Будівництво, автомобілебудування, транспортна інфраструктура, побутова техніка тощо. У всіх цих звичних для нас галузях виробництва застосовується сталь. Та її виробництво неможливе без заліза, яке в земній корі представлено у вигляді залізної руди, яку необхідно добути, збагатити й переплавити для отримання більш чистого металу.

У Центральному державному науково-технічному архіві України у фонді Р-135 (комплекс 3-45) зберігаються документи єдиного технологічного інституту в нашій країні з розроблення та освоєння сучасних, високотехнологічних методів видобутку залізної руди – Науково-дослідного гірничорудного інституту «НДГРІ». Архівні документи ілюструють, як НДГРІ досліджував та вирішував проблеми підземного розроблення родовищ, збагачення корисних копалин, механізації та автоматизації гірничих робіт, розробки в галузі економіки та керування шахтним виробництвом тощо. На сьогодні особливістю роботи інституту є комплексне охоплення технологічних та екологічних аспектів із видобутку всіх видів гірничорудної сировини в Україні.

Свою історію дана установа почала 11 лютого 1933 року, відповідно до постанови РНК СРСР № 445. Два роки з дня заснування інститут розташовувався в Дніпрі, а в 1935 році перебазувався до Кривого Рогу. У часи Другої світової війни, а саме в серпні 1941 року, установу евакуювали на Урал. Згодом у березні 1944 року повернули назад до Кривого Рогу. І в 1999 році вона отримала статус Державного науково-дослідного гірничорудного інституту. Сьогодні НДГРІ є структурним підрозділом Криворізького національного університету.

У даній виставці ми пропонуємо зупинити увагу на такій досліджуваній інститутом проблемі, як буровибухові роботи для розробки залізної руди – надзвичайно складного та відповідального процесу. 

Залізну руду, як і вугілля, можна видобувати двома способами: закритим і відкритим. Якщо руда залягає близько до поверхні, а товщина пласта велика, застосовується відкритий спосіб видобутку – у кар’єрах. При глибокому заляганні та малій товщині використовується закритий спосіб – у шахтах, який дуже нагадує видобуток вугілля.  Тобто  спочатку відбувається  буріння шпурів (Шпур — циліндрична порожнина (отвір), яка вибурюється у гірському масиві для розміщення вибухової речовини) та свердловин; потім їх заряджання; підривання; провітрювання шахти; прибирання породи та кріплення виробки.

Документи, які зберігаються в архівосховищах ЦДНТА України, дають можливість прослідкувати динаміку досліджень НДГРІ з видобутку залізних руд підземним способом. Так, з архівних документів дізнаємося, що історія видобутку залізняку в Кривому Розі розпочалася в 1881 році. Спочатку вона велася у відкритий спосіб, а з 1886 року розпочалися і підземні роботи. До 1913 року буріння шпурів виконувалося вручну, що значно впливало на продуктивність бурильника, адже при таких умовах буріння в міцних рудах не перевищувало 1,5-2 м за зміну. Для заряджання шпурів застосовували чорний порох, трохи згодом – динаміт. Для покращення результатів роботи в 1913 році вперше починають використовувати пневматичне буріння (бурильні молотки). Це дало змогу підвищити продуктивність праці одного робітничого в 3 рази та добувати 3,5 тони руди за зміну.  Ручний видобуток продовжувався до 1928 року, а ось з 1932 року буріння в басейні, нарешті, було повністю механізовано (док. 1-3). Саме тоді для механізації збирання та доставки руди почали впроваджувати скреперні установки, що призвело до збільшення продуктивності на 77%. У період 1933-1940 рр. способи відбивання руди вкотре докорінно змінилися. Почали впроваджувати відбійку руди «мінними» зарядами, завдяки чому один робітник зміг добувати вже 240 тон руди за зміну.

