Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Унирс / КОНСПЕКТ УИРС.doc
Скачиваний:
55
Добавлен:
20.04.2015
Размер:
723.46 Кб
Скачать

Классификация горных наук

Таблица 3

ГОРНОЕ НЕДРОВЕДЕНИЕ

Горнопромышленная геология

Геометрия и квалиметрия недр

Геомеханика

Разрушение горных пород

Рудничная аэрогазодинамика

Горная теплофизика

ГОРНАЯ СИСТЕМОЛОГИЯ

Теория проектирования освоения недр

Экономика освоения георесурсов

Горная информатика

Горная экология

ГЕОТЕХНОЛОГИЯ

Физико-техническая геотехнология

Физико-химическая геотехнология

С т р о и т е л ь н а я г е о т е х н о л о г и я

Геотехника

ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Технологическая минералогия

Дезинтеграция и подготовка минерального сырья к обогащению

Физические и химические процессы разделения, концентрации и переработки минералов

Физические и химические процессы извлечения полезных компонентов из природных и техногенных вод

Термин «Строительная геотехнология (геотехнология)» впервые ввел в обиход академик В.В.Ржевский. Ее становление как горной науки связано с восстановлением промышленности России в 20-е годы ХХ столетия и характеризуется созданием и совершенствованием научных основ проектирования и строительства шахт и рудников, организацией систематических исследований по проблемам горного дела.

Строительная геотехнология – горная наука о прочности, устойчивости и долговечности подземных сооружений, технических, экономических и организационных взаимосвязях технологических процессов при их строительстве, реконструкции и восстановлении.

Целью Строительной геотехнологии как науки является изучение объективных закономерностей и взаимосвязей между элементами горностроительной технологии, качественно и количественно характеризующих эксплуатационную надежность подземных сооружений и эффективность процесса их строительства, реконструкции и восстановления.

Главной задачей Строительной геотехнологии следует считать разработку научных рекомендаций, обеспечивающих надежность, безопасность и эффективность реализации технических решений по строительству, реконструкции и восстановлению подземных сооружений.

Строительная геотехнология как составная часть комплекса горных наук связана с широким кругом естественных, общетехнических и социально-экономических наук. В своем развитии она опирается на знания физики, химии, математики, геологии, теплотехники и термодинамики, экономической теории, социологиии др. Кроме того, ее специфические особенности обусловливают связь состроительной механикой, инженерной геологией, материаловедением, охраной труда, экологией и правом.

Из комплекса горных наук наиболее тесную связь Строительная геотехнология имеет с Геомеханикой, Геотехнологией, Геотехникой.

Первые научные обобщения и систематизация опыта горнопроходческих работ в России появились в статьях Н.А.Успенского, М.М.Протодъяконова, Б.И.Бокия. Первым фундаментальным научным трудом по проектированию буровзрывных работ при проведении горных выработок стала монография М.М.Протодъяконова «Материалы для урочного положения горных работ» (1926 г.). Им же заложены основы планирования и нормирования горных работ.

Интенсивное развитие Строительной геотехнологии в основном относится к периоду 30 40-х годов. Этому в значительной мере способствовало внедрение механизации основных процессов горнопроходческих работ на базе электрификации горной промышленности. Большое значение в развитии теории механизации горнопроходческих работ сыграли конструкторский институт «Гипроуглемаш», а также научные коллективы, работавшие под руководством А.М.Терпигорева, А.О.Спиваковского и других ученых.

Проводились исследования по разработке специальных способов строительства выработок с применением сжатого воздуха (В.А.Федюкин, Е.В.Платонов, П.П.Кучеренко, Н.И.Крылов, Н.Н.Филиппов), замораживания водоносных пород (Н.Г.Трупак, Я.А.Дорман), тампонирования трещиноватых горных пород (А.А.Бойков, А.И.Гертнер), бурения стволов (Г.И.Маньковский, Ш.Оганесов, Д.В.Солодовников, Ф.Д.Мещеряков) и скважин большого диаметра (В.П.Иванов, К.Н.Щепотьев).

Большое значение в этот период сыграли научные труды Н.М.Покровского по систематизации, анализу и обобщению производственного опыта в области проведения горных выработок обычными и специальными способами. Исследования в области строительства шахтных стволов позволили оптимизировать параметры буровзрывного комплекса (Э.О.Миндели), разработать и внедрить мобильные средства механизированной погрузки породы (А.Ф.Чугунов и Я.И.Балбачан), внедрить новые типы тяжелых бурильных машин (Н.А.Малевич), средства проходческого водоотлива (И.Т.Першин), вентиляции (В.Н.Воронин). При строительстве горизонтальных и наклонных выработок широкое применение получила прогрессивная технологическая схема проведения сплошным забоем, начали использоваться новые методы расчета основных параметров буровзрывного комплекса в зависимости от крепости породы, размеров выработок, уровня механизации работ и других факторов. Внедрялись первые отечественные погрузочные машины и проходческие комбайны.

В послевоенный период проведение широкомасштабных работ по восстановлению разрушенных шахт Донбасса дало импульс началу систематических исследований в области реконструкции, восстановления и ремонта горных предприятий. Результаты этих исследований обеспечили стране решение важнейшей народнохозяйственной задачи в кратчайшие сроки (В.Г.Гейер, Н.Н.Игнатов, Е.А.Калмыков, А.Т.Картозия, Д.Н.Каминский, Б.Я.Седов, Г.В.Сурмило, Н.Н.Чернавкин и др.).

Развитие тоннелестроения в эти же годы связано с именами А.Н.Пассека, В.Л.Волкова, Ю.А.Лиманова.

В 50 60-х годах продолжают совершенствоваться техника и технология горностроительных работ. Создаются и внедряются высокопроизводительные машины и комплексы, механизирующие бурение шпуров и погрузку породы при проходке стволов.

