М.Ю. Шабалов,
директор Горного музея Санкт-Петербургского горного университета, к.э.н.
В честь 250-летия Санкт-Петербургского горного университета, первого высшего технического учебного заведения России, мы открываем серию материалов про Горный музей и его исторические составляющие – минеральный кабинет, модельное собрание, Примерный рудник и палеонтологические коллекции.
Начать мы решили с собрания моделей горной и горнозаводской техники и оборудования, как с самой, на наш взгляд, уникальной из частей нашей экспозиции, демонстрирующей главные принципы инженерного образования – практико-ориентированное обучение с закреплением знаний на примере реальных объектов. Собрание моделей начало формироваться в 1773 г. с открытием Горного училища и было призвано помочь студентам в практическом освоении сложного оборудования. Очевидно было, что из столичного Петербурга по соображениям логистики было бы сложно отправлять студентов на Уральские заводы – в XVIII веке путь бы занимал целый месяц! Поэтому решено было заказывать модели реального оборудования, с максимальной достоверностью передававшие принципы своего устройства и работы.
Модели заказывались в лучших мастерских Европы и на российских заводах, выпускники института присылали в музей модели собственных успешных инженерных разработок. В XIX в. коллекция пополнилась экспонатами всероссийских и всемирных промышленных выставок. Значительное количество экспонатов поступило в 1973 г. в связи с 200-летием Горного института.
На сегодняшний день коллекция представляет историю развития горной промышленности с момента становления вплоть до современности. Собрание техники размещено в двух залах общей площадью 528 м2 и включает 566 экспонатов (фото 1).
Фото 1. Общий вид зала горной и горнозаводской техники
Экспонаты поделены на семь основных тематических групп: Бурение, Горное дело, Горная механика, Двигатели, Обогащение, Металлургия и Золотодобыча. В рамках одной статьи мы не сможем подробно рассказать обо всех экспонатах эти зон, постараемся лишь кратко охарактеризовать их содержание.
В разделе «Бурение» можно увидеть отечественное буровое оборудование разных периодов времени, начиная с XIII и заканчивая XX веком. Бурение скважин известно с древнейших времен, ведь первоначально оно применялось в целях добычи питьевой воды и соляных рассолов, для чего сооружались рассолоподъемные скважины. До середины XIX в. бурение было ручным, во второй половине века в этой области начали применяться паровые машины, а с начала ХХ века – электричество.
Крупным шагом в развитии разведочного бурения стало изобретение алмазного колонкового бурения (фото 2). Этот вид бурения, требующий меньших затрат энергии и дающий выход керна – столбика породы, по которому можно изучать земные недра, – был освоен в середине XIX в.
Фото 2. ТI 6. Алмазный бур системы В.И. Бобровского. Россия
В этой же части экспозиции мы можем увидеть уникальную разработку специалистов Горного института – буровой снаряд, которым была пройдена самая глубокая в мире (более 3500 м) скважина во льду на Антарктическом континенте у станции «Восток». Эта скважина даже была включена в книгу рекордов Гиннеса! Было открыто явление сверхдлительного анабиоза (временного замедления или прекращения жизненных процессов) у микроорганизмов, что даёт дополнительные доказательства в пользу теории распространения жизни через космос.
Следующий раздел «Двигатели» демонстрирует ветряные, водяные и паровые двигатели. Самым оригинальным экспонатом в этой зоне является подарок императора Александра I – модель ветряной мельницы 1822 г. (фото 3). Шотландская мельница «новейшей конструкции» была изготовлена на Санкт-Петербургском литейном заводе по распоряжению шотландского инженера, металлурга и механика Мэтью Кларка. Мельница выполнена в масштабе 1:8.
Фото 3. ТIII 1. Модель ветряной мельницы. Россия
Кроме таких оригинальных источников энергии, в этой части зала находятся и более традиционные – например, паровая машина двойного действия с низким давлением. Паровая машина Уатта (фото 4) стала первым в истории универсальным промышленным двигателем и одним из главных изобретений английской промышленной революции. Машина была сконструирована шотландским инженером Джеймсом Уаттом в 1765-1784 гг. Отдельные усовершенствования Уатт продолжал вносить в машину и в дальнейшем: такие его изобретения, как параллелограммный механизм, цилиндр двойного действия и центробежный регулятор были запатентованы Уаттом в 1784 г. Модель, представленная в нашем музее, обладает всеми перечисленными элементами и показывает одну из самых последних версий этого устройства. С помощью специалистов профильных кафедр мы смогли «оживить» этот прибор и теперь вы можете увидеть его принципы работы самостоятельно, без визита в музей!
