Горная механика. Новая интерпретация термина...

Код МРНТИ 52.01.91,52.01.05

Горная механика: новая интерпретация термина...*

А.Е. Гольберт, горный инженер-электромеханик

Аннотация

В статье рассматриваются объекты и направления исследований в одном из разделов горной науки, который называется «Горная механика». По всей видимости, устойчивое словосочетание «Горная механика» как термин имеет отношение скорее к сложившейся в советской и российской горной науке традиции, чем к формальной семантике. По сути, горная механика распалась на отдельные отрасли. Автор предлагает выделить новый, существенно отличающийся от существующего, раздел горной науки и назвать его старым термином «Горная механика»... Рождение этого раздела на практике можно связать с важными событиями в новейшей истории СССР, а именно – с восстановлением затопленных шахт Донбасса во время и сразу после Великой Отечественной войны 1941–1945 годов.
Ключевые слова:
горная наука, горная механика, шахта, стационарная установка, стационарная машина, эрлифт, предмет исследования, общее местоположение, оптимальная компоновка, совместная эксплуатация.

Mining Mechanics: a new interpretation of an old term

Abstract. This article examines the objects and research directions of a branch of mining science called "Mining Mechanics." Apparently, the fixed phrase "Mining Mechanics" as a term relates more to the established tradition in Soviet and Russian mining science than to its formal semantics. Essentially, mining mechanics has fragmented into separate branches. The author proposes identifying a new branch of mining science, significantly different from the existing one, and calling it by the old term "Mining Mechanics." The emergence of this branch can be linked in practice to important events in the recent history of the USSR, namely, the restoration of flooded mines in the Donbass during and immediately after the Great Patriotic War of 1941–1945.
Keywords:
mining science, mining mechanics, mine, stationary installation, stationary machine, airlift, research subject, general location, optimal layout, joint operation.

Введение

Горная механика, как известно, исследует стационарные установки горнодобывающих предприятий. Она изучает принципы работы, назначение, устройство, техническую эксплуатацию (иногда и ремонт) стационарных машин и соответствующих установок в целом. К стационарным установкам относятся вентиляторные, водоотливные, пневматические и подъёмные установки. Иногда к ним добавляют калориферные и воздухоохладительные установки. Существуют термины, отражающие реальность: «стационарные установки шахт», «стационарные установки рудников», «стационарные установки карьеров (разрезов)». Нередко их используют по отдельности, например, «водоотливная или подъёмная (стационарная) установка шахты», см. также [1, 2, 3]. Вместе с тем термин «Горная механика» (далее ГМ) до сих пор окончательно не вышел из употребления и используется, например, в названии известного учебника [4], иногда даже неверно или неоднозначно, как, например, в работе [5]. Однако, как нам представляется, в любом случае – необоснованно...  Автор настоящей статьи предложил использовать его по-новому, то есть придать ему смысл, отличный от существующего.