Формируется научно-педагогическая школа Заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, доктора технических наук, профессора Н.М.Покровского, выдающегося ученого и педагога – создателя учебной дисциплины по технологии строительства горных предприятий и подземных сооружений и основателя специальности «Шахтное и подземное строительство» в системе высшего горного образования России. Его учебники, переведенные на английский, китайский, японский, болгарский и другие языки, уже более шестидесяти лет являются настольной книгой горных инженеров-строителей в России и за рубежом. Причина их долголетия заключается в умелом отборе и систематизации материала, точном соотношении его объемов, удивительной способности автора выделить главное, не опустив при этом необходимые детали, легкодоступном для студента стиле изложения.

Развиваются исследования процессов проходки стволов с установлением области целесообразного применения различных средств механизации. Разрабатываются рекомендации по совершенствованию технологии бурения шпуров, погрузки породы, проходческого подъема, водоотлива, вентиляции, возведения, постоянной крепи, армировки и др. процессов (Б.В.Бокий, В.Е.Нейенбург, Е.Т.Проявкин, Ю.К.Епифанцев, В.И.Кочетков, В.А.Чекин, Ю.З.Заславский, Г.А.Ганзен, В.К.Фисейский, Р.А.Тюркян, Н.И.Храбцов и др.).

При строительстве горизонтальных выработок внедряются новые типы пневматических бурильных машин быстроударного действия с механической подачей (В.К.Бучнев), применяются высокопроизводительные погрузочные машины различного типа, спроектированные с учетом крепости породы и размеров выработки (Н.А.Малевич, С.Х.Клорикьян), совершенствуется призабойный транспорт (А.О.Спиваковский), организуются массовые скоростные проходки, внедряются новые типы проходческих комбайнов и щитовых комплексов.

Разрабатываются новые конструкции крепей и механизмов для их установки в выработке, применяются научно обоснованные методы расчета крепи с использованием теории предельного состояния (П.М.Цимбаревич, В.Д.Слесарев, Б.М.Самойловский, В.Н.Семевский). Проводятся исследования по разработке различных типов буровых установок для бурения стволов и скважин большого диаметра (Г.И.Маньковский, Р.А.Иоаннесян, Г.И.Булах, М.Т.Гусман, Д.В.Солодовников, Ф.Д.Мещеряков и др.). Выходят в свет фундаментальные научные труды по бурению стволов (Г.И.Маньковский), искусственному замораживанию пород при проведении горных выработок (Н.Г.Трупак), химическому закреплению песчаных грунтов (Б.А.Ржаницын). Разрабатывается теория процессов теплопередачи в горных породах при их замораживании (Х.Р.Хакимов, Б.В.Проскуряков, Г.С.Шадрин, А.П.Пехович, И.А.Чарный и др.).

В этот период получают широкое развитие исследования в области тоннелестроения и в частности метростроения. Начиная с первой очереди Московского метрополитена, научные исследования концентрировались в созданном в 1933 г. научно-исследовательском секторе (НИС) Метростроя, который в 1945 г. был преобразован в Контору научно-исследовательских работ Метростроя, а в 1950 г. – в Отделение тоннелей и метрополитенов Всесоюзного научно-исследователького института транспортного строительства (ЦНИИС), руководителями и сотрудниками которого в разные годы были видные ученые и деятели Мосметростроя и Метропроекта: О.Ю.Антонов, Б.Н.Виноградов, Я.Н.Новиков, Э.З.Юдович, Н.А.Губанков, Н.Е.Черкасов, Е.А.Демешко, В.П.Самойлов, В.С.Пикуль, В.Е.Меркин, В.В.Чеботаев, И.Я.Дорман. Исследования ученых были направлены на создание высокопроизводительной техники для строительства тоннелей, новых технологических процессов, прогрессивных конструкций тоннелей. Для отечественного тоннелестроения характерен массовый переход от чугунных обделок к железобетонным, обоснование и внедрение технологии щитового способа строительства тоннелей мелкого заложения и др. (В.П.Волков, С.Н.Наумов, А.Н.Пирожкова, В.Г.Храпов, Ю.А.Лиманов, П.А.Часовитин).

В 60-е годы получает развитие строительство подземных гидротехнических сооружений. В состав комплексов подземных гидросооружений, располагаемых преимущественно в скальных породах, входят тоннели, шахты, камеры, конструкции которых чрезвычайно разнообразны. К специфическим особенностям этих сооружений относятся и их размеры. Площадь поперечного сечения тоннелей для пропуска воды доходит до 300 кв.м, площадь камерных выработок для размещения в них машинных залов ГЭС превышает 1500 кв.м, диаметр стволов шахт – до 30 м. Усилиями отечественных ученых разрабатываются научные основы их проектирования и строительства, включающие способы строительства тоннелей и камер - для выработок большого поперечного сечения с использованием комплексной механизации подземных работ на базе самоходного оборудования и применения облегченных крепей, позволяющих вести проходку сплошным забоем и по элементам сечения, последовательно или параллельно во времени; методы расчета параметров буровзрывных работ, вентиляции, крепления и погрузки породы в тоннелях и камерах; алгоритмы построения циклов проходческих и бетонных работ, обеспечивающие наивысшие для данных условий скорости строительства подземных сооружений.

Разработка научных основ строительства подземных гидросооружений и их реализация проводились в течение многих лет большой группой исследователей (В.М.Мостков, П.Д.Степанов, Е.М.Глазунов, Ю.Е.Хечинов, Д.М.Голицынский, Л.И.Малышев и др.) в самом тесном контакте с проектировщиками (В.Ф.Илюшин, Г.Я.Гевирц, А.Б.Васильев, Д.А.Фурта, Ю.Ф.Потапов и др.) и строителями (В.С.Эристов, В.Л.Куперман, В.И.Матин, А.М.Кельми, Н.В.Дмитриев, В.М.Башмаков, У.И.Годжиашвили, А.А.Вартанян, М.А.Цискаришвили и др.).

На рубеже 50 – 60-х годов построена первая в мире подземная атомная станция, в числе создателей которой были и шахтостроители – выпускники Московского горного института.

