Історія розвитку та становлення української наукової школи гірничошахтного підйому

На розвиток і становлення української наукової школи вчених - гірничих механіків суттєво вплинули роботи, виконані в Санкт-Петербурзькому й Московському гірничих інститутах.

Перша наукова школа в галузі гірничозаводської механіки в Україні виникла на початку минулого століття в Катеринославі (Дніпропетровську). Вузівські професори, основоположники ряду наукових напрямків, згодом академіки АН УРСР - М.М. Федоров, О.М. Динник були першими, чиї роботи сприяли розвиткові вітчизняної гірничої механіки і знайшли широке визнання.

Академік АН УРСР М.М. Федоров створив теорію шахтного підйому. Він написав працю «Теорія і розрахунок гармонічного підйому» (1914), у якій вперше розглянув динаміку рудникового підйому з постійним радіусом навивки, створив теорію і запропонував розрахунок гармонійного підйому з повним динамічним урівноважуванням механічної системи. Ним були створені класичні праці: «Динамічна теорія напруг вала циліндричних барабанів шахтної підіймальної машини», «Розрахунок напрямних шківів», «Розрахунок спиці барабана».

При створенні кафедр прикладних дисциплін при Академії наук УРСР однією з перших була відкрита кафедра гірничої механіки, яку очолив М.М. Федоров. На основі цієї кафедри пізніше був створений Інститут гірничої механіки, директором обраний академік М.М. Федоров. У цей період він працює над питаннями розрахунку шахтного підіймального каната, дає спосіб визначення площі поперечного перерізу каната, вперше вводить поняття про динамічний коефіцієнт запасу міцності канату, виходячи з границь утоми металу дротів. Особливу увагу він приділяє дослідженню розриву каната підіймальної установки, одержує диференціальне рівняння розриву каната при заклинюванні кліті, що піднімається в шахтному стволі, динамічне рівняння коливань елемента витка на барабані. Під керівництвом М.М. Федорова в 1935-1940 роках в інституті вирішувалися питання міцності з метою створення вітчизняної шахтної підіймальної машини. З 1942 року Інститут гірничої механіки носить ім'я М.М. Федорова, де і сьогодні працюють його послідовники.

У ті ж роки професор С.А. Заборовський виконав важливі наукові дослідження з розрахунку шахтних клітей (монографія «Динамічний розрахунок двоповерхової рудникової кліті», 1909), а В.М. Маковський узагальнив базу даних по шахтному підйому і виклав їх у книзі «Нариси систем рудникових підйомів і їхніх двигунів у зв'язку з даними практики Донецького басейну» (1909), а професор О.М. Динник - по динаміці шахтних підіймальних канатів (книга «Про коливання струни змінної щільності», 1914).

Важливе місце в розробці теорії і практики шахтного підйому належить ряду дніпропетровських учених-механіків. Особливо слід відзначити роботу Б.С. Маркова з розрахунку шахтного підйому зі змінним радіусом навивання каната. А.С. Локшин розробив теорію динамічних напруг у канатах постійної довжини з постійним перерізом.

Важливе місце в становленні вчення про проектування електричних піднімальних установок, дослідження гальм різних систем автоматизації належить В.Б. Уманському. У 1929 р. В.Б. Уманський опублікував книгу «Техніко-економічний розрахунок електричних піднімальних машин», написав ряд монографій з теорії піднімальних машин, а також їх гальмівних систем. У 1937 р. вийшло у світ видання «Хвороби шахтних піднімальних машин» (вона довго була єдиною в цьому напрямку і тільки згодом, через кілька десятиліть, донецькими інженерами - механіками була написана аналогічна книга «Несправності шахтних піднімальних установок»).

Істотний внесок у становлення Донецької наукової школи внесли вузівські вчені Донецького індустріального інституту (пізніше Донецького політехнічного інституту, а потім Донецького національного технічного університету), Науково-дослідного інституту гірничої механіки імені М.М. Федорова, МакНДІ.