Основная часть

По всей видимости, со времени своего основания горнозаводская механика, позднее ГМ, занималась изучением механизации всех процессов в горном производстве. Она описывала, обобщала и исследовала все существовавшие на то время и вновь создаваемые горные машины. Конечно, самое большое внимание уделялось стационарным машинам и установкам как наиболее важным производственным объектам, без которых горные предприятия с промышленным уровнем добычи даже тогда не могли существовать. В то же время горные машины других функциональных групп, если и существовали, то находились «в зачаточном состоянии». Позже, по мере реального их развития, произошла и дифференциация соответствующих дисциплин. К ГМ отошли те, которые к тому времени были исследованы ее силами в значительной степени, и это, как уже упоминалось, – подъемные, вентиляторные, водоотливные и пневматические стационарные установки. Дифференциация и интеграция – нормальные процессы в поступательном развитии науки, которые не могут быть адекватно оценены исключительно «сиюминутными результатами», куда важнее – перспектива…
Размышления в этом ключе подвели нас к мысли о том, что в периоды своего основания и становления ГМ не была органичной цельной научной дисциплиной, и что для начала – это нормально. Но не произошло этого и после упомянутого разделения, когда ГМ осталась в формально существующем до настоящего времени виде. Таким образом, констатируем: центробежные тенденции уже возобладали. Куда может быть направлен вектор последующих структурных преобразований? Об этом дальше и пойдет речь.
Если задаться целью, можно заметить, что существующие, даже формально, границы исследований ГМ точно не определены, а местами, наверное, и совсем размыты. Таким положением отчасти можно объяснить практически независимое друг от друга существование и развитие отдельных дисциплин в ГМ как самодостаточных. Так или иначе, но ГМ как единого раздела горной науки с определенной структурой сегодня не существует. Словом, полагаем, что необходимо создать или основать – если позволительно так выразиться, – ГМ заново. Стало быть, прежде всего следует попытаться определить предмет исследования новой отрасли горной науки со старым, привычным названием. И в предложении к рассмотрению именно этого предмета, определяющего по существу структуру и содержание пока неизвестной ГМ, включающего в себя теоретические и прикладные исследования, заключается идея настоящей работы.
Нет особой нужды обстоятельно останавливаться на различиях между понятиями «стационарная машина» и «стационарная установка». Однако именно эти понятия считаем необходимым развести – если можно так выразиться – на действенном уровне. Таким образом, исследование стационарных машин как таковых – насколько это возможно с минимальным ущербом для последующих результатов – следует вывести за пределы интересов ГМ. Так, стационарные компрессоры, применяемые во многих отраслях промышленности, давно являются предметом изучения специальной научно-технической отрасли, в арсенале которой имеются специфические теоретические и экспериментальные исследования. Во многом все сказанное о компрессорах может быть распространено на насосы и вентиляторы. В то же время, на исследования подъёмных машин со сложными приводами и тормозными системами это правило не распространяется в полной мере. И в этом случае, чаще, как минимум, чем в других, специалисты в области ГМ могут сотрудничать со специалистами смежных научных дисциплин на постоянной основе.
Мы предлагали на суд инженерной общественности проект – нашу точку зрения на предмет исследования предложенной нами обновлённой ГМ [6,7]. Она была оценена неоднозначно, и её следует уточнить, как предложено ниже.
ГМ – это раздел горной науки, или техническая отрасль научных знаний, изучающая устройство и эксплуатацию стационарных установок горнодобывающих предприятий. При этом исследованиями стационарных машин, за исключением исследований на предмет их регулирования и эксплуатации в составе стационарных установок, ГМ не занимается. Если стационарные машины (вид, ряд, модификация, тип и т. д. машин) исследуются с целью применения исключительно в горном деле или такое применение существенно влияет на их принцип работы, конструкцию, схему и т. п., то исследования, отражающие влияние этой специфической эксплуатации, входят в круг интересов ГМ. И в этой части научных работ специалисты ГМ должны сотрудничать со специалистами других смежных научных отраслей. Разумеется, любое из приведённых утверждений не догма, и могут быть обоснованные исключения из правил, но важно всё же, чтобы эти правила были.
Итак, не занятая теоретическими исследованиями стационарных машин, ГМ может сосредоточиться на других значимых компонентах стационарных установок.   При этом наряду с параллельными исследованиями разных установок, внимание должно быть уделено совмещённым (!) их исследованиям, потому что на стыке существующих научных направлений ГМ можно ожидать значительных достижений, в том числе и по созданию новых, более совершенных стационарных установок.
Результатом наших наблюдений и размышлений о том, что может быть тем цементом, который скрепляет воедино все стационарные установки и дает основание модифицированной ГМ быть цельной научной дисциплиной, стало следующее. В основе такого единства – не общность физических процессов и принципов работы, не идентичность конструкций компонентов и установок в целом (у лопастных машин и установок канатного подъема ее нет), — а «функциональное подобие» компонентов стационарных установок совершенно разных видов и систем. Если посмотреть на вентиляторные, насосные, компрессорные и подъемные установки всех систем глубже, с точки зрения непосредственно выполняемой функции и безотносительно реализуемой цели (назначения), то станет ясно, что все они являются – транспортирующими средствами. Таким образом, в одних по выполняемой функции стационарных установках могут быть применены компоненты других стационарных установок. Предельный случай такого преобразования — это когда модифицированная установка одного вида будет выполнять функции установки другого вида. И предпосылкой этого является общее местоположение отдельных значимых компонентов разных установок. Прежде всего, таким местом является ствол шахты с примыкающими к нему копром и околоствольным двором (приствольными камерами). Однако это могут быть и другие горные выработки, например, водосборники.
Теперь дадим некоторые разъяснения относительно стационарных машин. Такие машины должны быть в центре внимания интеллектуальных сил ГМ. И задача ГМ состоит в том, чтобы оптимально их выбирать, регулировать, варьировать их возможности и ими самими в разных стационарных установках. Стационарная машина, разумеется, — обязательный компонент установки, но не обязательный компонент установок только одного вида. Машинами в установках при проектировании можно варьировать, они, как варианты устройства конкретной установки, могут «конкурировать» между собой. В реализации таких исследований – одна из целей данной науки. Так, например, машина-насос (углесос) может нетрадиционно использоваться в грузовой подъёмной установке на наклонном стволе для выдачи на поверхность водоугольной смеси; подъёмная машина – в водоотливной установке (водоотлив подъёмными сосудами – скипами или бадьями); пневмоэнергетическая машина — компрессор в грузовой подъёмной и водоотливной установках (эрлифт). В одной установке может быть применено несколько однородных стационарных машин. Это многоступенчатый канатный подъём на сверхглубоком вертикальном стволе, а также – водоотлив на глубоком вертикальном стволе с последовательно включёнными основными или основными и подпорными центробежными или другими насосами. Могут быть использованы в одной установке и разные стационарные машины. Например, подъёмная машина и насос. Это водоотлив подъёмными сосудами, в которые закачивают воду насосами. В водоотливной установке насос может работать и последовательно с эрлифтом, что позволит поднимать откачиваемую воду на высоту, значительно превышающую технические возможности работающих независимо друг от друга таких насоса и эрлифта. И тут также присутствует взаимодействие двух стационарных машин - насоса и компрессора в одной установке.
Ранее было указано, что стационарные установки обнаруживают свойства, обусловленные совмещённой их эксплуатацией в пространстве. В числе прочих свойств – взаимосвязь, а иногда и «взаимозависимость». Возможно существование общих компонентов, которые попеременно или одновременно выполняют свои функции в разных установках. Таким компонентом, в частности, может быть стационарная машина. Или, например, трубопровод, служащий для откачки воды из шахты на поверхность, при заранее спроектированной системе отводов и задвижек, в случае необходимости, может играть роль воздухопровода, питающего подземное предприятие пневмоэнергией. Полый проводник подъёмной установки после реализации некоторых специальных технических решений может служить одновременно проводником и трубопроводом, осуществляющим вместе со своей первоначальной функцией выдачу из шахты воды или подачу в неё сжатого воздуха по изобретению автора [8]. При этом проводник-трубопровод будет работать одновременно наружной и внутренней своими поверхностями, не говоря о других положительных эффектах данного технического решения.
Взаимодействие стационарных установок может быть не только прямым, но и опосредованным. При этом установки, как и в первом случае, связаны функционально. В качестве примера  – изобретение автора [9]. В соответствии с данным техническим решением разгрузочная ляда проходческого бадейного комплекса используется на вентиляционном стволе эксплуатируемой шахты. Такая ляда служит одновременно устройством для разгрузки подъёмных сосудов (бадей) и при этом является вентиляционной дверью шлюза, предотвращающей работу вентилятора главного проветривания шахты на рециркуляцию. Другими словами, она одновременно обеспечивает поддержание нормальных параметров воздушной струи, проветривающей шахту, и нормальную работу подъёмной установки, обслуживающей углубку вентиляционного ствола действующего горнодобывающего предприятия. В описанном изобретении (устройстве) модифицированная разгрузочная ляда является неотъемлемым оборудованием подъёмной установки. В то же время эта же ляда является и вентиляционной дверью – устройством системы вентиляции шахты, дополняющим функцию вентиляторной установки. Итак, можно видеть целесообразное взаимодействие двух стационарных установок, которое, как минимум, позволило значительно упростить работу бадейного комплекса в вентиляционном стволе или вообще сделало её возможной в этих непростых условиях.

