Таинственность очевидного - Новиков Энергий Алексеевич
Внутри и сверху
Горное дело сложно и многообразно. Но известны два основных способа добычи минерального сырья. Первый — шахтный, когда ради полезного ископаемого проникают внутрь земной коры. Второй — открытый или карьерный. Хороши ли они? Не всегда.
Вот представьте. Добываем вагон угля, а вместе с ним эшелон воды. Многие, особенно угольные, шахты обводнены. И никуда от этой воды не денешься, пока ее не откачаешь наверх или не отведешь в искусственное русло.
Одно выкачиваем насосами, другое мощными вентиляторами подаем вниз. Ни шахтеры, ни машины не будут работать без воздуха Он вроде бы невидим и легок. Однако в глубочайшей шахте Индии «Чемпион Риф» на каждую тонну золотой руды, поднятую из недр, приходится почти 15 тонн живительного воздуха. Подобное соотношение наблюдается во многих шахтах и рудниках.
Тысячи тонн ценных материалов ежедневно опускают в искусственные пустоты, притом большинство без возвратно. Ведь подземные выработки нужно все время расширять, закреплять и нередко засыпать, чтобы избежать обвалов.
Ну, а карьеры? Сверху работать, безусловно, легче. Но и тут приходится откачивать большое количество грунтовых вод. Снимать ненужные породы, объем которых может в десятки раз превышать количество добываемой руды или угля. Только мощные механизмы делают такую работу выгодной. И вот создают гигантский экскаватор, высотой с 20-этажный дом. Его привозят на рудник несколько составов, а электроэнергии он потребляет столько, сколько необходимо городу с населением в несколько десятков тысяч человек. Огромные самосвалы и вагоны перевозят непрерывно миллионы тонн горных пород. Возникают гигантские выемки в земной коре, иногда глубиной до 1 километра.
Рудники углубляются в недра на несколько километров. Там в вечном тропическом климате, когда даже камень горяч, прокладывают длинные ходы — штольни. Пожалуй, все населенные пункты мира могли бы иметь метро, если бы подземные выработки проходили под ними.
Горные работы — это не только использование машин-гигантов и большие объемы вынутых пород. Много под землей механизмов, проникающих в толщи пород там, где и человек не проползет.
Да, труд горняка почетен, но и тяжел. Зато его результаты — фундамент для развития промышленности. Мы не можем еще отказаться от традиционных методов добычи полезных ископаемых. Они совершенствуются с каждым днем. И вместе с ними рождается будущее горного дела. Как часто бывает, оно незаметно входит в жизнь, собирая по крупицам опыт далекого прошлого и научные открытия настоящего.
Все началось с солеварен
В тиши отечественных архивов лежат старинные документы. В одном из них сказано, что в 1137 году в грамоте князя Святослава Олеговича Новгородского, данной Софийскому собору, предписывалось взимать с каждой солеварни определенное количество соли в качестве налога. Значит, в России соль из рассолов добывали издревле. Опыт русских мастеров в этом деле обобщен на страницах безымянного руководства «Росписи, как зачать делать новая труба на новом месте». В ней лишь упомянуто, что «таковая роспись писана Сенкиной рукой». Да водяные знаки на бумаге указывают на одну из подмосковных фабрик второй половины XVII столетия.
Соляные рассолы выкачивали из недр в различных районах страны. Например, в Архангельской и Вологодской губерниях, в далеком Прикамье и среднерусской Старой Руссе. А потом стали бурить скважины и до твердой каменной соли. Начали подавать вглубь по трубам воду, растворять подземную «солонку». Так зарождался необычный даже по нынешним временам физико-химический способ добычи руд. С самого начала он был весьма несложен. В скважину опускали две трубы — «труба в трубе», хорошо изолировали их друг от друга. Через центральную трубу закачивали воду из ближайшего источника. Она возвращалась на поверхность в виде рассола по пространству между трубами. Воду можно было подавать в любую из труб и соответственно менять направление процесса. Такими достоинствами не обладают механические разработки полезных ископаемых. Однако быстро обнаружились и недостатки. Если в шахте видно, что и как необходимо делать, то контролировать с поверхности растворение залежи соли невозможно. Поэтому скважины работали недолго, много полезного сырья терялось в недрах. Казалось бы, этот путь для горного дела в целом бесперспективен.
