Мазепи про виділення українській шляхті земель під устаткування рудень (залізоплавильних печей), селітряних заводів, ковальських цехів. Збережено Універсали щодо влаштування рудень від гетьманів Д. Многогрішного, І. Самойловича, Г. Гуляницького, військового підскарбія Р. Ракушки-Романовського та інших.

Є свідчення про накопичення гірничо-металургійних знань ченцями Києво-Печерської лаври. 1724 лаврою спроектовано першу в Україні доменну мануфактуру, що постала на рудоносних землях Стародубського полку.

Певний вплив на формування геологічно-пошукової справи мали розвідувальні експедиції та геологічні дослідження рудознавців і вчених, яких уряд Російської імперії направляв у 18 ст. в Україну для виявлення родовищ корисних копалин (дослідження Г. Ніксона, Г. Юнкера (1705–1746), Г. Райзера (1718–?),
П.-С. Палласа, С. Гмеліна (1744–1774), Н. Ліванова та інших). На жаль, до утворення сталих форм передачі знань і досвіду (шкіл) тоді справа не дійшла.

Перші упорядковані знання щодо солевидобутку на Сході України зібрано в управлінні Бахмутських соляних промислів. Після відкриття 1721 М. Вепрейським і С. Чирковим перших родовищ донецького вугілля та організації його видобутку (1723) на Бахмутських соляних промислах почали збирати дані про властивості, способи видобутку та використання кам’яного вугілля.

1795 під керівництвом гірничого інженера К. Гаскойна та його сподвижників (А. Пікарон, Т. Ропер, А. Сміт, Г. Шериф) розпочалося будівництво Луганського ливарного заводу й першої вугільної шахти у м. Лисичанську. К. Гаскойну підпорядковано всі розвідувальні експедиції; пошук та розробку корисних копалин очолював Т. Ропер, який передавав досвід українським підлеглим. На момент пуску заводу 1798 К. Гаскойну вдалося зосередити тут 575 «майстрових» з України й Росії та приписати 2 080 робітних селян, частина яких отримала гірничі та металургійні професії.

Перше наукове геолого-стратиграфічне дослідження Донецького вугільного басейну провів берг-інспектор Луганського ливарного заводу Є. Ковалевський, який у статті «Геогностичний огляд Донецького гірського кряжа» («Геогностическое обозрение Донецкаго горнаго кряжа», 1829) довів, що це «величезний басейн, заповнений осадами порід другого періоду, формації й нашарування порід якого в сполученні між собою являють певну систему і поступовість переходу з однієї формації в іншу».

Формування центру вуглевидобутку в Лисичому Байраку (впровадження передової техніки, зокрема перших у Російській імперії шахтних парових машин; будівництво селища гірників за англійським зразком), а також розуміння перспектив розвитку Донецького басейну сприяли утворенню в м. Лисичанську 1806 першого в Україні гірничого училища — зразкової Штейгерської школи, біля витоків якої стояли сподвижники К. Гаскойна. Училище існувало близько півсторіччя, а після перерви Гірничий департамент Російської імперії 1872 ухвалив рішення про відновлення у м. Лисичанську навчального закладу. У Положенні про Лисичанську штейгерську школу визначено мету закладу: «…приготування штейгерів, тобто майстрів рудної справи, для кам’яновугільної області Донецької». Період навчання становив 4 роки. Приватні гірничі училища також створені у м. Кривому Розі на кошти засновника найбільшого рудника С. Калачевського (1849–1911; Україна — Росія) та м. Горлівці – Гірниче училище С. Полякова (1838–1888; Білорусь — Росія).

З 1807 у Харківському університеті (тепер Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна) діяв Мінералогічний кабінет, на базі якого 1837 засновано кафедру мінералогії та геогнозії.

1834 утворено кафедру мінералогії та геогнозії Університету св. Володимира (тепер Київський національний університет імені Тараса Шевченка) та Мінералогічний кабінет (пізніше — музей). Початковим фондом для нього стали 15 538 зразків ліквідованого Кременецького ліцею, 1457 зразків Луцької гімназії та декілька сотень експонатів Віленського університету (тепер Вільнюський університет). На початок 1837 зібрання Мінералогічного кабінету нараховувало 19 362 зразків мінералів, гірських порід та скам’янілих решток (див. Скам’янілості).

1853 у Львівському університеті (тепер Львівський національний університет імені Івана Франка) відкрито мінералогічний музей, 1864 на філософському факультеті почала роботу кафедра мінералогії.

З 1885 у Львівській політехніці (тепер Національний університет «Львівська політехніка») при машинобудівному факультеті діяли курси для підготовки спеціалістів з гірничої справи. Розвитку геологічних наук, зокрема національної наукової термінології в галузі наук про Землю, сприяла діяльність утвореного 1873 Наукового товариства імені Тараса Шевченка.

