Факультеты
Кафедра разработки месторождений открытым способом
другие кафедры факультета

С 50-х годов прошлого века происходит интенсивное развитие и становление горной науки в сфере открытого способа разработки, которая сейчас занимает свое самостоятельное место в классификации горных наук. В течение 50-70-х годов одновременно с бурным развитием открытого способа разработки, который в короткое время превращается в преобладающий в горном производстве, также интенсивно развиваются научные исследования и подготовка кадров по профилю открытой разработки. Возникают кафедры открытых горных работ в Москве, Свердловске и Днепропетровске, а затем и в других вузах, лаборатории в академических и отраслевых НИИ, нарастают защиты кандидатских и затем докторских диссертаций, создается когорта энергичных молодых ученых, формируются научные школы открытчиков не только в Московском, но и в Криворожском, Днепропетровском, Свердловском горных вузах, а также в академических и отраслевых институтах горного дела в Москве (ИПКОН), в Свердловске (ИГД МЧМ), в Алма-Ате, а затем и в других регионах.

Для научных исследований и учебно-методической работы кафедры открытых разработок Свердловского горного института, созданной в 1954 г., характерны две отличительные черты:

Первая – это динамический подход к решению технологических задач открытой разработки. Молодые преподаватели и сотрудники (самым старшим – зав. кафедрой Хохрякову В.С., доцентам Шелесту А.Т., Молтусову Г.П. в 1962 г. было по 35 лет) легко и быстро восприняли новую научную идеологию в теории открытых горных работ. Методы горно-геометрического анализа В.В.Ржевского и А.И.Арсентьева начали использовать в курсовом и дипломном проектировании, в хоздоговорных научно-исследовательских работах, выполняемым по заданиям горных предприятий, а также развивать в своих диссертациях. Между кафедрой и школами В.В.Ржевского и А.И.Арсентьева на три десятилетия установились тесные творческие связи.

Во-вторых, кафедра в исследовании ряда проблем горного дела оказывалась  первой или даже была инициатором постановки той или иной научной задачи, которая затем развивалась в одну из наиболее актуальных проблем теории и практики открытых горных работ.

В докторской диссертации М.Г.Новожилова (1955 г.) впервые была рассмотрена проблема глубоких карьеров, хотя для того времени сама возможность глубины открытых работ более 400-500 м казалась фантастической. Диссертация В.С.Хохрякова (1954 г.) была посвящена исследованию условий применения мощных карьерных автосамосвалов, производство которых только что было освоено в Советском Союзе. А.Т. Кмитовенко и Г.П. Молтусов защитили диссертации по вопросам применения ленточных конвейеров сравнительно нового для того времени вида карьерного транспорта. В конце 50-х – начале 60-х годов начались работы по созданию методики учета разновременных затрат в технологических задачах открытой разработки и применению критерия прибыли для оценки технических решений, что выходило за рамки канонов, господствовавших в среде ученых-экономистов.

В середине 60-х годов начались работы по применению ЭВМ, которые только-только начали появляться в вузах и академических институтах, в середине 70-х годов – по созданию теоретических основ САПР горного производства, в середине 80-х годов – по обоснованию и разработке теоретических начал геоинформатики горного производства, в 90-х годах – по энергоемкости горного производства, прежде всего, карьерного транспорта.

Сотрудниками кафедры за период с 1966 по 2008 год защищено 60 кандидатских и 6 докторских диссертаций.

Повышенная экономическая подготовка студентов, базирующаяся на научных исследованиях преподавателей и являющаяся до сих пор отличительной чертой в педагогическом процессе кафедры, оказалась весьма полезной для многих выпускников, в их практической деятельности, как они неоднократно отмечали на своих традиционных встречах, Среди выпускников кафедры – известные доктора экономических наук (В.П. Чичканов, М.С. Суменков, В.П. Пахомов, А.М. Миняйло, Ю.А. Мамаев), преподаватели экономических дисциплин, научные сотрудники в области экономики горного дела.