Наукова школа ДонНТУ

Широку популярність донецька школа набула завдяки академікові АН УРСР (1951) Паку В.С. З 1934 року він працював у Донецькому гірничому інституті на посаді завідувача кафедрою гірничої механіки. У 1944 р. очолював кафедру гірничої механіки Донецького індустріального інституту. З 1948 по 1963 рік керував відділом гірничої механіки Інституту гірничої справи АН УРСР. Серед основних напрямків наукової діяльності - розробка теорії рудникового підйому. Серед відомих його робіт - монографія «Рудничные подъемные установки» - Владивосток: Далекосхідний політехнічний інститут, 1931, (перевидана в 1982 р.)

Професор Н.А. Прочан у період з 1968 по 1981 р. працював зав. кафедрою рудникових піднімальних установок Донецького політехнічного інституту. Ним виконані наукові праці з автоматичного керування, експлуатації машин, підйому вугілля з великих глибин, міцності устаткування шахтного підйому.

Наукова школа МакНДІ

Начальником відділу рудникового транспорту МакНДІ тривалий час працював В.Д.Білий. У 1955 році він захистив докторську дисертацію на тему: «Канатні провідники шахтних піднімальних установок». Основний напрямок наукової діяльності - вивчення динамічних явищ при взаємодії шахтних піднімальних посудин із гнучкими канатними провідниками, дослідження роботи шахтних парашутів, розробка канатного дефектоскопа.

Праці відомого науковця А.І. Самородова присвячені рішенню питань безпеки підіймально-транспортних комплексів шахт і рудників. Під керівництвом і при особистій його участі створена практично вся нормативна база безпечних підіймально-транспортних засобів. Це понад 30 галузевих документів і такий узагальнюючий розділ як «Рудниковий транспорт і підйом» у «Правилах безпеки у вугільних і сланцевих шахтах». Він брав безпосередню участь у створенні таких засобів безпеки і контролю підіймально-транспортних установок, як гальмівні пристрої, обмежники, підвісні парашутні та ін. пристрої. Великий внесок зроблено ним також у дослідження гнучких (канатних) армувань. Канатні армування впроваджені на найглибших стволах шахт Донбасу (ш. «Прогрес», ім. О. Скочинського й ін.) і рудниках Норильська («Жовтневий», «Соколовський» та ін.). У результаті цього отримано величезний економічний ефект.

А.І. Самородов був одним з перших фахівців, що заклали основи теоретичних і експериментальних розробок для визначення залишкової міцності устаткування, термін служби якого, відповідно до заводських документів, минув. Вони й сьогодні допомагають підвищити рівень безпечної роботи транспортного й іншого устаткування на шахтах В'єтнаму, Угорщини, Китаю й ін. країн. Як фахівець і технічний експерт він працював в Англії, Німеччині, Франції, Італії, Словаччині, Чехії, Польщі і Югославії.

Канд. техн. наук А.І. Самородов є автором понад 150 наукових публікацій і 30 авторських винаходів. Його основні праці: «Норми безпеки на проектування й експлуатацію канатних провідників багатоканатних піднімальних установок» (Макіївка-Донбас, 1983 р.), «Норми безпеки на проектування й експлуатацію канатних провідників одноканатних піднімальних установок», Макіївка-Донбас, 1989 р., «Тимчасове типове положення по безпечних методах ведення робіт при перекритті стволів під час заміни піднімальних канатів і посудин», Макіївка-Донбас, 1978 р., «Тимчасові вимоги безпеки до технології і засобів для спуску негабаритних вантажів під піднімальними посудинами», Макіївка-Донбас, 1981 р., «Технологічна інструкція з дефектоскопії деталей гальмових пристроїв піднімальних машин, підвісних і парашутних пристроїв піднімальних посудин, осей копрових шківів // КТМ 07.01.021-87».

Ще один відомий вчений інституту - Бережинський В.І. з 2004 року - завідувач відділу рудничного транспорту і підйому МакНДІ. І кандидатська, і докторська дисертації, захищені в 1967 році в Дніпропетровському гірничому та в 1989 р. - у Московському гірничому інститутах, присвячені питанням забезпечення безпеки експлуатації шахтних канатів. В.І. Бережинский є одним з авторів приладу, який тривалий час застосовується на шахтах, - вимірника зносу сталевих канатів ИИСК_5 і коуша КД, захищених авторськими свідоцтвами. Прилад ИИСК_5 був запатентований у ФРН і Великобританії. Проведені ним дослідження статичної і динамічної міцності врівноважуючих ґумотросових канатів при наявності ушкоджень дозволили застосувати зазначені канати на шахтах.