1899 за пропозицією 21-го з’їзду гірничопромисловців Півдня Росії Микола ІІ затвердив Положення про створення Вищого гірничого училища в м. Катеринославі (тепер Національний технічний університет «Дніпровська політехніка») на кошти підприємців-меценатів О. Алчевського, М. Копилова, М. Карпаса та інших. У перші десятиріччя 20 ст. тут сформувалися наукові школи з проектування шахт (О. Терпигорєв, Л. Шевяков), механізації гірничих робіт (О. Терпигорєв, Л. Барон, О. Топчієв, О. Співаковський), гірничої геомеханіки та проектування кріплення (М. Протодьяконов, О. Діннік) та ін.

1907 відкрито Макіївську гірничо-рятувальну станцію з дослідною лабораторією, на базі якої 1927 утворено Макіївський державний науково-дослідний інститут з безпеки робіт у гірничій промисловості.

У другій половині 19 ст. гірничодобувна діяльність на західних землях України здебільшого була пов’язана з розробкою нафтових родовищ і технологією буріння свердловин. Цьому сприяв винахід 1853 Й. Зегом чистого нафтового дистиляту (гасу) для гасового освітлення, чим започатковано нафтову промисловість.

У м. Львові 1877 відбувся Перший світовий нафтовий конгрес, з 1882 видавався перший фаховий журнал із проблем нафтової промисловості «Гірник», 1886 відкрито дослідну станцію з проблем нафтової промисловості.

У 1890-х технологію нафти викладали на факультеті технічної хімії Львівської політехніки (проф. Р. Залозецький), з 1920-х на механічному факультеті діяв нафтопромисловий відділ (проф. Ю. Фабіанський). 1912 у м. Бориславі відкрито Карпатську геологічну станцію (з 1933 — Карпатський геологічно-нафтовий інститут, тепер Український державний геологорозвідувальний інститут). 1967 на базі загальнотехнічного факультету Львівського політехнічного інституту засновано Івано-Франківський інститут нафти і газу (тепер Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу), на 2020 — провідний український університет з проблем нафтогазовидобування.

Гірничий напрямок також розвивають Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Донецький національний технічний університет, Донбаський державний технічний університет, Криворізький національний університет.

Діють відділення наук про Землю та відділення механіки Національної академії наук України, зокрема Інститут геологічних наук НАН України, відділення Геології морської та осадчого рудоутворення, Інститут геофізики імені С. І. Субботіна НАН України, Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення імені М. П. Семененка НАН України, Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України, Інститут проблем природокористування та екології НАН України, Інститут геотехнічної механіки ім. М. С. Полякова НАН України.

Література

  1. Агрикола Г. О месторождениях и рудниках в старое и новое время / Пер. нем. Москва : Недра, 1972. 80 с.
  2. Аренс В. Ж. Исторические пути развития горной науки и техники. Москва : Недра, 1984. 36 с.

A Magyar Banyaszat Evezredes Tortenete : in 4 bd. Budapest : Orszagos Magyar Banyaszat es Kohaszati Egyesulet, 1997.

  1. Rybar P. Historia banickeho vysokeho skolstva na uzemi Slovenska. Kosice : Stroffek, 2001. 141 p.
  2. Темник Ю. А. Столетнее горное гнездо. Луганский завод (1795–1887 гг.). Луганск : Шико, 2004. 530 с.
  3. Beben A. Gornicza lampa sie pali… Krakow : Uczelniane wydawnictwa naukowo-dydaktyczne, 2008. 456 p.
  4. Пушкін В. Ю., Швидько Г. К., Колісник Д. В. та ін. Історія і сучасність Національного гірничого університету (1899–2009 рр.) / За ред. проф. Г. К. Швидько. Дніпропетровськ : НГУ-Ліра, 2009. 504 с.
  5. Гайко Г. І., Білецький В. С. Історія гірництва. Київ; Алчевськ : Видавничий дім «Києво-Могилянська академія» ; ЛАДО, 2013. 542 с.
  6. Агрікола Г. Про гірничу справу: ХІІ книг (Книги І–VI) / Пер. з лат., ред. В. С. Білецького, Г. І. Гайка. Донецьк : Східний видавничий дім, 2014. 232 с.
  7. Білецький В. С., Гайко Г. І., Орловський В. М. Історія та перспективи нафтогазовидобування. Львів : Халіков Р. Х., 2019. 302 с.

Автор ВУЕ

В. С. Білецький,

Г. І. Гайко

Покликання на цю статтю

Покликання на цю статтю: Білецький В. С., Гайко Г. І. Гірничі науки // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Гірничі науки (дата звернення: 20.10.2020).


Оприлюднено

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено:
16.10.2020

Покликання на статтю

Опитування читачів ВУЕОпитування читачів ВУЕ