Заключение

Итак, мы привели далеко не полный перечень известных вариантов нестандартного применения стационарных машин и других компонентов стационарных установок. Еще больше оригинальных технических решений в этой области остаются пока неизвестными. Действительно, поле для поиска весьма обширно, даже если исследование и создание собственно стационарных машин останутся за его пределами.
Эффективное и повсеместное использование возможностей совместной эксплуатации стационарных установок шахт и их компонентов на практическом уровне мы наблюдаем в новейшей истории Советского Союза, во время и сразу после Великой Отечественной войны. В период восстановления взорванных и затопленных шахт откачка воды из них начиналась сразу после отступления немецко-фашистских захватчиков. Это масштабное событие в СССР, в основном на шахтах Донбасса, по существу и является, с нашей точки зрения, отправной точкой, или временем и местом рождения той ГМ, которую мы до сих пор настойчиво предлагаем основать.**
 В Постановлении Совета Министров СССР «О присуждении Сталинских премий за выдающиеся изобретения и коренные усовершенствования методов производственной работы за 1947 год» (опубликовано в газете «Правда» 3 июня 1948 года) значилось: присудить Сталинскую премию Первой степени руководителям и специалистам (в том числе главным механикам и главным конструкторам) за разработку и внедрение передовых методов откачки затопленных шахт Донбасса и восстановление горного оборудования, значительно ускоривших темпы восстановления Донбасса. В списке награждённых – 17 лауреатов. Мысленно погружаясь в то непростое время, можно предположить, что достойных было намного больше. Эти замечательные страницы отечественной истории могут служить ретроспективным свидетельством обоснованности наших притязаний на основание нового раздела горного дела, имеющего предложенный нами предмет изучения.
 
Выводы
 
Сегодня ГМ как раздел горной науки, или научная дисциплина с единой структурой по сути дела не существует. Она распалась на отдельные отрасли, занимающиеся стационарными машинами, нередко и соответствующими установками. И собственно, термин ГМ в значительной мере вышел из употребления. Полагаем, что под этим названием должен существовать раздел горной науки, предмет исследований которого необходимо обозначить, исходя из реальных предпосылок. Суть не в том, что нужно найти предмет исследований именно ГМ. Требуется, насколько это возможно, верно обнаружить и обозначить область потенциальных синтетических научно-технических исследований, которая образовалась в сфере почти не связанных между собой дисциплин, существующих под вывеской ГМ.  А назвать эту область можно как угодно. Мы предлагаем – ГМ. По нашему замыслу, вновь образованной ГМ нужно сосредоточить основные творческие усилия не на изучении и производстве стационарных машин, а на исследовании проблем создания, оптимальной компоновки и совместной эксплуатации стационарных установок для широкого спектра условий горных предприятий. Большое число уже состоявшихся работ подпадает под предложенное определение ГМ.*** Немало работ, связанных с исследованием стационарных машин, — не подпадают. Однако разделение, или отделение от ГМ научных дисциплин, без неё, по существу, уже сложившихся и «говорящих» порой на понятном только им языке, считаем целесообразным и актуальным.
______________
* См. статью автора: "Горная механика: новая интерпретация старого термина" в "Горный журнал Казахстана" № 3, 2026, стр. 46 -- 54.

** См. журнальную статью [10], которую приводим ниже в весьма сокращённом виде (см. левый рис. ).
Следует отметить, что фактический материал этой журналистской работы не представляется нам вполне достоверным, однако это замечание не умаляет в целом масштабности описанных в ней событий.

