Развитие технологии добычи и обработки камня на Урале

ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

2005 СЕРИЯ: ГОРНОЕ ДЕЛО Вып. 21

ИСТОРИЯ ГОРНОГО ДЕЛА

УДК 622.235

Г. В. Бычков

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ И ОБРАБОТКИ КАМНЯ НА УРАЛЕ

История развития добычи и обработки камня тесно связана с развитием горнорудного дела на Урале и в России в целом. Это была одна из параллельных ветвей огромного развивающегося хозяйства, но со своей школой, традициями и особенностями, взлетами и падениями.

Расцвет добычи и обработки камня совпадал с периодами бурного развития строительства, а значительные падения и полная остановка производства совпадали с войнами и серьезными экономическими потрясениями.

Особенных успехов развитие течники и промышленности на Урале достигает в эпоху Петра 1. Петровская эпоха, вихрем пронесшаяся над Россией, стала переломной и для Урала. Именно в это время началось новое «открытие») Урала - железного, медного, золотого и каменного... Осваивались дикие места, строились крупнейшие в мире горны? заводы, появлялись новые отрасли промышленности, возникали новые ремесла. На огромных пространствах вырастал промышленный район мирового значения.

R 1720 г. царь Петр I назначил Татищева В Н. первым горным начальником уральских и сибирских заводов. Среди разных ремесел Татищев наметил организовать на будущем заводе в Екатеринбурге камнерезное и гранильное дело. Когда в июне 1723 года ему сообщили о мраморном месторождении, он приказа! ехать туда и смотреть, «каков мрамор явится», и, «выломав штуку, сослать на Уюус в горное начальство» [2]. В то время уральский мрамор «работали» тем же способом, что и в Древнем Египте

Широкое развитие градостроительства в период «11етровского барокко» (1703-1760 гг.) привело к значительному увеличению спрэса на декоративный облицовочный камень в России. Спрос на камень для архитектурно-строительных изделий возрос настолько, что столичные фабрики даже после проведенной основательной реконструкции не смогли удовлетворять потребностей двух столиц [3]. Возник вопрос строительства крупной камнеобрабагываюшей фабрики на Урале, в г. Екатеринбурге.

Огкрытне новых месторождений красного, черного, синего, белого, серого мрамора на Урале заинтересовало архитекторов Москвы и Петербурга. Заказы на архитекту рные мраморные детали шли один за другим. Из-за отсутствия собственной кам «еобработкн Ура.! постепенно становится сырьевой базой столичного камнеобрабатываюшего производства.

Усиливающийся с годами размах дворцового строительства в Петербурге и пригородах с каждым годом увеличивал потребность в поделочном цветном камне и в мастерах, умеющих его обрабатывать. Петергофская гранильная фабрика, удаленная на сотни верст от месторождений камня, специализировавшаяся на изделиях сравнительно небольших размеров и предназначенных, главным образом, для внутренней отделки, не удовлетворяла огромного спроса на различные архитектурные детали для строящихся дворцов.

Назрела необходимость организации на Урале камнеобработки на промышленной основе. Указом от 4 февраля 1743 года Бергколлегия постановила «кразрезыванию. шлифованию и полированию добывающегося мрамора зделать машины водяные» [2].

В январе 1745 года Бергколлегия, повелевая начать разработку туринского мрамора и «по добыче в доски разрезывать», опять требует, чтобы «то разрезывание водою чинить» и сделать будущим машинам чертежи и модели. Для ускорения дела в том же 1745 году прислали из Петербурга две модели, по которым можно было бы изготовить нужные машины.

Пуск в эксплуатацию первой Екатеринбургской фабрики стал одним из важнейших событий в истории развития известного в России и за рубежом уральского завода «Русские самоцветы». Первая камнерезная фабрика Урала была создана Никитой Бахоревым [6]. Заканчивал все работы по фабрике унтер-механикус Иван Сусоров [2].