В эти же годы в горнодобывающих отраслях промышленности внедряются мощные стволовые проходческие комплексы, обеспечивающие высокую механизацию проходки стволов (Д.И.Малиованов, Н.А.Малевич), разрабатываются принципы автоматизации погрузки и выгрузки породы, проходческого подъема, двухступенчатого водоотлива. Отрабатывается новая технология возведения монолитной бетонной крепи с применением створчатой опалубки и подачей бетона в ствол самотеком по трубам. Проводятся исследования по оптимизации проходческого цикла, учитывающие глубину шпуров, производительность погрузки породы и подъема, высоту створчатой опалубки, а также горно-геологические и технические условия строительства (Н.М.Покровский). На основе научных обобщений организованы скоростные проходки вертикальных стволов, позволившие установить мировые рекорды (Р.А.Тюркян, А.А.Пшеничный, И.С.Стоев, С.С.Меликсетов, Ю.З.Заславский и др.). Продолжаются теоретические и экспериментальные исследования по созданию проходческих комбайнов (Д.Г.Оника, Я.Я.Гуменник, К.А.Лоханин, В.И.Абморышев, В.И.Крутилин, В.А.Бреннер, Н.П.Юдин и др.).

Существенное значение в развитии комбайнового способа проведения горных выработок сыграли работы по гидроприводу. В этот же период значительный вклад был внесен в разработку теории разрушения горных пород при бурении, оптимизацию режимов бурения, создание конструкций бурильных машин и бурового инструмента, средств борьбы с пылеобразованием (А.Ф.Суханов, В.К.Бучнев, Л.И.Барон, О.Д.Алимов, Б.Н.Кутузов, Б.Ф.Кирин и др.). Под руководством Г.И.Маньковского разработаны теоретические основы гидродинамики промывочных растворов, проектирования бурового инструмента, режимов бурения, динамики буровых установок, регенерации промывочного раствора (П.Я.Кочин, И.М.Верховский, Д.С.Муравьев, Л.Г.Подоляко, А.А.Шубин, В.А.Федюкин и др.). Научно обосновывается возможность расширения области целесообразного применения способа замораживания горных пород для строительства стволов в условиях больших глубин, высоких напоров и засоленности подземных вод, температуры среды и фильтрации (Г.И.Маньковский, И.Д.Насонов, О.А.Долгов, П.А.Шрайбер, А.З.Литвин, П.М.Тютюнник и др.). Внедряется способ возведения крепи в тиксотропной рубашке при проходке стволов в сложных горно-геологических условиях (Х.И.Абрамсон, В.Б.Михайлов, А.И.Навасардов).

Научные обобщения отечественного и зарубежного опыта обеспечили более высокий уровень производства работ по строительству подземных сооружений большого поперечного сечения. Особо следует отметить разработку и широкое применение механизированных тоннелепроходческих машин, самоходного мощного бурового оборудования, контурного взрывания. Проводятся исследования по внедрению комбайновой технологии проведения выработок в крепких породах (Л.Б.Глатман, А.Г.Лаптев, М.Г.Крапивин, Б.И.Федунец, Я.И.Базер и др.). Внедряется высокоэффективный способ строительства тоннелей с монолитно-прессованной обделкой (В.Л.Маковский, Я.И.Маренный, Л.С.Афендиков, Е.А.Демешко, В.А.Ходош, Ю.А.Кошелев).

В 70 – 80-е годы проводятся широкие исследования по обоснованию прогрессивных конструкций крепей горных выработок и обделок подземных сооружений (Ю.З.Заславский, А.П.Максимов, И.Г.Косков, Л.М.Ерофеев, М.Н.Гелескул, В.Н.Каретников, И.Л.Черняк). Особый интерес представляют исследования по разработке анкерной крепи (В.П.Волков, В.Н.Семевский, А.Н.Комаровский, А.П.Широков, Г.И.Кравченко, О.В.Тимофеев, В.П.Вишневский), крепей из набрызгбетона (Д.М.Голицынский, Э.В.Казакевич, В.С.Воронин). Развивается новое направление в исследованиях по креплению горных выработок, основанное на использовании несущей способности массива как породной конструкции (Г.Г.Литвинский, Е.Б.Дружко, К.В.Кошелев, Ю.З.Заславский), формируется научная и учебная дисциплина «Механика подземных сооружений» (Н.С.Булычев, И.В.Баклашов, Б.А.Картозия, Н.Н.Фотиева).

Проводятся фундаментальные исследования различных моделей взаимодействия системы «крепь – массив» и разрабатываются новые методы расчета конструкций крепей и обделок (Ю.Н.Айвазов Н.С.Булычев, Л.А.Джапаридзе, И.Я.Дорман, В.Н.Каретников, В.Л.Попов, А.Г.Протосеня, Н.Н.Фотиева, Н.Н.Шапошников и др.),

Разворачиваются исследования по разработке конструкций подземных хранилищ нефти и газа и технологии их строительства (О.М.Иванцов, В.А.Мазуров, В.И.Смирнов).

В области проектирования и строительства зданий и сооружений шахтного комплекса научные исследования были направлены на решение вопросов оптимального их блокирования, функционального зонирования территорий предприятий, обеспечение прогрессивных технологических режимов, исключающих загрязнение окружающей среды (А.П.Максимов, Г.П.Антонов, В.Н.Борисов, Ю.Б.Пильч, А.Г.Фролов и др.).

Ведутся систематические исследования механических процессов в системе «армировка – подъемный сосуд». Разработанная динамическая модель позволила обосновать, разработать и внедрить новые конструктивные решения армировки стволов, в частности, армировку с переменным шагом расстрелов, консольные и безрасстрельные конструкции (Л.Г.Медведев, О.А.Залесов, И.В.Баклашов, А.А.Доброхотов, Н.Г.Гаркуша, В.Н.Борисов В.И.Дворников и др.).

В связи с широкой реконструкцией действующих в угольной и горнорудной промышленности предприятий особое внимание уделяется вопросам углубки стволов (И.В.Баронский, Ю.А.Веселов, А.М.Задорожный).