Л. Давыдов
Изгнание подземного моря
Всенародным признанием победы советских инженеров — восстановителей Донбасса — явилось присуждение им в нынешнем году Сталинской премии первой степени. Список лауреатов открывают руководитель работ Н. Н. Игнатов, А. Т. Картозия, В. А. Хорунжий, Н. М. Чернавкин, В. Г. Гейер — коллектив молодых советских людей, пришедших в Донбасс ещё в дни войны, чтобы возглавить грандиозные восстановительные работы. В группе восстановителей Николая Игнатова, молодого инженера, окончившего незадолго перед войной институт, были и старые шахтеры, и опытные хозяйственники, и ровесники Николая, товарищи по студенческой аудитории. Доцент Сталинского угольного института, кандидат технических наук  В.Г. Гейер помог смело решить многие задачи по конструированию новых, неведомых раньше водоотливных средств (см. до конца текста правый рис.). Он первым ввел в битву с водой воздухоподъемные насосы — эрлифты. Начальник Главшахтовосстановления А.Т. Картозия руководил оперативной группой по откачке воды из шахт Горловско-Енакиевского бассейна. Это были особенно сильно разрушенные и затопленные шахты. Их возрождение американские специалисты считали мифом. Инженер Н.М. Чернавкин активно разрабатывал основные направления по технике и организации восстановительных работ. Ему принадлежат многие оригинальные схемы скоростных способов откачки воды. Главный механик комбината «Сталинуголь» В.А. Хорунжий первым предложил и помог превратить скиповые подъемники на шахтах в своеобразные водовозы. Инженер В.А. Мартынов ввёл в арсенал водоотливных средств телескопические сальники и многое другое. В истории известен лишь один подобный случай — борьба французских горняков, освобождавших от воды рудники угольных бассейнов Па-де-Кале и Северного после Первой империалистической войны. Но на французских рудниках пришлось выкачать 110 миллионов кубометров воды, а из шахт Донбасса было изгнано целое море, содержащее 600 миллионов кубических метров воды. К началу восстановительных работ подземное море содержало в себе 250 миллионов кубометров воды. Но оно росло. В каждый час добавлялось по 25 тысяч кубометров. Вот почему фашисты и многие зарубежные «доброжелатели» считали Донбасс навсегда загубленным, потерянным для России. В одних шахтах «надо работать в водолазном скафандре, иначе туда не проникнуть. К другим не пройти без противогаза, потому что в них выделяется ядовитый газ — метан. Наконец, немало шахт оставалось ещё заминированными. Качать воду нельзя без моторов. Но большая влажность воздуха угрожала вывести из строя электродвигатели. Качать воду нельзя без насосов. Но обилие кислот в шахтной воде сулило большие беды — механизмы насосов подвергались постоянной опасности разъедания и порчи. «Не вычерпать подземное море из шахт Донбасса», утверждали заокеанские специалисты и эксперты. Но донецкие шахтёры, наперекор трудностям, принялись восстанавливать былую славу «всесоюзной кочегарки», хранилища самого высокосортного угля. Не было мощных двигателей, отсутствовали специальные подвесные насосы для вертикального подъёма воды. Они сами монтировали механизмы, сооружали свои оригинальные установки, приспосабливали обычные горизонтальные насосы к действию на больших глубинах. Уже через год после начала работ донбассовцы откачали свыше 110 миллионов кубометров воды, то есть столько, сколько французы смогли выкачать за 10 лет. Из первых освобождённых от воды шахт был выдан донецкий уголь. Ещё через три года шахтёрам удалось завершить героический штурм подземного моря. Оно отступило, ушло из шахт Донбасса. На поверхность выгнали 600 миллионов кубометров воды. Шахту можно себе представить в виде огромного дома, врезанного вглубь земли. На поверхности это был бы дом высотою в 200 этажей, так как стволы уходят в глубину на 700 – 1000 метров, и, чтобы достать воду, заставить ее бить фонтаном километровой высоты, нужны агрегаты сказочного могущества. Советские инженеры решили перегонять воду постепенно, по ступеням-этажам. Вот как они это осуществили. Обычный горизонтальный центробежный насос стал совершать путешествие по стволу шахты в специальной клети. Он мог опуститься на большую глубину. В наклонных стволах насос передвигался на особой тележке. И хотя сил у насоса не прибавилось, и он нагнетал воду на 40–50 м вверх, на этой высоте его ждала помощь – второй насос. Он, в свою очередь, перебрасывал воду еще на полсотни метров вверх, передавая ее во власть третьего насоса. Так, поднимаясь от насоса к насосу, словно по ступенчатой лестнице все вверх и вверх, вода освобождала «черное золото», которым, казалось, навсегда завладела. Но одними насосами невозможно было бы вычерпать подземное море. Поэтому в отряде машин водоотлива появились специально сконструированные скипы — большие металлические ящики с простейшим клапаном в дне. Скипы спускались в стволы на тросах, зачерпывая сразу по 5–7 кубометров воды, и таскали ее на поверхность. Машинист, управлявший лебедкой скипа, успевал сделать за час до 60 подъемов. А на шахте 17-бис треста «Рутченковуголь» скипы за один час вывозили до 1200 тонн воды. Но и скипы требовали помощи. Были шахты, загроможденные обломками, со стволами, изуродованными при взрывах надшахтных сооружений. В таких стволах нередко оставались только очень узкие проходы: ни скип, ни насос не опустить. Донбассовцы применили эрлифт — воздухоподъемник, конструкцию, изобретенную когда-то русским инженером Шуховым. Раньше воздухоподъемными насосами пользовались для перегонки нефти, тяжелых масел и т. д. Но в Донбассе их научили поднимать воду. Эрлифтный насос действует с помощью сжатого воздуха. В нем нет ни поршней, ни штоков, ни клапанов, ни одной движущейся части. Он состоит из длинной трубы переменного сечения, на нижнем конце которой, погруженном в воду, насажен «башмак» — смеситель. В «башмак» нагнетается воздух. Он смешивается с водой, и полученная воздухо-водяная смесь, подобная пене, имея меньший удельный вес, чем у воды, вытесняется гидростатическим давлением воды. Тысячу кубометров воды поднимал эрлифт в час, расходуя при этом всего лишь 6–7 кубометров воздуха на каждый кубический метр воды. Кое-где и эрлифты оказались слабы. Тогда их соединяли с насосами. Эрлифт перегонял воду из нижнего горизонта в бассейн, а оттуда ее забирали насосы. Таким путем возродили в 1945 году шахту имени Ворошилова. Два эрлифта подавали воду с глубины 700 м примерно до середины шахты. Отсюда воду подхватывали насосы. Эрлифт в паре с насосом поднимал в час 1200 кубометров. За 8 месяцев из шахты имени Ворошилова выкачали 2 миллиона кубометров воды. Однако нашлись шахты, где от эрлифтов пришлось отказаться. Их заменили гидроэлеваторы — пришельцы с золотых рудников. Там они транспортировали пульпу — жидкий маслянистый состав, увлекавший с собой частицы золота. Но в Донбассе гидроэлеватор был вынужден качать воду. Он мал по размерам, не имеет движущихся частей, конструктивно несложен. Он работает подобно пульверизатору, в котором вода втягивается в трубу не быстрой струей воздуха, а струей воды, нагнетаемой небольшим насосом по специальной трубе. Гидроэлеваторы научились делать в шахтерских мастерских. Они с успехом добирались к воде сквозь самые узкие щели. А удивительная неприхотливость гидроэлеваторов, способных вымачивать воду, загрязненную леском и камешками, заставила шахтеров с еще большим уважением относиться к этим замечательным машинам.
Часто в шахтных выработках кровля состоит из неустойчивых глинистых сланцев, которые являются причиной завалов. Как же тут быть? Надо и воду качать, и завал убирать. А насос устанавливается только на ровной горизонтальной площадке. Так уж рассчитана его работа — он лишён упорных подшипников. Но разве нельзя сконструировать насос иначе? «Помочь ему хорошо сопротивляться осевой нагрузке и заставить действовать и помещаться на склоне?» Можно, это доказали инженеры Донбасса. Мы толковали о машинах. Их было много, больших и малых. Но самый лёгкий водоотливный механизм весил всё-таки несколько тонн. Попробуйте его быстро перенести, переставить или перебросить с одного горизонта на другой вслед за отступающей водой. А это было нужно. И донбассовцы сконструировали двухэтажные клети, на которых размещалось несколько действующих насосов одновременно. В ходе работ автоматизировали управление шахтными водоотливными установками. Добились большой экономии электроэнергии, уменьшения числа людей, занятых на выкачке воды. Но все технические новинки сами по себе могли бы не привести к успеху, если бы наши инженеры не предусмотрели четкой организации работ. Они заставили механизмы работать в строгом взаимодействии. На разных шахтах производительность механизмов подчинялась одному строгому общему режиму. Зачем же нужно было приноравливать разные машины на равных шахтах к одному темпу? К чему нужно было поддерживать определенный уровень водяного зеркала на различных рудниках? Это легко понять, если представить себе подземное море не суммой разобщенных, изолированных друг от друга затопленных шахт, а действительно настоящим сплошным морем. Наличие сбоек между шахтами послужило образованию огромных подземных бассейнов. Только один из них, на Горловско-Енакиевской группе шахт, имел объем, равный 20 миллионам кубометров. Лишь одинаковый скоростной режим, освоенный на пяти шахтах этой группы, только единый стахановский темп выкачки воды, когда на учете была буквально каждая секунда, привели к победе.            
Через 6 месяцев редакция журнала публикует дополнение [11] к статье [10], в котором дополняются и уточняются данные о советской горной технике. Авторы письма отмечают следующее.  Донбассовцами были применены различные способы откачки воды. Применялись эрлифты — воздухоподъемники, в которых для подъема воды использовался сжатый воздух. Однако откачка рудников сжатым воздухом на Урале известна уже с 1921 года, когда инженером А. И. Веселовым было осушено несколько рудников Соймановской долины. Веселовым была разработана и теория этого вопроса. Теория и практика применения эрлифтов были изложены Веселовым в 1926–1928 годах (журнал «Уральский техник», 1927–1928 гг., «Труды 1-го Горного научно-технического совещания», 1928 г.). При откачке шахт применяются также скипы — водоотливные машины, представляющие собой большие металлические ящики, зачерпывающие воду и вытаскивающие ее на поверхность. Авторы письма уточняют, что этот способ является вспомогательным и применяется в сочетании с другими, более экономичными методами.