В Государственном архиве Свердловской области имеются сведения, освещающие это уникальное для Урала событие: «Генваря 14 дня 1747 года действуемой водою машиною разрезан мраморный синий камень длиною в един аршин и в пять с половиной вершка, шириною в девять вершков через четырнадцать часов, а шлифованы того же камня две столешницы длиною по одному аршину и по одиннадцати вершков, шириною по одному аршину и по три вершка через тринадцать с половиной часов... естли показанный камень резать пилою через человеческую силу, то б три человека разрезали в шесть дней, а доски столовые ежели шлифовать человеческою ж силою, то тремя человеки было б на пя~ь дней» [2].

Уже летом 1747 года в Москву ушел караван с первыми мраморными изделиями машинного производства. Усовершенствовав оборудование гранильной фабрики в Екатеринбурге. И Сусоров предлагает реконструировать и Северскую фабрику, как не отвечающую уже более потребностям времени, не справляющу юся с заданиями. В ответ на рапорт канцелярия Главного заводов правления 25 мая 1751 года приказала по приготовленному Сусоровым чертежу построить на Урале камнерезные фабрики и «по сделанни на оных точить и шлифовать и разными фигу рами обделывать каменья и прочие разные штуки делать». Фабрика при Северском заводе была пущена в действие 30 декабря 1751 года [2].

Особое внимание уделялось разработке и обработке горнощитского мрамора. «Небольшой благонадежности и особенной доброте мрамора в камнеломнях Горнощитских учрежден в том же 1765 году генералом Данненбергом и Горнощитский мраморный завод» (6].

Гордостью Екатеринбургской гранильной фабрики были в тот период изделия из малахита, лазурита и яшм, сделанные способом «русской мозаики». Большие местные запасы малахита и заказы на изделия из него заставили Екатеринбургскую фабрику так форсировать освоение нового материала, что к концу 30-х годов XIX в. она уже достигла значительных успехсв.

Сразу же после отмены крепостного права за два года - с 1861 по 1863 гг. - Екатеринбургскую фабрику покинуло 229 работников и членов их семей (4]. Из-за отсутствия заказов фабрика переживала тяжелый кризис.

Начало XX века также складыиается неблагоприятно для Екатеринбургской фабрики: оборудование устарело технически и имело значительный износ.

На всех камнеобрабатывающих фабриках и заволах Урала работы практически приостанавливаются до 1920 года. Причиной тому были сначала мировая война, затем революция и гражданская война. Дворцы в этот период не строили, а заказов на поделки не было. В этот период на Урале развиваются кустарные промь.слы с ручной обработкой камня.

До середины XX столетия основным способом добычи природного камня было выламывание бесформенных глыб по природнь м трещинам, поэтому карьеры камня назывались тогда «ломками», или каменоломнями.

С освоением бурения по линии раскола начали бу риться шпуры с заданным интервалом. В пробуренные шпуры вставлялись клинья со щечками, с помощью которых блок откалывался от массива. Ьуроклиновой способ отделения блоков и монолитов долгое время оставался единственным, а на некоторых предприятиях применяется и в настоящее время ввиду простоты и сравнительно небольших затрат.

Эволюцию технологии добычи блочного мрамора лучше всего проследить по наиболее сга-рым и кру пным карьерам облицовочного камня Урала - Коелгинскому, Мраморскому и Уфалей-скому. Наиболее старым и развитым был Мраморский карьер, который в XVIII веке был основным поставщиком сырья для Горнощитского завода.

Одно из главных достоинств крупнокристаллического Мраморского мрамора - хорошая раскалываемость в любом направлении. Благодаря этому Мраморская каменоломня начала интенсивно разрабатываться и к началу XX века была самой крупной на Урале.

Карьер постепенно углублялся и в 30-е годы XX века на юго-западном борту карьера был построен наклонный подъемник из бревен лиственницы, по которому гужевой тягой блоки доставлялись от забоя на поверхность. Добыча блоков осуществлялась буроклиновым способом.