В наше время
На смену кирке, лому и тачке пришли высокопроизводительные механизмы. Быстро развивались традиционные способы шахтной добычи полезных ископаемых. Только не было особых перемен в подземном растворении каменной соли.
Наступили 30-е годы нашего века. И вот американский инженер Э. Н. Тремп предложил закачивать в соляные скважины… воздух. Это удивило специалистов. Потом быстро оценили достоинства необычного способа. Действительно, воздух легче воды. Он стремится вверх. Упирается в каменный потолок — кровлю пласта, создает воздушную прослойку — изоляцию, препятствующую растворению. Воздух можно заменить каким-нибудь газом, даже легкими жидкостями, например керосином или нефтью. Правда, они дороже воздуха.
Что же это дает? Соль, как правило, залегает на глубине в форме пластов. Растворение пойдет вдоль и поперек пласта. Вместо прежней полости, напоминающей по форме перевернутую грушу, будет создаваться расширяющееся пространство. Вода как бы «врубается» по направлению залегания растворимого слоя. Так у горняков появился новый метод гидровруба. А с ним резко возрос объем откачки рассола. Но гидровруб не решал всех вопросов. Ведь пласт — объемное тело. Есть у него длина, ширина, есть и толщина — мощность. Подчас она достигает десятков метров. Каким же способом регулировать растворение вверх и вниз? Поиски наилучшего решения продолжались.
И они увенчались успехом. Советский исследователь П. С. Бобко предложил опять, казалось бы, неожиданное: растворять соль по ступеням. Суть этого способа также проста. Водоподающая труба последовательно по мере отработки залежи поднималась. Процесс стал регулируемым как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях. А главное таким методом растворяли уже значительную часть полезного ископаемого. Здесь обнаружилось и еще одно достоинство скважинной добычи. Если из шахты поднимают на-гора массу пустой породы, то теперь она стала оставаться на дне выработки, в недрах. В частности, для солей — это нерастворимые глинистые прослойки. Позже на основе такого способа создали комплексные групповой и батарейные методы. Попросту на одном месторождении поставили несколько добывающих установок. В результате производительность скважин повысилась в несколько раз. Теперь из недр стали выкачивать большую часть соляной залежи.
Во многих странах ныне развивается такой способ добычи каменной соли. Он почти в 2 раза дешевле традиционных механических способов. Вместо 10–12 рабочих достаточно одного оператора. Качество продукции нередко высшее. А оборудование простое и недорогое. Управлять им могут автоматы. Только сначала за эту дешевизну приходилось «доплачивать» металлическими трубами. Их намертво цементировали в недрах, чтобы вода не уходила в другие горные породы. Но и здесь нашли выход.
Говорят, все мудрое просто. Действительно, что будет, если вместо цемента использовать битум? Требуется водонепроницаемость? Пожалуйста. Нужно вынуть из глубины отработанного месторождения сотни метров труб? Залейте в скважину горячую воду — битум станет мягким. Словно нож из масла, вытягивается труба. Казалось бы, это не открытие, но оно сберегло стране сотни тысяч рублей и тысячи тонн полезного оборудования.
В последние годы исследователи обратили внимание на чудесные свойства магнитных явлений. Попробовали омагнитить и воду, закачиваемую в добычный пласт. Количество получаемой из скважин соли увеличилось почти на одну треть. Вот так из отдельных решений складывался научно-технический прогресс бесшахтной добычи каменной соли. Она начиналась с примитивных солеварен. Зато теперь стала первым среди других методов физико-химической разработки полезных ископаемых, доказавшим, что будущее горного дела за ними.