На базе больших ЭВМ широко развернулись работы по горно-геометрическому моделированию на основе программ, разработанных М.Н. Сивковым, развернулось решение прикладных задач, был произведен (Корнилковым С.В., Беляевым В.Л.) послойный и поэтапный пересчет запасов по такому сложному и больших размеров месторождению как Баженовское асбестовое (длиной около 11 км), проводились комплексные расчеты вариантов глубины карьеров, их производственной мощности, направлений углубки, способов вскрытия (Саканцевым Г.Г.) на основе горно-геометрического анализа с построением календарных графиков и их экономической оценкой.

Методика моделирования и результаты расчетов по разным месторождениям, в том числе Качканарском железорудном, Тырнаузском, Николаевском меднорудном и др., широко обсуждались на конференциях, которые ежегодного проводились в рамках горной секции САПР Минвуза РСФСР. Кафедра стала головной по этой секции и получила целевое финансирование, которое осуществлялось в течение 15 лет. Естественно, это привело к широкому развитию работ, к созданию аспирантуры, а позднее к организации в 1990 г. специализированного совета для защиты диссертаций по новым специальностям: «Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (технические науки)» и «Системы автоматизированного проектирования в промышленности».

Среди диссертационных работ этого направления следует отметить кандидатские диссертации С.В.Корнилкова, М.Н.Сивкова, Г.Г.Саканцева, В.М.Каплана, В.В.Андрейчика. Особенно выделяется диссертация А.З.Яшкина, которая явилась переломным ключевым звеном в цепи исследований того времени (конец-60-х – начала 70-х), так как в ней впервые были сделаны два новых принципиальных решения: во-первых, вместо блочной была предложена точечно-цифровая модель, в которой первичным информационным элементом был не миниблок с адресным номером, а точка с координатами х, у на плоскости горизонтального слоя, на которые разделялось месторождение и карьер в границах горного отвода. Во-вторых, было предложено, в отличие от предыдущих методик, не совместное, а раздельное моделирование месторождения, рельефа местности и карьера.

К этим, в наше время кажущимися элементарными, принципам моделирования исследователи пришли в результате длительных и интенсивных работ не только в СГИ, но и в других центрах – в Москве, Алма-Ате, Усть-Каменогорске, Ташкенте и др. Причина была в том, что первая простейшая миниблочная модель, предложенная И.Б.Табакманом, в которой блок размером 10?10?10 м содержал всю информацию о геологии, технологии, экономике, а месторасположение его в пространстве горного отвода карьера определялась порядковым номером. Количество таких блоков для крупного карьера исчислялось десятками  и сотнями тысяч, а в каждом миниблоке содержались десятки и сотни цифр. Поэтому кодирование модели в цифровой форме для ввода в ЭВМ превращалась в рутинную тяжелейшую длительную работу, что оказывалось основным препятствием на пути практического применения ЭВМ для проектирования и планирования горных работ в реальных условиях.

Переход на точечно-цифровые послойные модели, раздельные для карьера и месторождения и рельефа местности, основы которых были впервые разработаны в диссертации А.З.Яшкина (1972 г.), решил эту проблему, хотя и был он не одномоментным, а занял длительное время. Но он оказался ключевым и привел к обоснованию геоинформатики.

В конце 70-х – начале 80-х годов среди специалистов шли дискуссии о том, какие принципы должны быть положены в основу создания банков данных для горного предприятия и, прежде всего, месторождения, карьера, а также рельефа местности, системы транспортных коммуникаций и всей инфраструктуры с учетом зон воздействия на окружающую среду. Горная секция САПР пользовалась в этом вопросе консультациями академиков А.А.Самарского, Н.Н.Красовского, проф. Чистова В.П. и других специалистов.