Организованная добыча мрамора на Коелгинском месторождении мрамора артелями началась в 1925 году. Буроклиновой способ добычи блоков сформировался на Коелгинском карьере окончательное внедрением механического бурения ручными перфораторами и утвердился на долгие годы. С началом Отечественной войны горные работы на карьерах природного камня приостанавливаются. Однако у -же в январе 1943 года на Коелгинском карьере производство блоков возобновляется.

В июне 1950 г. на Коелгинском мраморном карьере начались испытания первой камнерезной машины с кольцевой фрезой лауреата Сталинской премии СССР конструкгора треста «Урал-нсмструд» А. М. Столярова [5]. Начало массового применения камнерезных машин с кольцевым баром на мраморных карьерах относится к 1951-1952 it., когда успешно завершились производственные испытания их на Коелгинском мраморном карьере. К концу 1951 года на Коелгинском карьере было введено в эксплуатацию уже 5 камнерезных машин.

Постепенно, с большими трудностями на Мраморском, Коелгинском и Прохорово-Балан-динском карьерах началась механизирсванная добыча блочного камня камнерезными машинами СМ-177А, а на Уфалейском карьере - машинами СМ-428. К 1970 году механизация добычи мраморных блоков на уральских карьерах становится массовым явлением. С 1979 года на уральских мраморных карьерах начинают применяться камнерезные машины с цепным баром. Для этого были закуплены камнерезные машины с цепным баром: модели ST-30VH западногерманской фирмы «Корфманн» [6] и модели КМХ-2 Республики Болгария. В качестве полигоноз для испытаний были выбраны два лучших уральских карьера мрамора - Коелгинский и Мраморский.

На Коелгинском мраморном карьере, где добыча блоков велась по двум техно;к>гия.м, специалистами кафедры разработки месторождений открытым способом Уральской государственной горно-геологической академии был выполнен подробный технико-экономический анализ. Он показал, что при переходе на камнерезные машины с цепным баром средний геометрический объем блоков увеличился в 3 раза: сечение блоков увеличилось до 2x2 м, а объем до S м' и более. Основная масса блоков стала соответствовать I - II группам по ГОСТ 9479-98 [ 1 ]. С увеличением размеров вырезаемых монолитов выхол стандартных блоков в забоях с цепными бароьыми машинами возрастает в 1,25 раза.

С конца 1993 г. камнерезные машины с цепным баром начинают применяться л на других карьерах мраморных блоков Уральского региона. ОАО «Ключевской завод ферросплавов», Мато-истокскос ООО «Мраморгаз» и ООО «ЛУКойл-Исеть» закупают камнерезные машины с цепным баром у итапьянской фирмы «Fantini». ООО «Мабл», ООО «Риф», ЗАО «Карат», ООО «Коралл», ОАО «Высокогорский ГОК», ООО «Контур», ИЧП «Кедр», ОАО «Свсрдловскмегросгрой», ГПП «Кристалл», ОАО «Рокам», ОАО «Уратасбест» заку пают анатогичные камнерезные машины отечественного производства. Эти машины серийно изготавливатись Режсвскнм ООО «Экспери-ментатьный завод» и ОАО «Машиностроигельный завод имени N1. И. Катинина» (г. Ккатсрин-бург)[1].

На Мраморском карьере предприятие «Мраморгаз» организует отдельный участок, на котором также начинают применяться камнерезные машины с цепным баром фирмы «Fantini» и с атмазным ремнем типа Jet Belt - 950 итатьянской фирмы «Bencttimacchine». Однако машины с атмазоременным баром работают только в период с положительной температурой. Па зиму они выводятся из карьера.

К концу 1995 года на 14 уральскич карьерах по добыче блочного мрамора применяются уже 55 камнерезных машин с цепным баром и три баровыс камнерезные машины с алмазным ремнем.

В 1993 год>' на Коркодинском карьере черного мрамора впервые на Урале начала применяться высокоуступная технология добычи мрамора с использованием камнерезных машин с ат-

мазным канатом. На основе передового зарубежного опы га была принята схема получения блоков в две стадии - отделение монолитов от массива машинами с алмазным канатным режущим органом и последующее разделение их на блоки. Для горизонтального, продольного и поперечного вертикального резания приняты алмазные канатные камнерезные машины моделейTD-65, TD-45 итальянской фирмы «Pellegrini». Дтя разделки монолитов на блоки и пассировки бесформенных глыб использовалась малогабаритная канатная камнерезная машина TD-25.