Проводятся исследования по разработке строительных материалов, способных в наибольшей степени удовлетворять требованиям, предъявляемым к конструкциям подземных сооружений в особо неблагоприятных условиях. Примером подобных исследований является изучение механизма процесса массопереноса в бетонных конструкциях обделок при фильтрационном, диффузионном и капиллярном потоках агрессивных веществ и кинетики коррозийных процессов (Ю.Н.Куликов, А.А.Шилин, Т.Г.Читашвили, Е.Ю.Куликова и др.). Получены шлакосиликатные вяжущие, обеспечивающие в два раза более высокую прочность шахтных бетонов по сравнению с обычными вяжущими (И.Г.Косков и др.).

Выполнены теоретические и опытно-экспериментальные исследования по применению ядерных взрывов для создания подземных емкостей (М.А.Садовский, Ю.Б.Харитон, О.Л.Кедровский, К.В.Мясников). Обобщаются исследования по всему комплексу строительства горных выработок и подземных сооружений в различных условиях (Н.М.Покровский, И.Д.Насонов, В.В.Смирняков). Систематизируются теоретические исследования и производственный опыт строительства тоннелей и подземных сооружений больших размеров, в которых отражены выбор способа и технологии строительства, методы расчета основных параметров производственных процессов, организации работ, установление области целесообразного применения высокопроизводительных машин и комплексов, научные основы автоматизированных систем проектирования организации и производства горностроительных работ (В.М.Мостков, Л.В.Маковский, В.П.Волков, А.Н.Комаровский, Р.А.Резников, Д.М.Голицынский, В.И.Самойлов и др.). Большое внимание уделяется развитию и совершенствованию строительства стволов с использованием тампонирования горных пород (Э.Я.Кипко, И.Д.Насонов, О.Ю.Лушникова, Ю.А.Полозов, Е.П.Калмыков, В.А.Хамиляйнен, П.П.Гальченко).

Развиваются нетрадиционные способы замораживания при строительстве городских подземных сооружений (М.Н.Шуплик, В.И.Ресин, С.М.Дукаревич, В.Н.Пуголовкин). Осваивается строительство подземных сооружений способом «стена в грунте», построена крупнейшая в Москве подземная автостоянка в районе ВВЦ.

Высшими учебными заведениями изданы новые учебники по проектированию и строительству горных предприятий и подземных сооружений различного назначения (Б.В.Бокий, В.П.Волков, А.Г.Гузеев, Е.А.Демешко, И.Д.Насонов, В.Л.Маковский, В.М.Мостков, В.Л.Попов, Н.М.Покровский, В.В.Смирняков, Б.И.Федунец, В.А.Федюкин, В.Г.Храпов, М.Н.Шуплик и др.).

Во второй половине 80 – начале 90-х гг. исследованиями отечественных ученых-метростроителей разработаны и внедрены сборная железобетонная (унифицированная) обделка перегонных тоннелей и цельносекционная обделка для тоннелей, сооружаемых открытым способом (Б.П.Бодров, С.А.Орлов). Созданы конструкции станций односводчатого и пилонного типов глубокого заложения из сборного железобетона – первая в Москве односводчатая станция «Тимирязевская» глубокого заложения без применения чугуна (О.Ю.Антонов, В.Л.Маковский).

Эффективно используются в метростроении созданные по техническим заданиям ЦНИИС отечественные механизированные проходческие щиты (Щ -105, КТ-1-5,6, КТ-5,6-Д2, КМ-42), комплекс КМО-2х5 для проходки тоннелей из цельных секций при открытом способе работ (В.П.Волков, Н.Е.Черкасов, В.П.Самойлов, С.А.Маршак, Ю.М.Гапанович, Д.И.Малиованов, Е.А.Демешко, С.Н.Селиверстов, В.М.Ауэрбах, В.Х.Клорикьян и др.).

Проводятся исследования, закладывающие основы управляемых технологий проведения и крепления выработок. Применительно к тоннелестроению выполнены необходимые исследования и разработаны научные основы применения набрызгбетона в качестве временной и постоянной крепи: созданы необходимая нормативная база и технические средства, обеспечивающие эффективное внедрение этого прогрессивного способа. Комплексную механизацию набрызгбетонных работ при этом обеспечивает оборудование ЦНИИС, выполненное на современном техническом уровне (В.Е.Меркин, В.В.Чеботаев, И.В.Гиренко). В угольной промышленности проведены первые опытные испытания крепи регулируемого сопротивления (А.В.Быков, В.А.Пшеничный, Б.А.Картозия, А.В.Корчак, Ю.И.Свирский, Г.М.Цейтлин).

Проводятся исследования в области научной организации труда при строительстве горных выработок (В.М.Рогинский, В.В.Першин и др.).

Крупнейшим научно-техническим достижением в области тоннелестроения явилось строительство тоннелей БАМ. Проведены исследования, разработаны технические и технологические решения по закреплению грунтов, водопонижению, унификации сечений, конструкциям обделок, новым строительным материалам, что обеспечило строительство Северо-Муйского и других тоннелей (В.Е.Меркин, С.Н.Власов, В.А.Бессолов, Н.Н.Фотиева, Н.С.Булычев, К.П.Безродный, С.Н.Селиверстов, Ю.И.Лещанский, А.Д.Басов, А.Г.Мадегора и др.).

ВКЛАД МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА В РАЗВИТИЕ «СТРОИТЕЛЬНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ» И РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ «ОСВОЕНИЕ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА

Значительный вклад в становление и развитие научных исследований в области освоения подземного пространства внесла кафедра СПС и Ш, созданная одновременно со специальностью «Шахтное строительство» в 1930 году по решению руководства Московской горной академии [3]. С 1932 года учеными кафедры выполняются работы, направленные на решение актуальных научных проблем шахтного строительства.

Опираясь на глубокие теоретические исследования, проф. П.М.Цимбаревич сформулировал основные положения теории горного давления и крепления выработок. Его перу принадлежат «Механика горных пород» (1934) и фундаментальный учебник «Курс рудничного крепления» (1936).