Постепенно в результате развития работ по математическому моделированию, а также работ по компьютерной графике в приложении к рельефу местности, трассам коммуникации и карьерам стала созревать необходимость создания таких информационных банков данных, в которых бы в единых координатах трехмерного пространства и времени были записаны в виде точечно-цифровых массивов геология, параметры горных работ и прочие компоненты. С.В.Корнилков предложил в 1979 г. понятие «информационная емкость» модели и назвать такой подход техно-гео-информационным.

В это время в литературе по горному делу и геологии, а также в смежных областях этого термина не было. Более того, в Большом энциклопедическом словаре не только 1982 года издания, но и в более позднем 1997 года, он также отсутствует. Поэтому было принято решение назвать этот метод, позволяющий представить информацию о месторождении и горных работах в виде массива точек в трехмерной системе координат, геоинформационным. Наш приоритет в этой части был зафиксирован в докладе «Геоинформационный метод математического моделирования» на VII Всесоюзном семинаре по оптимизации горных работ, в ИГД СО АН СССР в 1985 году, а затем в статьях, опубликованных в 1986 г. в журналах «Физико-математические проблемы разработки полезных ископаемых» и «Горный журнал. Известия вузов».

В результате исследований были выпущены два издания учебного пособия с грифом УМО «Введение в геоинформатику горного производства» (1999 и 2001 гг.), которые явились первыми в отечественной практике в сфере горного дела.

Результаты работ кафедры по системам автоматизированного проектирования широко тиражировались и использовались в вузах горного профиля, в проектных и исследовательских институтах, а также на предприятиях.

В 1986 г. по приказу Минвуза РСФСР на кафедре был проведен семинар заведующих кафедрами горных вузов с практическими занятиями участников в вычислительных работах. К 1990 г. была произведена передача методического и программного обеспечения САПР в 9 вузов и 25 других организаций и были получены  акты внедрения в учебный процесс в Московском геологоразведочном институте – 10 задач, КИЦМ – 16 задач, Криворожским горнорудным – 7 задач и др. С 1985 г. на кафедре проходили стажировку длительность от 2 недель до 2-х месяцев преподаватели горных вузов – Магнитогорского горно-металлургического, Красноярского цветных металлов, Софийского горно-геологического и др.

По результатам работ по САПР в 1985 г. было выпущено издательством «Недра» учебное пособие (14 печ.л.) с грифом Минвуза РСФСР «Автоматизированное проектирование карьеров», которое явилось одной из первых книг в стране по проблеме САПР.

Помимо горно-технологических, горно-экономических, горно-транспортных и геоинформационных, на кафедре имели место работы по истории горного дела. Началу работ этого направления положил фундаментальный труд «Разработка месторождений полезных ископаемых Урала» (М.: Недра, 1967. – 40 печ.л.), в создании которого кафедра выступила не только как один из авторов, но и как основной редактор и организатор большого коллектива (56 чел.) соавторов. Затем вопросы этого направления рассматривались в ряде статей, а с 1998 года началась работа по созданию многотомной горной энциклопедии «Урал горный на рубеже веков». В 2000 г.  к юбилею 300-летия горного дела в России был издан первый том «Вклад Урала в горное дело России за 300 лет» (680 стр., тираж 1000 экз.), в 2004 г. к юбилею университета был издан второй том «Горное производство Урала цветной металлургии» (667 стр., тираж 1000 экз.), готовятся к изданию последующие тома «Золото Урала», «Уголь Урала»  и др.

Отдельные работы по вопросам карьерного транспорта выполнялись уже в 60-80-е годы, но интенсивное развитие этого направления уже на новом уровне с применением компьютеров и геоинформационных моделей началось в 90-х годах.  Эти работы возглавил Ю.И. Лель, под руководством которого защищены кандидатские диссертации Е.Ю. Ребриным (1995) и Е.Ю. Терехиным (2001), внедряются системы управления карьерным автотранспортом на Сафьяновском меднорудном, Баженовском асбестовом, Саткинском магнезитовом карьерах (Ю.В. Стенин, А.И. Стариков), реализуются компьютерные программы в Уралгипроруде. В своей докторской диссертации (1998 г.). Ю.И. Лель изложил результаты многолетних исследований энергоемкости карьерного транспорта, обосновал применение нового показателя удельного действия для энергетической оценки видов карьерного транспорта и создал систему этой оценки.