С использованием высокоуступной технологии на Коркодннском карьере выход блоков по сравнению с баровой технологией увеличивается в 3,5 - 4 раза. В отдельные годы он достигал 40 % против 8,5 % поданным геологоразведки, полученным на опытном карьере камнерезными машинами с кольцевым баром. Было доказано также, что алмазные канатные пилы могут эффективно работать в зимнее время. Для этого охлаждающая вода, подаваемая в рез. предварительно подогревалась.

К 1997 году на высокоуступну ю технологию добычи блоков перешли карьеры предприятий ОАО «Кристалл» (Шабровское месторождение мрамора). ООО «Мабл» (Походиловскос месторождение мраморизованных известняков). ООО «Контур» (Макаровекое месторождение мрамора). ЗЛО «Карат» (Полевское месторождение мрамора). ООО «Коралл» (Сарапульское месторождение мрамор), ОАО «Свсрдловскметрострой» (Ново-Ивановское месторождение мрамора). ООО «Верхне-Уфалейскнй мраморный карьер» (Уфалейское месторождение мрамора). 000«ЛУКойл-Исеть» (Южно-Шабровское месторождение серпентинита). ОАО «Уфалейникель» (Коркодинское и Ольховское месторождения мрамора). ООО «Завод камнеобработки» (Починковсюое месторождение мрамора). ОАО «Оренбу ргэнерго» (Айдырлинское месторождение мрамора). Стала очевидной необходимость перехода на комбинированную технологию добычи блоков и на Коел гипс ком месторождении мрамора. После получения из Италии 12 алмазных канатных машин с буровыми у становками и опрокидными устройствами на карьере было организовано шесть технологических комплексов из двух канатных пил, одной - двух баровых машин и грузоподъемного крана. К концу 1997 года Коелгинский карьер был полностью переведен на комбинированную технологию добычи блоков. Средний выход блоков из горной массы за 1999 г. возрос в 1.94 раза по сравнению с 1996 годом и составил более 56.0 %. Уфалейский карьер перешел на высокоустугную технологию добычи блоков наклонными слоями. Большой вклад в это внесли ученые и специалисты Уральской государственной горно-геогогической академии, примявшие активное участие в переводе мраморных карьеров на высокоуступную технологию добычи блочного мрамора [ I ]. Разработанная ими технология подготовки к выемке выветрелых вскрышных пород с использованием взрывания с предохранительными мероприятиями позволила сократить подготовку новых карьеров облицовочных горных пород стерней прочности в 4-5 раз [10. 11]. При этом экономический эффект составил более 30 млн руб.

На сегодняшний день большинс-во карьеров блочного мрамора, серпентинита и аналогичных горных пород Уральского региона представляют собой хорошо развитые горные предприятия с высокоуступной технологией добычи блочного камня и современным технологическим оборудованием отечественного и зарубежного производства.

Несколько отстают в развитии карьеры прочных горных пород типа гранита. На них в основном применяется низкоуступная технология добычи с использованием буро клинового и тер-могазостру йного способов подготовки камня к выемке. Однако и здесь специалистами кафедры РМОС выполнен значительный комплекс исследований по применению новых вэрывчатых веществ и технологий для добычи прочных пород камня [12].

Эволюция технологии обработки природного облицовочного камня в советское время имеет свою историю развития. С пуском после гражданской войны ранее действующих уральских камнедобывающнх предприятий вопрос о дальнейшем развитии отрасли на Урале на повестку дня не ставится. Потребность в облицовочных изделиях из камня возрастает в стране в связи с началом строительства Московского метро, а затем и в других крупных городах России и союзных республик. Из материала дтя дворцов мрамор и другие виды облицовочного камня превращаются в строительный материал дтя широкого использования в промышленном и гражданском строительстве. Уже на первых станциях Московского метро широко используется уральский мра-

мор: белый - Прохорово-Батандинского и Коелгннского месторождений, серо-голубой мрамор Уфа-лейского месторождения и высокодекоратнвный цветной мрамор Нижне-Тагильского (Сапальс-кого) месторождения [8]. Сегодня нет ни одной станции метро в Москве, где хотя бы в небольшом количестве не применялся уральский мрамор.