*** Книга [12], с нашей точки зрения, является хрестоматийной работой по обновлённой горной механике, или по ГМ, определение которой предложено нами выше. Приведём аннотацию к этой работе.

Аннотация

В книге "Откачка шахт при восстановлении Донбасса" обобщается опыт откачки воды из затопленных шахт Донецкого бассейна за время его восстановления (1943–1948 гг.). В книге приводятся характеристики затопленности шахт, объёмы воды в них и естественные притоки, описание оборудования и приспособлений, применявшихся при откачке шахт, схемы откачки и организация работ. Заключительная глава посвящена итогам работ по откачке затопленных шахт Донбасса. Книга предназначена для инженерно-технических работников.
Эта работа, с нашей точки зрения, до сих пор – прошло 75 лет после её издания – не утратила своей актуальности, как минимум, в качестве практического руководства и учебного пособия.

Список использованных источников      

1.Стационарные установки шахт /Текст/ /В.С. Дулин, Г.А. Бабак, В.В. Пак и др./; Под общ. Ред. /и с предисл./ Б.Ф. Братченко. – М.: Недра, 1977. – 438 с. (на русском языке)
2. Гейер В.Г., Тимошенко Г.М. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки . – М. : Недра, 1987 г., 268 с. (на русском языке)
3. Бежок В.Р. и др. Руководство по ревизии, наладке и испытанию шахтных подъёмных установок. Нормативное производственно-практическое издание /Бежок В.Р., Конопляной В.Д., Курченко Е.М./ Под общей редакцией В.А. Корсуна – Донецк: Донеччина, 2009. – 672 с. (на русском языке)
4. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика: Учебник для горных техникумов.    М. : Недра, 1982. – 407 с. (на русском языке)
5. Курбатова О.А., Харин А.З. История развития горной механики: Учеб. пособие. – Владивосток: Изд–во ДВГТУ, 2004. – 137 с. (на русском языке)
6. Гольберт А.Е. Неизвестная горная механика: предмет исследований // Уголь,  2005, №2, с. 22–24. (на русском языке)
7. Гольберт А.Е. Обновлённая горная механика: определение поля исследований // Горный журнал Казахстана , 2011, №2, с. 44–47. (на русском языке)
8. Пат. № 2106562 Российская Федерация, МКИ 6 F16L 1/00. Трубопровод / Гольберт А.Е.;  заявитель и патентообладатель Гольберт А.Е.– № 93036979/06 ; заявл. 20.07.1993; опубл. 10.03.1998, Бюлл. № 7 (на русском языке)
9. Пат. 2027009, Российская Федерация, МКИ 6 Е 21D 1/00. Надствольное подъемно-транспортное устройство / Гольберт А.Е.; заявитель и патентообладатель Гольберт А.Е. --   № 5058495/03; заявл.  11.08.1992; опубл. 20.01.1995, Бюлл. №2 (на русском языке)
10. Давыдов Л. Изгнание подземного моря //«Техника — молодёжи», 1948, №10 , с. 19 – 21. (на русском языке)
11.  Письмо горных инженеров-электромехаников П. Я. Фролова, В. А. Шавшукова, И. Ф. Ефремова, Ю. М. Велякина (г. Свердловск) //«Техника — молодёжи», 1949, № 4. (на русском языке)
12. Откачка шахт при восстановлении Донбасса. / Игнатов Н.Н., Гейер В.Г., Чернавкин Н.Н. / — М.: Углетехиздат, 1950. – 194 с.  (на русском языке)