Научно-исследовательская работа кафедры в последний период проходит в тесном содружестве с ИГД УрО РАН, институтом НИИОГР, который является научно-техническим центром угольной промышленности по открытым работам, а также с проектным институтом Уралгипроруда.

Кафедра за весь период своего существования выполнила значительное количество хоздоговорных работ не только для горных предприятий Урала – Качканарского ГОКа, комбината Ураласбест, Учалинского и Сибайского меднорудных карьеров и др., но также для горных предприятий в других регионах: Соколовско-Сарбайского ГОКа, Восточно-Казахстанского, Николаевского меднорудного карьера, фосфоритных карьеров Каратау, алмазного карьера «Трубка Мир», карьеров Верхнеднепровского металлургического комбината и др.

С начала 70-х годов в течение 15 лет на кафедре функционировала отраслевая лаборатория Министерства цветной металлургии СССР, в рамках которой выполнен ряд работ отраслевого характера по «Разработке методических положений прогнозирования основных направлений развития технологии открытых работ на карьерах цветной металлургии до 2000 г.», по «Разработке общих нормативно-методических положений автоматизации проектных работ карьеров цветной металлургии», по «Созданию норм технологического проектирования горнорудных предприятий цветной металлургии с открытым способом разработки и др.

Большинство из выполненных НИР были в той или иной мере реализованы, а по ряду работ был получен значительный экономический эффект.

Программно-методическое обеспечение для автоматизированного проектирования и планирования горных работ, а также ряд обучающих программ были переданы в проектные институты и вузы горного профиля.

В 1995 г. при кафедре РМОС по решению Ученого совета института был создан Центр добычи и обработки природного камня, который возглавил известный специалист в области добычи и обработки природного камня, старший научный сотрудник кафедры, к.т.н. Бычков Г.В. В 2003 г. Г.В. Бычковым была успешно защищена докторская диссертация на тему «Направления повышения эффективности технологий добычи и обработки природного камня на Урале».

С начала создания Центра была поставлена цель – оказание научной и практической помощи уральским предприятиям по добыче и обработке камня. Тесная связь Центра с предприятиями позволила  выявить проблемные задачи и разработать технологические и технические решения по повышению эффективности добычи и обработки камня на Урале. Суммарная экономическая эффективность выполненных исследований составила более 150 млн руб. в действующих ценах.

В 1998 г.  в рамках специальности 090500 – «Открытые горные работы» была организована подготовка горных инженеров по специализации 090506 – «Добыча и обработка природного камня». Ежегодный выпуск по указанной специализации составляет 8-12 чел. Выпускники пользуются большим спросом не только на камнедобывающих предприятиях Урала, но и в других регионах России, а также в странах СНГ и дальнего зарубежья.

В 1997 г.  преподавательский коллектив кафедры РМОС пополнился за счет сотрудников ликвидированной кафедры разработки россыпных месторождений. В рамках специальности 090500 была организована подготовка горных инженеров по специализации 090504 – «Разработка россыпей». Истощение запасов россыпного золота, трудности перехода к рыночной экономике обусловили отказ золотодобывающих предприятий от капиталоемких и сложных схем разработки россыпных месторождений. На первый план выдвинулись научные направления:

  • изыскания по созданию горнодобычных комплексов для разработки техногенных россыпей, содержащих мелкое золото;
  • исследования процессов и экономической безопасности нетрадиционной технологии добычи золота методом кучного выщелачивания.