Вслед за метро облицовочные изделия из камня начинают широко применяться на жилье в период строительства высотных зданий в Москве (1948-1953 гг.). Здесь было применено большое количество высокодекоратнвных мраморов Прохорово-Баландинского, Фомннского, Уфалейско-го, Нижнетагильского и других месторождений Урала. Однако с Урала поставлялось в Москву в основном сырье в блоках. Дело в том, что практически все предприятия по добыче и обработке камня в войну бездействовали, а после еойны в перву ю очередь начали работать карьеры, с которых камень уходил на восстановление разру шенных зданий и сооружений Москвы. Ленинграда и других крупных городов Советского Союза. Урал рассматривается лишь о качестве сырьевой базы камнеобрабатываюших предприятий, располагающихся в Мо:кве. Ленинграде и дру гих крупных городах Союза. Существующая в ге годы государственная ценовая политика приводила к тому, что основную прибыль получали камнеобрабатывающис предприятия, а добывающие, получая жалкие гроши за товарные блоки, всегда находились в трудном финансовом положении и не могли эффективно развиваться.

Развитие камнеобработки на Урате в послевоенный период происходит постепенно и с большим трудом. В 50-е годы входят в строй камнеобрабатываюшие цехи на Кослгинском. Прохорово-Батандинском. Мраморском и Шабровском карьерах мрамора, на Златоустовском и Миасском комбинатах строительных материатов. Все эти предприятия, размещенные в старых приспособленных помещениях, с устаревшим отечественным оборудованием, не смогли составить серьезной конкуренции хорошо оснащенным Московскому и Ленинградскому камнеобрабатывающим заводам.

Однако, несмотря на это, стоимость облицовочных плит, изготавливаемых на уратьскнх заводах, была значительно ниже, чем на заводах, работающих на привозном сырье. Целесообразность развития камнеобработки на Урате становится очевидной и для правительства России, поэтому начинают выделяться центратиззванные капитальные вложения на развитие уратьскнх предприятий по добыче и обработке камня.

В 1968-1976 гг. была проведена глубокая реконструкция на Кослгинском мраморном рудоуправлении. Камнеобрабатывающнй завод Коелгинского мраморного рудоуправления становится лучшим на Урате и может соперничать с другими крупными анатогнчными предприятиями страны (91- Появляется возможность изготавливать на многие уникатьные объекты страны архитектурно-строительные изделия с высокой строительной готовностью.

В последние годы сложность и художественная ценность архитектурно-строительных изделий, изготаатнваемых на Урате, значительно повысилась. Длд этого потребоватась новая модернизация камнеобрабатывающего завода ЗАО «Коелгамра.мор». В период выполнения заказа для мемориата на Поклонной горе в г. Москве предприятием была закуплена в Итатии широкоформатная линия для производства кру пноразмерных архитектурно-строительных изделий из мрамора итальянской фирмы «$|'тес Бра». В дальнейшем были смонтированы станки с компьютерным программным управлением для изготовления изделий из камня со сложными криволинейными формами. Благодаря этому ЗАО «Кослгамрамор» смогло полностью изготовить и поставить в кратчайшие сроки для уника!ьного объекта последних лет ъ Москве - Храма Христа Спасителя - сложнейшие архитектурно-строительные детали: колонны, подколенники, арки, барельефы, горельефы, шары, кронштейны, карнизы, архитравы, фризы, шары, полусферы и многие друл ие изделия.