По заданию Наркомата тяжелой промышленности на кафедре были разработаны: «Правила производства работ и техники безопасности при проходке стволов шахт», «Расчетная таблица для замены круглого леса распилом» (П.М. Цимбаревич) и «Механизация работ по проведению наклонных выработок» (Н.М. Покровский). Кафедра проводила экспертизу крупных технических предложений, в частности таких, как: «Ограждающая передвижная крепь очистных забоев системы Журавлева» и «Щит для очистных работ Кузбасса системы Чинакала».

В 1939 году Наркомат угольной промышленности (НКУП) поручил кафедре провести анализ и оценку состояния проектирования, испытания и внедрения новых машин и механизмов при проходке стволов шахт и горизонтальных выработок. Комиссия под руководством Н.М. Покровского проанализировала состояние работ по проектированию новых машин в Гормашпроекте, а также результаты испытаний ряда машин по механизации бурения шпуров и погрузке породы при проходке стволов на шахтах Донецкого и Подмосковного бассейнов.

Результаты исследований были доложены коллегии НКУП. Коллегия рекомендовала их для использования при проектировании новой горнопроходческой техники и технологии проходки шахтных стволов и капитальных горизонтальных выработок.

После начала Великой Отечественной войны кафедра вместе с институтом была эвакуирована и продолжила работу в Караганде. В 1942 году кафедре было поручено обобщить мировую практику восстановления капитальных горных выработок шахт и разработать методы производства и восстановления стволов, камер, капитальных горизонтальных и наклонных выработок для условий Донецкого бассейна. Коллектив кафедры во главе с Николаем Михайловичем Покровским в 1942 году выполнил крупную научно-исследовательскую работу «Восстановление горных выработок», которая была одобрена и принята техническим управлением НКУП. На базе этих исследований в 1943 году была разработана «Инструкция по восстановлению вертикальных горных выработок», которая явилась основным нормативным документом при восстановлении шахт Донбасса.

После возвращения института из эвакуации в Москву была восстановлена и расширена материально-техническая база кафедры. Созданы лаборатории фотоупругости, искусственного замораживания горных пород, водопонижения, механики горных пород и строительных материалов. Научные исследования этого периода, осуществлявшиеся под руководством Н.М.Покровского, были направлены на дальнейшее совершенствование техники и технологии шахтного строительства. Кафедра исследовала влияние бурового инструмента на скорость бурения шпуров (Г.Д.Чупрунов, Ю.К.Епифанцев), механизацию погрузки пород при проходке стволов (В.Е.Нейенбург), процессы осушения пород (А.И. Чекин), вопросы безопалубочного бетонирования при проведении выработок (А.М.Солодов, Э.В.Казакевич), организацию погрузочных работ в стволах (В.К.Фисейский), технологию контурного взрывания (П.В.Сдобников, Д.Н.Степанов), щитовую проходку горных выработок в сложных гидрогеологических условиях (С.А.Маршак) и технологию строительства гидротехнических тоннелей (Е.М.Глазунов).

В связи с интенсивным освоением месторождений полезных ископаемых, залегающих в сложных горно-геологических условиях, таких, как Яковлевское месторождение КМА, Верхне-Камское месторождение калийных солей, Запорожские железорудные месторождения, Подмосковный угольный бассейн и др., на кафедре совершенствовалась материальная база (замораживающая станция, гидрогеологический лоток) и начались систематические исследования проблем, связанных с искусственным замораживанием горных пород (А.П.Медведев, Л.К.Сельвестров, И.Н.Кацауров, И.Д.Насонов).

Профессором И.Д.Насоновым были исследованы процессы формирования поля скоростей фильтрации вокруг одиночных ледопородных цилиндров и замкнутого ледопородного тела, что позволило создать теорию расчета образования ледопородных ограждений в условиях фильтрации подземных вод.

Вопросы механики горных пород, горного давления и крепления получили свое развитие в работах Н.С.Суворова, Л.Н.Насонова, В.Ф.Трумбачева, Е.Т.Проявкина, И.Н.Кацаурова, И.Д.Джанджгава, Г.П.Махо, Г.А.Ганзена, М.Н.Махарадзе.

Основными направлениями исследований были: изучение напряженно-деформированного состояния массивов горных пород вокруг горизонтальных и вертикальных выработок и разработка новых методов расчета крепей. Проводятся фундаментальные исследования устойчивости подземных горных выработок c использованием вероятностных методов, разрабатывается метод расчета многослойных крепей стволов (И.В.Баклашов). Важное место в научной работе кафедры занимают исследования свойств материалов для шахтного строительства. Разрабатываются составы и рекомендации по бетонированию в условиях отрицательных температур (Ю.Н.Куликов).

К концу 60-х годов объем и содержание исследований резко расширились. При кафедре была образована отраслевая научно-исследовательская лаборатория «Специальные способы проходки горных выработок и искусственное упрочнение горных пород». Научные исследования при этом велись по трем основным направлениям: химическое закрепление горных пород; исследования в области сооружения шахтных стволов способом бурения; совершенствование искусственного замораживания грунтов при проходке горных выработок.

Исследования по химическому закреплению пород проводились на ряде наклонных шахт в Западном Донбассе. Были отработаны составы закрепляющих растворов, оборудование и технология химического закрепления грунтов. Значительный вклад в развитие данного направления внесли Ю.Н.Куликов, Л.X.Таймуразова, В.И.Митраков. В этот же период проводились теоретические и экспериментальные исследования по тампонажу горных пород (к.т.н. П.П.Гальченко).

Выполнялись исследования по бурению шахтных стволов с применением буровых установок типа УЗТМ (В.А.Федюкин, В.С.Голубов). Были установлены закономерности процесса разрушения породы буровым инструментом, обоснованы эффективные режимы бурения с помощью установки типа УЗТМ-8,75, что позволило успешно пробурить ряд шахтных стволов в Западном Донбассе.