Однак, не дивлячись на доволі швидкий загальний прогрес, ефективність вибухових робіт на початку 1946 року, на думку спеціалістів інституту, усе ж залишалася незадовільною. Особливо це стосувалося вибухових робіт при проходженні гірничих виробок. Найголовніше пояснення такого становища полягало в недостатній потужності застосовуваних, на той момент, вибухових речовин. Для вирішення даної проблеми почали проводити різноманітні дослідження в галузі покращення їх потужності (док. 16). У рамках даної роботи фахівці установи аналізували боєприпаси, які військові застосовували під час Другої світової війни (док. 5). Завдяки цьому вони змогли зрозуміти принципи роботи різних зарядів, наслідки спричинені вибухом тощо.  Додатково було передбачено випробування різних технічних заходів для покращення ККД шпурів при прохідницьких роботах шляхом застосування зарядів спрямованої дії вибуху. На той момент ефективність робіт була недостатньою, як показали дослідження, тільки від 50 до 70% робочої сили, енергії та матеріалів, які витрачалися на прохідку виробок, використовувалися з практичною користю. Основними шляхами поліпшення ефекту вибуху працівники інституту вважали: збільшення потужності вибухових речовин, раціоналізація розташування шпурів (док. 24; 27) і використання спрямованої дії вибуху для пробивання шпурів замість буріння. Для цього вони спробували застосувати кумулятивні заряди, адже для них характерна пробивка глибоких, але вузьких заглиблень (свердловин) у масиві, що руйнується. Роботи з дослідження кумулятивного ефекту, який посилює дію вибуху шляхом його концентрації в заданому напрямку, продовжувалися із січня по квітень 1947 року. Працівники інституту виявили, що основний кумулятивний ефект досягається застосуванням заряду з кумулятивною вирвою, зверненою в бік об’єкта, що уражається. Кумулятивна вирва, переважно виготовлялася з металу мідного сплаву конічної форми, але за вказівками НДГРІ рудники виготовляли їх із різних матеріалів: свинцю, алебастру, піску, суміші бітуму з наповнювальними речовинами тощо. Результати показали, що матеріал, із якого зроблені вирви не впливав на результати їх застосування. Загалом, даний експеримент дав можливість зрозуміти принцип роботи заряду в закритому середовищі. Це можна було описати так: у момент детонації вибухової речовини під впливом вибухової хвилі стінки вирви (воронки) «схлопуються», при цьому метал перетворюється на рідину, яка потужним струменем зі швидкістю кілька десятків кілометрів на секунду виривається і руйнує породу.

З метою вибору найкращої моделі заряду були проведені додаткові роботи. Під час випробування заряду його встановлювали на головку рейки полегшеного типу (док. 6). Порівняння окремих моделей між собою проводилося за виглядом та розмірами деформації рейки під час вибуху. Окрім того проводилися випробування кумулятивних зарядів для вторинного дроблення негабаритних шматків руди (док. 7). У цьому випадку заряд встановлювався безпосередньо на брилу, і підривався капсулем-детонатором (пристрій для ініціації детонації вибухових речовин від вогнепровідного шнура) у паперовій оболонці.

З архівних документів дізнаємося, що капсулі-детонатори також проходили лабораторні випробування (зовнішній огляд, пробивання свинцевих пластинок, повнота детонації) на полігоні при базисному складі та виробничі випробування (на безвідмовність дії) у шахтах Криворізького залізорудного басейну. Для цього до Кривого Рогу було завезено 1,4 млн штук капсулів-детонаторів №8 УТ. Роботи проводилися переважно на пробивання 5 мм свинцевих пластинок, встановлених на відрізку залізної труби діаметром 40 мм і висотою 50 мм (док. 19). Випробовували 25 капсулів-детонаторів із кожної партії. Усього випробуванню було піддано 1400 штук. У результаті, усі капсулі-детонатори №8 УТ дали позитивні результати. Діаметр отвору у свинцевій пластинці після вибуху у всіх випадках був більшим, ніж діаметр капсуля-детонатора. Отвори були рівні та круглі. В останній стадії лабораторних випробувань було також проведено успішний експеримент на повноту детонації великої кількості патронів, розташованих впритул один до одного по одній лінії та підірваних одним капсулем-детонатором.

Окрему увагу інститут приділяв аналізу буріння глибоких експлуатаційних свердловин у міцних породах: ударно-поворотного, ударно-обертального способу та буровими долотами. Ударно-обертальний спосіб буріння, у той час, був теоретично вельми мало вивченим і не мав достатньо обґрунтованих даних, які могли б стати чітким керівництвом для конструювання таких верстатів. Працівники інституту поставили перед собою задачу, шляхом лабораторних досліджень технології ударно-обертального буріння, дати теоретичну основу для розробки технічних умов на конструювання таких бурових верстатів (док. 15). З архівних документів дізнаємося, що питання теорії ударно-обертального буріння знайшли відображення в роботах доцента Дніпропетровського Гірського Інституту (зараз – НТУ «Дніпровська політехніка») Євгена Федоровича Епштейна (док. 18). Він зробив аналітичне дослідження впливу відношення числа ударів на один оборот до різців на швидкість буріння. На підставі теоретичних передумов автор запропонував конструкцію електробура ударно-обертального буріння, яка виявилася успішною.