С 1992 года эксплуатируется технологическая линия нг импортном оборудовании на Шабровском камнеобрабатываюшем заводе в 1993 году введен в строй камнеобрабатывающнй цех, оснащенный новейшим импортным оборудованием на ОАО «Уфатейникель». В 1994 и последующие годы введены в эксплуатацию комплектные технологические линии на импортном высокопроизводительном оборудовании на Ключевском заводе ферросплавов, ЗАО «Коелгамрамор», ООО «Мабл», ООО «Мраморгаз».

Новые и реконструированные ьамнеобрабатывающие цеха и заводы Урала представляю!' собой современные предприятия с высокопроизводительным импортным технологическим оборудованием и высоким уровнем механизации основных и вспомогательных процессов производства. Особенно выделяются камнеобрабатывающие цеха ООО «Мраморгаз», ЗЛО «Коелгамра-мор», ОАО «Уфалсйникель» и ООО «ЛУКойл-Исеть».

Наряду с традиционным производством облицовочных плит на отдельных предприятиях производятся уникальные высокохудожественные изделия из уральского камня. Почти забытое мастерство уральских камнерезов возрождается на новом художественном у ровне с использованием высокого мастерства художников по камню и комплексной механизации процессов обработки камня.

В заключение можно отметить, что в начале XXI века добыча и обработка природного камня на Урале находится на стадии обновления и развития. И немалая заслуга в этом специалистов кафедры разработки месторожде жй открытым способом.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бычков Г. В. Добыча и обработка уральского природного камня на рубеже тысячелетий // Горный журнал. 2001. Jfe3. С. 11-15.

2. Государственный архив Свердловской области (ГАСО), ф. 24. on. 1. д. 1177. л. 1. ф. 24. оп. 12. д. 5-а. л. 352. ф. 24. on. 1, д. 1226. л. 1 - I об.

3. Луппов С. П. История строительства Петербурга в первой четверти XVIII века. М.; Л.. 1957.

С. 111.

4. Преображенский А. А. Урал и Западная Сибирь в конце XVI - начале XVIII в. М.: Наука. 1972.

392 с.

5. Столяров А. М. Добыча естественных каменных материалов машинами системы Столярова // Строительство из естественных каменных материалов: Сб. ст. М„ 1951. С. 12-14.

6. Шакинко И. М.. Семенов В. Б. Завод «Русские самоцветы». Свердловск: Средне-Уральское книжное изд-во, 1976. 384 с.

7. Бычков Г. В. Машиностроение Урала для добычи и обработки камня Ч Вклад Урала в горное производство России за 300 лет / Под ред B.C. Хохрякова. Екатеринбург: Изд-во УГГГА. 2000. С. 176-182.

8. Бычков Г. В. Добыча и обработка облицовочного камня Н Вклад Урала в горное производство России за 300 лет/Под ред. B.C. Хохрякова. Екатеринбург: Изд-во УГЛА. 2000. С. 613-631.

9. Бычков Г. В. Уральский природный камень на рынке России // Камень и бизнес. 2000. Л'2 3. С. 10-12.

10. Бычков /." В. Управление взрывным рыхлением вскрышных горных пород на месторождениях природного камня // Итоги и проблемы производства, науки и образования в сфере добычи полезных ископаемых открытым способом: Материалы к международной научно-технической конференции 10-11 октября 2002 г. Екатеринбург. УГГГА. 2002. С. 142-146.

11. Бычков Г. В.. ЧупахннА. А.. Кокунин Р. В. Особенности расчета параметров буровзрывных работ на месторождениях природных облицовочных камней //Добыча, обработка, применение природного камня: Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ. 2001. С. 141-148.

12. Бычков Г. В.. Коку ни на Л. В.. Поздняков С. А. Новое взрывчатое вещество для отделения монолитов от массива // Состояние, проблемы и перспективы развития сырьевой базы и машиностроения для камнеобрабатывающей промышленности: Сб. науч. трудов I Международной научно-практической конференции в рамках Международной выставки «Камень-2004». М.: ГЛОБАЛ ЭКСПО. Екатеринбург: УГГГА. 2004. С. 69-75.