Продолжались исследования по совершенствованию искусственного замораживания горных пород. Изучены закономерности формирования ледопородных ограждений в зависимости от естественных и технологических параметров (М.Н.Шуплик, О.А.Долгов), физико-механические свойства замороженных пород в объемном напряженном состоянии (Б.А.Картозия). Проводились экспериментальные исследования с целью установления возможности применения БВР для увеличения темпов проходки шахтных стволов по замороженным породам и необходимых мер безопасности ведения горнопроходческих работ (П.Н.Терехов). Разработаны технологические средства и методика ультразвукового контроля напряженно-деформированного состояния ледопородного ограждения, метод расчета ледопородных ограждений, учитывающий физико-механические свойства пород в естественном и замороженном состоянии, особенности температурного поля ледопородного ограждения, его фактическую форму и технологические схемы проходки выработки (И.Н.Кацауров, П.М.Тютюнник, Б.А.Картозия, В.Н.Коновалихин, К.3.Ранев, А.М.Роменский, Ху Сяндон).

В целях совершенствования способа замораживания при строительстве тоннелей метрополитенов и наклонных шахтных стволов были теоретически и экспериментально исследованы закономерности образования ледопородных массивов вертикальными и наклонными замораживающими скважинами, разработаны методика расчета и конструкции замораживающих колонок для зонального или ступенчатого замораживания (В.Н.Романов). Большое внимание кафедра уделяла развитию методов и средств оперативного контроля над состоянием ледопородных ограждений при горнопроходческих работах (О.А.Долгов, М.И.Фридман, В.М.Варенышев, Л.С.Ермакова).

В дальнейшем, в результате многолетних исследований и испытаний на конкретных объектах была разработана автоматизированная дистанционная схема измерения температурных параметров режима работы замораживающей системы и состояния горных пород. Совместно с проектной конторой треста «Шахтспецстрой» разработан «Типовой проект термоконтроля», внедрение которого обеспечило успешную проходку стволов Яковлевского рудника КМА, ПО «Якуталмаз», Березниковских калийных заводов и других объектов.

С 1967 года на кафедре под руководством И.В.Баклашова проводились работы по исследованию динамических процессов в системе «подъемный сосуд – армировка» для глубоких шахт Донбасса и Кривого Рога, результаты которых позволили разработать и внедрить ряд принципиально новых конструктивных решений жесткой армировки и выпустить нормативный документ по ее проектированию (В.Н.Борисов, Ю.Г.Крупник, Ю.Б.Пильч). Были исследованы вопросы устойчивости надшахтных зданий и сооружений и в частности башенных копров (Г.П.Антонов).

В связи с возрастающими объемами строительства подземных сооружений в крупных городах в 1973 году отраслевая лаборатория была преобразована в отраслевую лабораторию «Технологии городского подземного строительства» Главмосинжстроя при Мосгорисполкоме. Сформировалось новое направление научных исследований, связанное с обоснованием и разработкой технологии строительства подземных сооружений в условиях плотной городской застройки. Впервые в стране была научно обоснована и разработана принципиально новая схема и технология строительства коммунальных тоннелей глубокого заложения в Москве (И.Д.Насонов, М.Н.Шуплик, А.В.Корчак). Выявлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния пространственных многоярусных конструкций (типа многоэтажных подземных гаражей) в зависимости от способа и технологии их строительства (В.Н.Борисов, В.Л.Попов). Теоретически обоснованы способы безлюдного проведения городских подземных работ. Определены проектные параметры технологии щитовой проходки городских подземных сооружений (В.И.Курносов, А.В.Алексеев).

Разработаны и внедрены в практику городского подземного строительства технологические схемы строительства коллекторных тоннелей с помощью проходческих щитов, новые конструкции крепей, обделок и опалубок, способы их гидроизоляции, а также принципиально новые способы строительства в обводненных грунтах, что позволило повысить производительность труда проходчиков на 15-20% и снизить стоимость горностроительных работ на 10 – 15% (М.Н.Шуплик, В.И.Курносов, В.Н.Борисов, Ю.Н.Куликов, А.А.Шилин, Я.М.Месхидзе).

Планомерное освоение подземного пространства Москвы и других крупных городов поставило задачу: обосновать способы и схемы реконструкции, восстановления и ремонта подземных сооружений с целью увеличения срока их службы или повторного использования с новым функциональным назначением.

Важное место в решении этой проблемы занимает диагностика состояния конструкций подземных сооружений, эксплуатируемых в различных горно-геологических условиях. На кафедре разработан метод прогнозирования состояния конструкций подземных сооружений, позволяющий обосновать сроки их безремонтного поддержания, установить объемы и содержание плановых ремонтно-восстановительных работ.

Метод основан на использовании закономерностей изменения во времени качества строительных материалов и конструкций при их взаимодействии с окружающей средой (А.А.Шилин, А.М.Кириленко, О.Н.Павлов).

Меняются формы выполнения научных исследований. В 1987 году совместно с Главмосинжстроем при Мосгорисполкоме, Мосинжпроектом ГлавАПУ Москвы, СКТБ Главмосинжстроя, Мосоргинжстроем было образовано учебно-научно-производственное объединение “Город”. Его основной задачей была организация и координация научных и экспериментальных исследований, направленных на повышение технического уровня горнопроходческих работ. Объединение также занималось выработкой специальных способов проходки, разработкой и внедрением нормативных документов для строительства коллекторных тоннелей в Москве.

Многие наиболее сложные инженерные объекты в Москве были построены при участии ученых кафедры. Наиболее крупным является подземная автостоянка в районе ВДНХ, при строительстве которой учитывались рекомендации М.Н.Шуплика, В.Н.Борисова, А.М.Левицкого. Разработкой специальных крепежных материалов для насосных станций и подводящих коллекторных тоннелей занимались И.Д.Насонов и Ю.Н.Куликов.

Разработаны и широко внедрены в практику городского подземного строительства Москвы новые технологические схемы строительства стволов и коллекторных тоннелей проходческими щитами диаметром 2 – 5,5 м. Эти схемы позволили увеличить темпы проходки стволов в 1,2 – 1,4 раза и в 1,8 – 2,2 раза – коллекторных тоннелей (В.И.Курносов, В.Н.Борисов, В.А.Федюкин).