Фото 4. ТIII 37. Модель паровой машины низкого давления системы Уатта. Франция
Конечно же, основная цель изобретения специализированной техники была связана с полезными ископаемыми и их добычей. Добываются они двумя видами работ: открытыми и подземными, о которых и рассказывает зона «Горное дело». В экспозиции имеется макет открытой разработки горы Благодать на Урале (фото 5), экспонировавшийся на XVI Всероссийской промышленной и художественной выставке в Нижнем Новгороде в 1896 г. В дальнейшем он был подарен Н.А. Иоссе, а им, в свою очередь, в 1903 г. передан в музей.
Фото 5. ТI 38. Макет горной выработки. Разработка горы Благодать. Россия
Великолепный макет рассказывает нам об уникальном месторождении – ведь его разработка открытым способом началась с дневной поверхности из-за очень высокого (до 58%) содержания железа в руде. Выплавляемый из руды металл был высококачественным благодаря природным примесям хрома, титана и марганца в руде. К началу 2000-х гг. суммарный объём добычи на месторождении достиг 150 млн т руды. К этому времени среднее содержание железа в добываемой руде составляло около 30%. В 2003 г. рудник был закрыт из-за того, что месторождение оказалось почти полностью выработанным. Сейчас на месте центральной части находится карьер диаметром около километра и глубиной до 315 метров.
Разработка подземным способом показана на макете шахты Заводская-Центральная в Юзовке (фото 6), который выполнен в масштабе 1:132 в мастерской Лёве в Москве в 1896 г. Макет дает полное представление о том, как была устроена угольная шахта в конце XIX в. Экспонат был подарен Горному музею после XVI Всероссийской промышленной и художественной выставки в Нижнем Новгороде администрацией завода Джона Юза. Сам Джон Юз (1814 – 1889) был директором-распорядителем первого крупного частного завода на юге России – завода Новороссийского акционерного общества (в настоящее время металлургический завод в Донецке). Старое название города Донецка даже отражало имя его основателя – Юзовка. Джон Юз впервые организовал здесь выплавку стали, а также крупномасштабное производство чугуна и железа из местного материала на минеральном топливе.
Фото 6. ТI 45. Макет горной выработки. Шахта Заводская-Центральная. Россия
На макете показаны как поверхностные, так и подземные сооружения. На поверхности земли выделяются два металлических копра, установленных над устьями шахтных стволов. На вершине копров видны направляющие шкивы, через которые перекинуты канаты. Другой конец каната навит на барабан подъёмной машины. Рядом расположены паровые котлы со своими дымовыми трубами. В подземной части хорошо видна горизонтальная выработка, идущая по пласту угля по обе стороны от шахты. Это главный откаточный штрек, являющийся основной артерией в руднике. По проложенному здесь двухколейному рельсовому пути отвозится к шахте добываемый на этих горизонтах уголь. Вблизи ствола выработка расширяется и носит название «рудничный двор». На рудничном дворе происходит разгрузка и нагрузка клетей, здесь же скапливаются вагонетки с углём, ожидающие подъёма на поверхность. Недалеко расположена столовая десятников. С противоположной стороны макета в разрез попадают подземные конюшни. Для транспортировки угля использовалась также и мускульная сила людей (ручной труд). Шахтеры вывозили его в специальных салазках. Условия труда шахтеров были очень тяжелыми. Инструмент горняков – кирки, кайла, лопаты и др. можно увидеть в экспозиции рядом.
Следующей частью экспозиции является «Обогащение». Оно, как отдельная отрасль горной науки, начало развиваться во второй половине XIX в. Обогатительные машины конструировались преимущественно в Германии, а позднее и в США. В России этап внедрения опыта западных стран по инженерному сопровождению и разработке обогатительного оборудования начался лишь в начале XX в. Основателем этой научной дисциплины считается профессор Горного института Генрих Оттович Чечотт, создавший кафедру обогащения полезных ископаемых в Горном институте и являвшийся её первым заведующим. В 1916 г. Чечотт основал институт «Механобр», до сих пор лидирующий в этой области. Горный музей располагает прекрасной коллекцией моделей обогатительных устройств, большинство из которых было заказано в Германии профессором Августом Ивановичем Тиме.
В разделе «Обогащение» необходимо обратить внимание на модель Целлерфельдской рудообогатительной фабрики из Германии (фото 7). Обогатительные фабрики часто размещались на склоне и использовали энергию природного водного потока. На этом макете хорошо видно, как вода вращает колесо и, кроме того, подаётся для целей обогащения. Порода проходит постепенно через различные обогатительные устройства – толчеи, штосгерды (переносный станок для промывки руд) и т.п.
Фото 7. ТI 128. Модель Целлерфельдской рудообогатительной фабрики. Германия
Предпоследняя зона посвящена металлургическому производству. Все экспонаты в этой части экспозиции представляют собой макеты металлургических печей для плавки руд черных и цветных металлов. Печи относятся к разным периодам – от 80-х годов XVIII века до 70-х годов XX века. Самая старая модель нашего музея, изготовленная в 1776 г., подарок императрице Екатерине II – доменная печь с цилиндрическими мехами Александровского завода Олонецкого горного округа (фото 8).