References

1. Stationary Mine Installations /Text/ /V.S. Dulin, G.A. Babak, V.V. Pak, et al./; General editor /with preface/ B.F. Bratchenko. – M: Nedra, 1977. – 438 p. (in Russian)
2. Geyer V.G., Timoshenko G.M. Mine Fans and Dewatering Installations. – M.: Nedra, 1987. – 268 p. (in Russian)
3. Bezok V.R., et al. Guide to the Inspection, Adjustment, and Testing of Mine Hoisting Installations. Regulatory Industrial-Practical Edition /Bezok V.R., Konoplyanoy V.D., Kurchenko E.M./ General editor V.A. Korsun – Donetsk: Donechchina, 2009. – 672 p. (in Russian)
4. Khadzhikov R.N., Butakov S.A. Mining Mechanics: Textbook for Mining Technical Schools. – Moscow: Nedra, 1982. – 407 p. (in Russian)
5. Kurbatova O.A., Kharin A.Z. History of the Development of Mining Mechanics: Tutorial. – Vladivostok: DVGTU Publishing House, 2004. – 137 p. (in Russian)
6. Golbert A.E. Unknown Mining Mechanics: Subject of Research // Coal, 2005, №2, pp. 22–24. (in Russian)
7. Golbert A.E. Updated Mining Mechanics: Defining the Field of Research // Mining Journal of Kazakhstan, 2011, No. 2, pp. 44–47. (in Russian)
8. Patent No. 2106562, Russian Federation, IPC 6 F16L 1/00. Pipeline / Golbert A.E.; applicant and patentee Golbert A.E. – No. 93036979/06; filed 20.07.1993; published 10.03.1998, Bulletin No.7 (in Russian)
9. Patent 2027009, Russian Federation, IPC 6 E 21D 1/00. Overhead lifting and transport device / Golbert A.E.; applicant and patentee Golbert A.E. – No. 5058495/03; filed 11.08.1992; published 20.01.1995, Bulletin No. 2 (in Russian)
10. Davydov L. Expulsion of Underground Water // "Tekhnika — Molodyozhi", 1948, No. 10, pp. 19–21. (in Russian)
11. Letter from mining electromechanical engineers P. Ya. Frolov, V. A. Shavshukov, I. F. Efremov, Yu. M. Velyakin (Sverdlovsk) // "Tekhnika — Molodyozhi", 1949, No. 4. (in Russian)
12. Pumping out mines during the restoration of Donbass. / Ignatov N.N., Geyer V.G., Chernavkin N.N. / - M.: Ugletekhizdat, 1950. - 194 p. (in Russian)

Сведения об авторе:
Гольберт А.Е., горный инженер-электромеханик;
golbert.arthur@gmail.com, ORCID ID: 0009-0003-8870-8141
Author information:
Golbert  A.E., mining engineer-electromechanic;
golbert.arthur@gmail.com, ORCID ID: 0009-0003-8870-8141

_______________________________________

Перевод статьи (в сокращённом виде) на английский язык см. ниже.