Для горизонтальных и вертикальных выработок в городских подземных сооружениях разработаны методы проектирования и расчета временных крепей стволов и обделок коллекторных тоннелей (Б.А.Картозия, В.Н.Борисов). Выполненный комплекс исследований позволил существенно расширить и усовершенствовать технологию искусственного замораживания грунтов в условиях плотной городской застройки. Были обоснованы и апробированы принципиально новые безрассольные способы замораживания (М.Н.Шуплик, А.М.Левицкий, И.А.Королев). Разработаны и внедрены на многих объектах методы термоконтроля и акустического контроля за состоянием ледопородных ограждений (П.М.Тютюнник, В.М.Варенышев). Обоснован способ горизонтального замораживания (В.Н.Пуголовкин, В.И.Ресин).

Были исследованы возможные методы подбора составов бетонов и технологии их укладки, а также рецептура и технологии химического закрепления грунтов для подземного строительства, которые внедрены на многочисленных объектах Москвы (Ю.Н.Куликов, А.А.Шилин, В.И.Митраков).

Работы В.Л.Попова и Г.А.Оськиной посвящены принципам проектирования строительства подземных сооружений методами математического моделирования на основе использования ЭВМ, которые позволяют находить оптимальные конструктивные, технологические и организационные решения.

С 1987 года тематика научных исследований для нужд Москвы еще больше расширилась за счет выполнения НИР для Мосметростроя по Договору о сотрудничестве. Под руководством проф. Б.И.Федунца были обоснованы, разработаны и испытаны техника и технология строительства перегонных тоннелей и коротких выработок с применением проходческих комбайнов, а также технология крепления выработок набрызгбетоном.

Разработан и внедрен метод оперативного контроля, позволяющий снизить уровень риска при выполнении специальных горных работ в тех случаях, когда непосредственный контроль над их качеством затруднен. Созданная под руководством Д.Г.Малюжинца передвижная лаборатория успешно прошла испытания и эксплуатировалась на строительстве подземных объектов Москвы.

На кафедре сформировалось новое научное направление – механика породных массивов с искусственной неоднородностью (Б.А.Картозия). В рамках этого направления разработан и внедрен метод прогнозирования механических процессов и явлений в породном массиве, обеспечивающий надежность и экономичность проектных решений при проведении и креплении горных выработок (И.К.Гуджабидзе, Л.М.Ерофеев, Х.Кундурос, А.Ю.Семений, А.И.Мороз, Г.С.Франкевич, Д.Н.Шахназаров, В.И.Кулдыркаев, В.М.Удовиченко, Бай Тиньцюань). Наряду с другими кафедрами института СПСиШ проводила научные исследования по проблеме "Углегаз". Под руководством Б.А.Филимонова выполнено обоснование строительства подготовительных выработок в условиях новой безлюдной технологии отработки угольных месторождений.

В области автоматизации проектирования В.Л.Поповым разработана универсальная методика расчета конструкций подземных сооружений с учетом геометрической и физической нелинейности свойств, материала конструкции и окружающего породного массива. Разработаны программы для ЭВМ, позволяющие оценивать силовые и кинематические факторы в элементах конструкции на основании ее взаимодействия с окружающим породным массивом. Программа используется при проектировании новой технологии проведения капитальных выработок на строительстве шахт в Кузбассе.

Профессором Б.И.Федунцом проведены научные исследования по совершенствованию конструкций исполнительных органов с поперечно-осевыми барабанами для проходческих комбайнов избирательного действия. Обоснованы параметры широкозахватных проходческих комбайнов.

Кафедра ведет исследования в области совершенствования технологии, проведения и крепления выработок большого поперечного сечения при строительстве подземных ГЭС. Обоснованы схема и технологические параметры работ при строительстве машинного зала Рагунской ГЭС (В.К.Фисейский, А.Н.Панкратенко, Фам Мань Хао).

Крупномасштабные теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию и разработке способов и технологий строительства подземных сооружений для хранения газонефтепродуктов и захоронения промышленных отходов выполнены В.И.Смирновым.

Важное место в научной работе кафедры в середине 90-х годов занимает формирование методологических основ горной науки – «Строительная геотехнология». Эта работа, начатая в конце семидесятых годов академиком В.В.Ржевским и продолженная д.т.н., проф. Б.А.Картозия, в 1997 году получила свое логическое завершение – «Строительная геотехнология» включена в новую классификацию горных наук, принятую в феврале 1997 года Отделением геологии, геофизики, геохимии и горных наук РАН.

Кафедра продолжает исследования в области совершенствования конструкций обделок городских подземных сооружений (А.Н.Левченко, А.В.Корчак, В.Н.Борисов, О.Н.Павлов). Разворачиваются работы в новом научном направлении, связанном с теорией рисков (Д.Г.Малюженец, А.В.Корчак, Е.Ю.Куликова).

В начале третьего тысячелетия на кафедре продолжаются исследования в области Строительной геотехнологии и Геомеханики. Разработана и внедряется инновационная технология строительства тоннелей специального назначения без сооружения вторичной бетонной рубашки на базе применения высокопроизводительных ТПМК (Б.И.Федунец, А.Н.Левченко). Особенностью этой инновационной технологии является использование разработанных авторами высокоточных обделок с повышенной несущей способностью и водонепроницаемостью. В 2007 году по этой технологии было успешно пройдено около трех километров тоннеля. Её применение запроектировано при строительстве Царицынского коллекторного тоннеля.

С участием д.т.н., проф. М.Н. Шуплика успешно осуществлено замораживание сбоечных выработок при строительстве Серебряноборского тоннеля.

Группой ученых МГГУ и НИИОСП (Б.А.Картозия, Л.Н.Репников и А.И.Мороз) сделано научное открытие в области «Геомеханики»: установлено явление самонапряженного состояния геоматериалов, образование которых происходило по схеме «нагружение – цементация», заключающееся в том, что их разгрузка от действия внешних сил сопровождается формированием совмещенных разнополярных полей напряжения в его активной и консервативной подструктурах, что приводит к снижению прочностных характеристик и даже саморазрушению, обусловленному реализацией энергии упругих деформаций активной подструктуры. Установленное авторами явление носит фундаментальный характер. Открытие способствует более глубокому и полному пониманию физической природы формирования прочностных и деформационных свойств горных пород с учетом предыстории их образования. Оно вносит коренное изменение в представление о причинах самопроизвольного понижения прочностных характеристик разгруженной породы. Практическое значение открытия заключается в том, что на его основе возможна разработка новых, более совершенных, методов оценки напряженно-деформированного состояния геомассива и прогрессивных способов обеспечения устойчивости горных выработок.