В цілому, розвиток бурової техніки після 1950 року сприяв змінам у галузі буровибухових робіт. Зокрема, були удосконалені старі та сконструйовані нові, потужніші бурильні машини, що дозволили бурити шпури на велику глибину без помітної втрати швидкості буріння (док. 10-14), створені нові потужніші вибухові речовини, розроблені електродетонатори короткосповільненої дії, верстат БЕС-2 (док. 17) тощо.  Також від фахівців інституту надійшла пропозиція про створення бурової каретки, після того, як проведені експерименти показали, що буріння перфораторами (КС-50) є надто трудомістким і тривалим процесом (док. 4). Бурова каретка повинна була забезпечити можливість застосування багатоперфораторного буріння одночасно з полегшенням та прискоренням підготовчо-заключних робіт видобування залізної руди (док. 21; 22). Спеціалісти в НДГРІ змогли розробити проєкт підвісної каретки, виготовити її в майстерні інституту та підібрати забій для її випробувань, які в підсумку виявилися успішними.

Архівні документи також ілюструють, що найбільш трудомістким процесом при проходженні та поглибленні вертикальних стволів шахт Криворізького басейну було збирання підірваної породи (док. 9; 23; 25; 26). Це займало понад 50% часу всього циклу роботи, що стало однією з найголовніших причин низьких темпів шахтного будівництва. Для вирішення зазначеної проблеми в інституті було розроблено технічні умови та обрано тип вантажної машини для збирання породи при проходженні або поглибленні стовбурів шахт в умовах залізорудної промисловості Криворізького басейну. Ці умови зводилися до наступного: малі габарити, які б забезпечували машині маневреність та свободу переміщень; достатня продуктивність; зручне і просте обслуговування та керування тощо. Як наслідок, в 1948 році Центральними майстернями тресту «Кривбасруда» (зараз – ДП «Криворізький державний залізорудний комбінат») було виготовлено перший екземпляр пневматичного навантажувача типу БЧ-1, який було спеціально пристосовано для роботи в умовах Криворізького залізорудного басейну (док. 8). Промислові випробування цієї машини проводилися з листопада 1948 року до січня 1949 року на шахті ім. Орджонікідзе. При випробуванні вантажник типу БЧ-1 показав себе, як простий в обслуговуванні, надійний в експлуатації та ефективний засіб механізації найбільш трудомісткого процесу збирання породи. На підставі результатів випробувань Головрудою було прийнято рішення про виготовлення малої серії (10 шт.) БЧ-1 та впровадження їх на шахтах Криворізького басейну.

Фахівці інституту не забували і про техніку безпеки, адже під час розробки корисних копалин у підземних умовах усі роботи, пов’язані з руйнуванням гірського масиву, проводяться за допомогою вибухових речовин. Внаслідок вибуху ці речовини переходять із твердого стану в газоподібний, утворюючи гази, що містять отруйні домішки (оксид вуглецю (чадний газ), оксиди азоту тощо), які навіть при незначних концентраціях діють отруйним чином на людський організм. Згідно з архівними документами, дослідження у сфері нейтралізації отруйних продуктів вибуху хімічними методами можна було розділити на 2 групи: нейтралізація в процесі вибуху (речовина, що виступала в якості нейтралізатора поміщалася в шпур разом із патроном вибухової речовини) та нейтралізація після вибуху шляхом зрошення привибійного простору водою чи розчином лугу. Наприклад, дослідження з нейтралізації отруйних газів шляхом розбризкування в атмосферу вибою лужного розчину показали, що час провітрювання скорочується до 30-40 хвилин замість 3-4 годин. Проведення нейтралізації одночасно з підриванням запобігає виділенню шкідливих газів із відбитої породи при збиранні сировини. Але все вище перераховане не позбавляло від подальшого провітрювання виробок і залежно від місцевих умов, все одно вимагало більш-менш тривалих часових витрат для цього. Працівники як шахт, так і інституту НДГРІ наголошували, що ретельний та своєчасний контроль за вмістом отруйних домішок у повітрі не менш важливий, ніж питання його очищення. Такий контроль необхідний для встановлення дуже відповідального моменту – допуску людей на робоче місце. Здійснення його безпосередньо в шахті, не вдаючись до послуг лабораторії, значною мірою мало сприяти збільшенню продуктивності праці, не кажучи вже про повне усунення нещасних випадків за рахунок отруєння. У цьому напрямку проводилися дослідження з метою створення стаціонарних (для безперервного контролю) та переносних (для епізодичного контролю) газоаналізаторів на окис вуглецю. Метою НДГРІ було розробити дослідну модель газовизначника, оскільки моделі, що існували на той момент, мали ряд недоліків (вага, неточність показань, необхідність спускання людини безпосередньо в шахту тощо). Фахівці інституту сконструювали та виготовили екземпляр переносного визначника окису вуглецю в повітрі дистанційної дії (док. 20). Багаторазові випробування в напівпромислових умовах показали повну відтворюваність його показань і значно більшу чутливість, ніж випущені на той час прилади аналогічного призначення. Прилад рекомендували для промислових випробувань у шахтних умовах для виявлення та усунення неврахованих при його виготовленні недоробок та конструктивних недоліків.