Александровский пушечный завод был построен в 1774 г. в Петрозаводске на месте обветшавшего Петровского завода, основанного в 1703 г. императором Петром I для производства пушек. Но качество изделий этого завода было очень низкое: процент брака достигал 64%. Для того, чтобы развернуть производство орудий высокого качества, с Карронского завода в Шотландии был приглашён известный инженер Чарльз Гаскойн. Под его руководством в сжатые сроки был полностью перестроен завод. По чертежам Гаскойна впервые в России были сооружены две новые доменные печи с цилиндрическими воздуходувками. Цилиндрические меха подавали воздух в доменную печь в постоянном режиме, что позволило повысить температуру в печи и увеличить производительность печи сразу в 6 раз, а также улучшить качество чугуна. Модель этого передового по тем временам технического устройства была преподнесена Гаскойном императрице Екатерине II, а она, в свою очередь, подарила её нашему музею.
Фото 8. ТII 36. Модель доменной печи с цилиндрическими мехами. Россия
В экспозиции представлены и другие доменные печи XIX-XX вв. Привлекает внимание прекрасно исполненный макет доменной печи Новороссийского общества в Донбассе (завод Джона Юза). Этот макет даёт наглядное представление о доменном процессе.
Последняя часть экспозиции посвящена золоту, его добыче и обогащению. В России впервые в мире стали обогащать золотоносные пески. Большая заслуга в разработке методов поиска и разведки, а также обогащения золотоносных песков принадлежит горным инженерам Л.И. Брусницыну и Н.Р. Мамышеву.
Кроме разведки, важны еще добыча и переработка – так, оригинальную золотопромывательную машину построил Павел Аносов на Миасских рудниках в период своего управления Златоустовскими горными заводами. Модель машины в масштабе 1:17 (фото 9) была передана в Горный музей практически сразу после отъезда Аносова, назначенного губернатором Алтайского края в 1846 г.
Фото 9. ТI 133. Модель золотопромывочного устройства системы горного инженера Аносова. Россия
Машина, возможно, впервые в истории золотого дела, была создана на основании настоящего научного исследования и изучения возможностей всей имеющейся на тот момент техники. Она позволяла обрабатывать бедные золотоносные пески и даже отвальные породы, оставшиеся после обработки на других машинах. Этого удалось достичь благодаря её высокой мощности и производительности. Она была удобна в эксплуатации, конструкция её практически исключала возможность хищения золотого песка. Это была первая в мире золотопромывательная машина, работавшая от парового двигателя. Несколько таких машин впоследствии успешно работали на других уральских золотых приисках. Прочие макеты и модели представляют собой образцы отечественной золотопромывательной техники конца XIX в. Часть макетов экспонировалась на Нижегородской выставке 1896 г.
Среди экспонатов этой зоны можно также увидеть модель драги, построенной на верфи «Конрад» в конце XIX в. (фото 10). На рубеже XIX–XX столетий в мировой практике все более широкое распространение получили золотопромывательные фабрики на плавучих платформах, или драги. Каждый из понтонов внутри был разделен несколькими водопроницаемыми переборками, чтобы в случае пробоины судно сохраняло плавучесть и продолжало добычу золотоносного песка. Сначала золотопромышленность была представлена лишь приисками в долинах горных ручьев и мелких рек, русла же глубоких рек долгое время оставались недоступными. Только появление паровых двигателей большой мощности смогло позволить начать освоение этих сложных для добычи песков. Элеватор драги позволял добывать золотоносные пески с глубины 7–9 м и доставлять их для последующей обработки на барабанный грохот.
Фото. 10. ТI 140. Модель золотопромывательной драги верфи Конрад. Голландия
В первой нашей статье мы кратко познакомили читателей журнала с модельным собранием Горного музея. Все вышеперечисленные устройства являлись прорывными для своего времени, и с ними в обязательном порядке знакомили студентов Горного. Университет во все времена понимал важность практических навыков для своих выпускников – будущих горных инженеров, и этой традиции мы следуем до сих пор, стараясь в учебном процессе много времени уделять именно получению практических навыков. Модельное собрание продолжает служить нашим студентам и сейчас – понимание исторической эволюции горного дела позволяет студентам лучше понять основные принципы работы в горной отрасли.
Фотографии – Павел Долганов
Список литературы:
1. Путеводитель по модельному собранию Горного музея / сост. Н.П. Лифлянд. – Ленинград : Издание Горного музея, 1924. – 130 с.
2. Горная техника. Художественное литье / В.С. Литвиненко [и др.]. – СПб.: Галарт, 2008. – 191 с.