Областями применения открытия могут быть: строительство глубоких подземных сооружений, глубинная разведка полезных ископаемых, подземная добыча полезных ископаемых.

Под руководством д.т.н., проф. А.А.Шилина широко развернулись научно-экспериментальные работы по гидроизоляции подземных сооружений при их строительстве, ремонте и реконструкции на основе разработанной в ЗАО «Триада-Холдинг» (А.А.Шилин, А.М.Кириленко, М.В.Зайцев, В.В.Гапонов и др.) конформативной технологии, обеспечивающей высокие эксплуатационные показатели и долговечность строительных конструкций.

Государство по заслугам отметило научную работу кафедры:

Лауреаты государственных премий СССР в области науки и техники – Насонов И.Д., Картозия Б.А., Попов В.Л., Долгов О.А.; Лауреат премии Совмина СССР в области науки и техники – Насонов И.Д.; Лауреаты Премии Правительства РФ в области науки и техники – Шуплик М.Н., Франкевич Г.С., Картозия Б.А.; Лауреаты Премии Президента России в области образования – Насонов И.Д., Шуплик М.Н.; Лауреаты Премии Правительства РФ в области образования – Федунец Б.И., Картозия Б.А., Шуплик М.Н., Корчак А.В., Панкратенко А.Н., Куликова Е.Ю., Смирнов В.И., Левицкий А.М., Лернер В.Г.; Лауреат приемии им. Академика А.А.Скочинского, Медаль РАЕН им.П.Л.Капицы «Автору научного открытия»;Картозия Б.А.

Одним из наиболее значительных событий 90-х годов стала организация Всероссийской ассоциации тоннельщиков, объединившей в своих рядах подземных строителей всех сфер хозяйственной деятельности.

Формируются методологические основы научно-технической проблемы «Освоение подземного пространства». Исключительную роль в этом вопросе сыграла научная конференция по проблемам освоения подземного пространства, организованная Московским горным институтом в 1991 г., на которой был обобщен опыт использования подземного пространства России и сформулированы основные научные

Придавая важное значение решению сформулированных научных направлений, РАН создала Научный совет по использованию подземного пространства. Руководитель Научного совета акад. Е.Н.Шемякин. С 1997 года в рамках ежегодного форума «Неделя горняка» в Московском государственном горном университете работает секция «Строительная геотехнология. Научно-технические проблемы освоения подземного пространства».

Крупным результатом теоретических исследований, проведенных во второй половине 90-х годов, явились – современная концепция использования и сохранения недр и новая классификация горных наук, в которой Строительная геотехнология заняла свое достойное место. Издание в 1997 году фундаментального труда «Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли» [5], подготовленного группой российских ученых под эгидой ИПКОН РАН, является событием особой важности, так как он подводит итоги многолетних исследований в области методологии горных наук, проводимых под руководством академиков Н.В.Мельникова, В.В.Ржевского и М.И.Агошкова, и знаменует начало нового этапа исследований по проблеме комплексного освоения недр.

В учебные планы и программы подготовки магистров по направлению «Шахтное и подземное строительство» в высших учебных заведениях горного профиля включена дисциплина «Строительная геотехнология» и издано одноименное учебное пособие. С 2008 года в учебные планы включена дисциплина «Основы освоения подземного пространства».

В 1998 году в Санкт-Петербурге состоялся крупный международный форум ученых и специалистов в области освоения подземного пространства городов. В Москве организован ежегодный Международный научно-производственный форум «Подземный город», на котором обобщается многолетний отечественный и зарубежный опыт строительства комплексов городских подземных сооружений.

В последнее время в области практических достижений следует особо отметить завершение строительства двух крупногабаритных тоннелей – Лефортовского и Серебряноборского, восстановление сгоревшего Манежа и комплекса зданий Царицынского дворца, дополненных подземной частью.

Получают опытное внедрение новые, более совершенные тоннелепроходческие механизированные комплексы: микротоннелирование, щиты с пригрузом забойной части, установки горизонтального направленного бурения. Применение этой техники в целом ряде случаев позволяет отказаться от применения специальных способов строительства. Продолжает совершенствоваться технология строительства открытым способом. Существенных успехов добились и отечественные метростроители.

Строительная Геотехнологиякак составная часть комплекса горных наук связана с широким кругом естественных, общетехнических и социально-экономических наук. В своем развитии она опирается на знания физики, химии, математики, геологии, теплотехники и термодинамики, экономической теории, социологии и др. Кроме того, ее специфические особенности обусловливают связь со строительной механикой, инженерной геологией, материаловедением, охраной труда, экологией и правом.

Из комплекса горных наук наиболее тесную связь Строительная геотехнология имеет с Геомеханикой, Геотехнологией, Геотехникой. На базе научных знаний, составляющих содержание Строительной геотехнологии, сформировались учебные и научные дисциплины: «Механика подземных сооружений и конструкции крепей», «Материалы и конструкции подземных сооружений», «Cтроительство и реконструкция горных выработок», «Технология строительства подземных сооружений», «Горнотехнические здания и сооружения», «Тоннели и метрополитены», «Подземные гидротехнические сооружения», «Городские подземные транспортные сооружения», «Специальные способы строительства подземных сооружений», «Строительство, ремонт и реконструкция городских подземных сооружений», «Освоение подземного пространства» и др..

Строительная геотехнология – наука сравнительно молодая, накопленные ею результаты теоретических и экспериментальных исследований еще недостаточно систематизированы. Это обстоятельство затрудняет формулировку фундаментальных закономерностей, не говоря уже о законах – а таковые очевидно существуют. Однако главным результатом ее развития за истекший период является то, что она сформировалась как самостоятельная наука, органически вписалась в общую систему горных наук и имеет хорошие перспективы для своего развития.