На останок, варто сказати, що вже майже століття Науково-дослідний гірничорудний інститут є унікальною установою, що забезпечує розвиток гірничої науки й техніки в Україні та впроваджує новації, спираючись на багаторічний досвід, напрацьований провідними фахівцями. Матеріали з фонду інституту, які надійно зберігає у своїх архівосховищах ЦДНТА України, зацікавлять усіх, хто цікавиться історією гірничої промислові нашої країни, а напрацьовані теоретичні основи та практичні розробки в цій галузі, що були впроваджені на підприємствах, будуть корисними новому поколінню вчених та інженерів.

Відповідальний виконавець:

архівістка I категорії відділу використання інформації документів              Котенко Катерина

1. Електричний відбійний молоток Е-900 Сіменс-Шуккерт. 1935 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 172. Арк. 62а)

2. Самореєструючий гідравлічний динамометр Альфреда-Амслера. 1935 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 172. Арк. 63)

3. Схема скіпової підйомної установки. 1939 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 179. Арк. 165)

4. Розробка та випробування полегшеної конструкції бурильної колонки та автоподатчика для багатоперфораторного буріння. 1944 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 184. Арк. 11)

5. Послідовні етапи вибуху сферичного заряду зі зміщеним детонатором. 1946 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 34. Арк. 13)

6. Результати випробувань кумулятивних зарядів для обробки негабариту. [Рейка після вибуху на ній прямокутного кумулятивного заряду та дерев’яна модель його розрізу]. 1947 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 40. Арк. 70)

7. Виробничі випробування кумулятивних зарядів для вторинного дроблення негабаритних шматків руди (21-а до вибуху, 21-б після вибуху). 1947 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 40. Арк. 75)

8. Пневматичний вантажник типу БЧ-1. 1949 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 195. Арк. 7)

9. Схема підйомних установок шахти «Сліпа» та поглиблення стовбура. 1949 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 195. Арк. 9)

10. Колонковий перфоратор ПК-60 заводу «Комуніст». [1950 р.]. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 202. Арк. 6)

11. Колонковий перфоратор ДА-35 фірми Інгерооль-Ранд. [1950 р.]. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 202. Арк. 7)

12. Перфоратор ручний СМ-506 заводу ім. Молотова. [1950 р.]. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 202. Арк. 8)

13. Скреперна лебідка типу 2ЛС40. [1950 р.]. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 202. Арк. 34)

14. Скреперна лебідка типу 2ЛСП4 з пневматичним приводом заводу «Комуніст». [1950 р.]. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 202. Арк. 34)

15. Бурова лабораторія, призначена для проведення експериментальних робіт з дослідження ударно-обертального режиму буріння. 1951 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 204. Арк. 19)

16. Коротка характеристика вибухових речовин, що застосовуються в Криворізькому залізорудному басейні. 1952 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 76. Арк. 5)

17. Буровий верстат БЕС-2 для буріння свердловин у міцних рудах, конструкції НДГРІ. 1952 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 79. Арк. 4)

18. Конструкція електробура ударно-обертального буріння, запропонована Є. Ф. Епштейном. 1952 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 79. Арк. 12)

19. Зовнішній вигляд 5 мм свинцевих пластин після вибуху капсулів-детонаторів № 8 УТ і № 8. 1953 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 92. Арк. 6)

20. Прилад переносного типу дистанційної дії призначений для визначення концентрації оксиду вуглецю в повітрі. 1955 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 118. Арк. 45)

21. Загальний вигляд підвісної каретки (2 варіант). 1956 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 125. Арк. 38)

21. Загальний вигляд підвісної каретки (2 варіант). 1956 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 125. Арк. 38)

23. Розвал породи після вибуху всіх шпурів. [1960 р.] (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 164. Арк. 109)

24. Схема розташування шпурів, що застосовуються при проходці квершлагу (горизонтальна (рідше — похила) гірнича виробка) шахти «Центральна». [1960 р.] (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 164. Арк. 143)

25. Вибух гіпсових зразків при дослідженні пошарової відбійки гірських порід. 1960 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 166. Арк. 88)

26. Залежність ступеня дроблення шару, що відбивається, від обсягу компенсаційного простору. 1960 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 166. Арк. 104)

27. Дроблення руди при паралельному розташуванні свердловин у буровому орту (горизонтальна гірнича виробка). 1960 р. (ЦДНТА України. Ф. Р-135. К. 3-45. Оп. 1. Од. зб. 166. Арк. 142)