UDC: 52.01.91, 52.01.05

Mining Mechanics: A New Interpretation of the Term

By A.E. Golbert
(Menchengladbach, North Rhine-Westphalia, Germany)
________________________________________
Abstract
This article examines the subject matter and research directions within a branch of mining science known as Mining Mechanics. Apparently, the established phrase “Mining Mechanics” as a term relates more to a tradition in Soviet and Russian mining science than to formal semantics. In essence, mining mechanics has fragmented into separate disciplines. The author proposes to define a new, fundamentally different branch of mining science and to name it using the old term “Mining Mechanics”. The emergence of this branch in practice can be associated with significant events in the recent history of the USSR—specifically, the restoration of flooded mines in the Donbas during and immediately after the Great Patriotic War of 1941–1945.
Keywords: mining science, mining mechanics, mine, stationary installation, stationary machine, airlift, research subject, general location, optimal layout, joint operation.
________________________________________
Introduction
Mining Mechanics, as is known, studies stationary installations at mining enterprises. It investigates the operating principles, functions, design, technical operation (and sometimes maintenance) of stationary machines and the installations as a whole. Stationary installations include ventilation, drainage, pneumatic, and hoisting systems. Sometimes, heating and air-cooling installations are also included. There exist terms reflecting reality: “stationary installations of mines”, “stationary installations of ore mines”, “stationary installations of open-pit mines (quarries)”. These are often used individually, for example, “mine drainage or hoisting (stationary) installation”—see also [1, 2, 3]. Nevertheless, the term Mining Mechanics (hereinafter referred to as MM) has not yet fully fallen out of use and continues to appear, for instance, in the title of a well-known textbook [4], and occasionally even in ambiguous or incorrect contexts, such as in [5]. However, in our view, its use is unjustified in any case. The author of this article proposes to repurpose this term—i.e., to assign it a meaning distinct from its current one.
________________________________________
Main Part
Apparently, since its inception, mining plant mechanics—later known as MM—focused on the mechanization of all processes in mining production. It described, generalized, and studied all mining machines existing at the time and newly developed ones. Naturally, the greatest attention was given to stationary machines and installations, as they were the most
critical production components, without which mining enterprises operating at an industrial scale could not have existed even then. At the same time, mining machines of other functional groups, if they existed at all, were in a rudimentary state. Later, as these machines developed in practice, the corresponding disciplines also differentiated. To MM were assigned those areas that had already been substantially studied—namely, hoisting, ventilation, drainage, and pneumatic stationary installations. Differentiation and integration are normal processes in the progressive development of science, and their evaluation should not be based solely on immediate results; long-term prospects are far more important.
Reflections along these lines lead us to conclude that, during its formation, MM was not an organic, unified discipline—and this is acceptable at the initial stage. However, such unity was not achieved even after the aforementioned differentiation, when MM remained in a formally existing state up to the present day. Thus, we observe that centrifugal tendencies have already prevailed. What direction might future structural transformations take? This is the subject of the following discussion.
Upon closer examination, it becomes evident that the boundaries of MM research, even formally, are not clearly defined and are, in some places, entirely blurred. This situation partly explains the practically independent existence and development of individual disciplines within MM as self-sufficient fields. Thus, we assert that today, MM as a single, structured branch of mining science does not exist. In other words, we believe it is necessary to re-establish—or, if permissible, to found anew—MM. Therefore, the first step should be to define the research subject of a new branch of mining science bearing the old, familiar name. The essence of this paper lies in proposing such a subject, which would determine the structure and content of the yet-to-be-defined MM, encompassing both theoretical and applied research.
There is no need to elaborate extensively on the differences between the concepts of “stationary machine” and “stationary installation”. However, we consider it necessary to clearly distinguish between these concepts at a practical level. Thus, the study of stationary machines per se—to the extent that this does not significantly compromise subsequent results—should be excluded from the scope of MM. For example, stationary compressors, widely used across many industrial sectors, have long been the subject of a specialized scientific and technical field equipped with specific theoretical and experimental methods. Much of what is said about compressors also applies to pumps and fans. However, this principle does not fully apply to hoisting machines with complex drives and braking systems. In such cases, specialists in MM more frequently need to collaborate continuously with experts from adjacent scientific disciplines.
We previously presented to the engineering community a project outlining our view of the research subject of the proposed renewed MM [6, 7]. It received mixed feedback and requires clarification, as suggested below.
MM is a branch of mining engineering or a technical field of scientific knowledge that studies the design and operation of stationary installations at mining enterprises. However, MM does not engage in the study of stationary machines, except when such study pertains to their regulation and operation within stationary installations. If stationary machines (types, models, modifications, etc.) are investigated specifically for application in mining, or if such application significantly affects their operating principle, design, or configuration, then research reflecting this specific operational context falls within the scope of MM. In such cases, MM specialists may collaborate with mechanical engineers and experts in related fields. Of course, none of these statements are dogma, and justified exceptions may exist—but the existence of clear principles remains essential.
Thus, freed from theoretical studies of stationary machines, MM can focus on other significant components of stationary installations. Alongside parallel studies of different installations, attention must be paid to their integrated (!) investigation, as significant achievements—including the creation of new, more advanced stationary installations—can be expected at the intersection of existing scientific fields.
Our observations and reflections on what could serve as the unifying “cement” binding all stationary installations together—and thus justify MM as a coherent discipline—led to the following conclusion. This unity is not based on the similarity of physical processes or operating principles, nor on the identity of component designs (which, for instance, do not exist between blade machines and rope hoisting systems). Instead, it is based on the functional similarity of components across entirely different types and systems of stationary installations. Upon deeper examination of ventilation, pumping, compressor, and hoisting installations from the perspective of their immediate function—regardless of their ultimate purpose—it becomes clear that all of them are transport means. Thus, components from one type of installation can be applied in another. The extreme case of such transformation occurs when a modified installation of one type performs the function of another. A prerequisite for this is the common spatial location of key components from different installations—primarily the mine shaft with its adjacent headframe and shaft collar (shaft chambers). Other underground workings, such as sumps, may also serve this purpose.
Now, some clarifications regarding stationary machines. Such machines should remain central to MM’s intellectual focus. The task of MM is to optimally select, regulate, and vary the capabilities of these machines across different stationary installations. A stationary machine is, of course, a mandatory component of an installation, but not necessarily restricted to installations of a single type. Machines can be varied during design and may “compete” as alternative configurations for a given installation—this is one of the goals of the discipline. For example:
• A pump (slurry pump) may be used non-traditionally in a hoisting installation on an inclined shaft to extract a water-coal mixture;
• A hoisting machine may be used in a drainage installation (drainage via hoisting vessels—skips or buckets);
• A pneumatic machine (compressor) may be used in hoisting and drainage installations (airlift).
Multiple identical stationary machines may be used within a single installation:
• Multi-stage rope hoisting in ultra-deep vertical shafts;
• Deep vertical shaft drainage using sequentially connected main or main and booster centrifugal (or other) pumps.
Different stationary machines may also be combined:
• A hoisting machine and a pump—for instance, in drainage where water is pumped into hoisting vessels;
• A pump operating in series with an airlift, enabling water to be lifted to heights far exceeding the individual technical capabilities of either device alone—demonstrating interaction between two stationary machines (pump and compressor) within one installation.
Earlier, it was noted that stationary installations exhibit properties arising from their joint spatial operation. Among these properties are interdependence and, at times, mutual reliance. Common components may exist, serving different installations alternately or simultaneously. Such a component may be a stationary machine. For example, a pipeline designed to pump water from a mine to the surface may, with a pre-designed system of branches and valves, also serve as an air pipeline supplying compressed air to underground operations. A hollow guide of a hoisting installation, after implementing specific technical solutions, may simultaneously serve as both a guide and a pipeline, performing—alongside its primary function—the removal of water from or delivery of compressed air into the mine, as per the author’s invention [8]. In this case, the guide-pipeline operates on both its outer and inner surfaces, not to mention other positive effects of this technical solution.
The interaction of stationary installations may be not only direct but also indirect, with functional linkage in both cases. An example is the author’s invention [9]: the unloading platform of a shaft sinking skip complex is used in the ventilation shaft of an operating mine. This platform simultaneously serves as a device for unloading hoisting vessels (buckets) and as a ventilation door in an airlock, preventing recirculation in the main mine ventilation fan. In other words, it ensures both normal airflow parameters for mine ventilation and proper operation of the hoisting installation serving the deepening of the ventilation shaft in an active mining enterprise. In this invention, the modified unloading platform is an integral part of the hoisting installation and simultaneously functions as a ventilation door—a component of the mine ventilation system, complementing the function of the ventilation installation. Thus, we observe a purposeful interaction between two stationary installations, which significantly simplified or even enabled the operation of the skip complex under challenging conditions.
________________________________________
Conclusion
We have presented only a partial list of known non-standard applications of stationary machines and other components of stationary installations. Many more original technical solutions in this area remain unknown. Indeed, the field for exploration is vast, even if the study and development of stationary machines themselves remain outside its scope.
Effective and widespread use of the potential for joint operation of mine stationary installations and their components can be observed in the recent history of the Soviet Union, during and immediately after the Great Patriotic War. During the restoration of exploded and flooded mines, water pumping began immediately after the retreat of Nazi forces. This large-scale event—primarily in the Donbas mines—represents, in our view, the starting point, or the time and place of birth, of the MM we have persistently proposed to establish.*
According to the Resolution of the Council of Ministers of the USSR “On Awarding Stalin Prizes for Outstanding Inventions and Fundamental Improvements in Production Methods in 1947” (published in Pravda, June 3, 1948), the First Stalin Prize was awarded to leaders and specialists (including chief mechanics and chief designers) for developing and implementing advanced methods of draining flooded Donbas mines and restoring mining equipment, significantly accelerating the recovery of the Donbas. The list included 17 laureates. Reflecting on that difficult period, one can assume that many more were deserving. These remarkable pages of national history serve as retrospective evidence supporting our claim to establish a new branch of mining engineering with the proposed research subject.
________________________________________
Conclusions
Today, MM as a unified branch of mining science or a structured scientific discipline essentially does not exist. It has fragmented into separate fields focusing on stationary machines and often on the corresponding installations. The term MM has largely fallen out of use. We believe that under this name, a branch of mining science should exist, with a research subject clearly defined based on real prerequisites. The point is not merely to find a subject for MM, but to accurately identify and define the domain of potential synthetic scientific and technical research that has emerged between nearly unrelated disciplines currently grouped under the label of MM. This domain can be named as desired. We propose to name it MM. In our conception, the renewed MM should concentrate its main creative efforts not on studying or producing stationary machines, but on researching the problems of creating, optimally configuring, and jointly operating stationary installations under a wide range of mining enterprise conditions.
A large number of existing works fall under this proposed definition of MM.** Many works on stationary machines do not. However, we consider it both appropriate and timely to separate from MM those scientific disciplines that have already matured independently and often “speak” in their own specialized language.
________________________________________
* See the journalistic article [10], presented below in highly abridged form (see Fig. No. 1).
It should be noted that the factual content of this journalistic piece appears to us not entirely reliable; however, this observation does not diminish the overall scale of the events described.
** In our view, the book [12] represents a canonical work on renewed mining mechanics, or MM, as defined above.
Below is the annotation to this work:
The book “Drainage of Mines during the Restoration of the Donbas” summarizes the experience of pumping water from flooded mines in the Donets Basin during their restoration (1943–1948). It presents characteristics of mine flooding, water volumes and natural inflows, descriptions of equipment and devices used, drainage schemes, and organization of work. The final chapter is devoted to the results of drainage operations in the flooded Donbas mines. The book is intended for engineering and technical personnel.
In our opinion, this work—75 years after its publication—has not lost its relevance, at least as a practical guide and educational resource.
________________________________________
References
1.Stationary Installations of Mines / V.S. Duline, G.A. Babak, V.V. Pak et al.; edited by B.F. Bratchenko. — Moscow: Nedra, 1977. — 438 p. (in Russian)
2.Geyer V.G., Timoshenko G.M. Mine Ventilation and Drainage Installations. — Moscow: Nedra, 1987. — 268 p. (in Russian)
3.Bezhyok V.R. et al. Manual for Inspection, Adjustment, and Testing of Mine Hoisting Installations. Normative Production-Practical Edition / V.R. Bezhyok, V.D. Konoplyanoi, E.M. Kurchenko; edited by V.A. Korsun. — Donetsk: Donechchyna, 2009. — 672 p. (in Russian)
4.Khadzhikov R.N., Butakov S.A. Mining Mechanics: Textbook for Mining Colleges. — Moscow: Nedra, 1982. — 407 p. (in Russian)
5.Kurbatova O.A., Kharin A.Z. History of the Development of Mining Mechanics: Educational Manual. — Vladivostok: DVGTU Publishing House, 2004. — 137 p. (in Russian)
6.Golbert A.E. Unknown Mining Mechanics: Research Subject // Ugol, 2005, No. 2, pp. 22–24. (in Russian)
7.Golbert A.E. Renewed Mining Mechanics: Defining the Research Field // Gornyi Zhurnal Kazakhstan, 2011, No. 2, pp. 44–47. (in Russian)
8.Pat. No. 2106562 Russian Federation, IPC 6 F16L 1/00. Pipeline / A.E. Golbert; applicant and patent holder A.E. Golbert. — No. 93036979/06; filed 20.07.1993; published 10.03.1998, Bull. No. 7 (in Russian)
9.Pat. No. 2027009 Russian Federation, IPC 6 E21D 1/00. Surface Hoisting and Transport Device / A.E. Golbert; applicant and patent holder A.E. Golbert. — No. 5058495/03; filed 11.08.1992; published 20.01.1995, Bull. No. 2 (in Russian)
10.Davydov L. Expulsion of the Underground Sea // Tekhnika — Molodyozhi, 1948, No. 6 (in Russian)
11.Davydov L. Addendum to the Article “Expulsion of the Underground Sea” // Tekhnika — Molodyozhi, 1948, No. 12 (in Russian)
12.Drainage of Mines during the Restoration of the Donbas / N.N. Ignatov, V.G. Geyer, N.M. Chernavkin et al. — Moscow: Gornoye Delo, 1950. — 368 p. (in Russian)

Author information:
Golbert  A.E., mining engineer-electromechanic;
golbert.arthur@gmail.com, ORCID ID: 0009-0003-8870-8141