В.І. Бережинським опубліковано понад 170 наукових праць, у тому числі 27 авторських свідоцтв і патентів. Закордонні друковані праці опубліковані в Англії, Італії, Польщі, Словаччині, США, Чехії, Югославії, Росії.

З 1997 року він став членом О.I.Р.Е.Е.С. (Organisation internationale pour l'etude de l'endurance des cables), у 2001 році обраний академіком Міжнародної академії безпеки, м. Київ, у 2003 р. обраний Президентом МАДК (Міжнародної асоціації дослідників канатів), м. Одеса.

Наукова школа НДІГМ імені М.М. Федорова

НДІГМ імені М.М. Федорова - головний інститут, що здійснює роботи зі створення, модернізації, підвищенню надійності і безпеки експлуатації устаткування шахтних піднімальних, вентиляторних, водовідливних, пневматичних і теплоенергетичних установок.

Інститут має дозволи Держнаглядохоронпраці України і Держгіртехнагляду Росії на провадження робіт на шахтних стаціонарних установках, зокрема, на шахтному підйомі. В інституті працюють технічні експерти, атестовані Держнаглядохоронпраці України і Держгіртехнагляду Росії, і висококваліфіковані фахівці

Учені НДІГМ імені М.М. Федорова в галузі шахтного підйому виконують роботи:

- Обстеження технічного стану устаткування шахтного підйому: піднімальних машин, піднімальних посудин, канатів, підвісних і причіпних пристроїв, елементів жорсткого армування, копрів і ін. з видачею експертно-технічних висновків, у тому числі щодо продовження терміну служби піднімальних машин, причіпних і підвісних пристроїв, армувань.

- Проведення розрахунків піднімальних установок.

- Дефектоскопія устаткування.

- Підготовка науково-технічних рекомендацій із продовження терміну служби устаткування.

- Розробка технології ремонту піднімальних машин.

- Розробка рекомендацій з експлуатації жорсткого армування з відхиленнями від «Правил безпеки у вугільних шахтах».

- Вибір оптимальних конструкцій канатів, розрахунок жорстких перекриттів стволів, визначення режимів гальмування, що виключають набігання вагонеток на канат, режимів уповільнення парашутних підйомів.

- Розробка науково-технічних рекомендацій із продовження терміну служби канатів.

- Навчання обслуговуючого персоналу шахти методам перевірки і регулювання радіусів навивки і довжин канатів.

- Обстеження й оцінка технічного стану, паспортизація, розробка проектно-конструкторської документації, експертиза проектів, захист від корозії металевих споруд шахтної поверхні.

Основні напрямки наукової діяльності докт. технічних наук А.А.Білоцерківського: розробка наукових основ нових і удосконалення діючих систем електропривода, засобів керування, захисту і діагностики гірничих піднімальних установок.

Найбільш важливими його роботами є: Засоби керування і захисту гірничих піднімальних установок // Вугілля. - 1975. - №2; Ддоцільність систем АРПТ для багатоканатних піднімальних установок // Безпека роботи в промисловості. - 1986. - №5; Засоби захисту і керування сучасних піднімальних установок // Доповідь на Міжнародній конференції з автоматики. - Острава, Чехія, 1990; Про вибір гальмуючих зусиль при вибірковому попереджувальному гальмуванні піднімальних машин // Гірнича механіка й автоматика. - К., 1981. - Вып. 38.; Монографія «Проблеми перешкодозахищеності апаратури керування і захисту шахтних піднімальних установок» (1995).

Доктор технічних наук, професор Є.С. Траубе підготував разом з канд. технічних наук І.С. Найденко монографію «Гальмові пристрої і безпека шахтних піднімальних машин»

Доктор технічних наук, професор М.Г. Гаркуша в НДІГМ імені М.М. Федорова вирішив ряд задач гірничої механіки. Ним разом з учнями проведені дослідження динаміки системи «посудина-жорстке армування ствола», піднімальних посудин, пружних роликових пристроїв високошвидкісних піднімальних посудин. Він розробив інженерний метод розрахунку складної параметричної системи «посудина-армування» на сталість руху, нові важливі положення Правил безпеки, що стосуються шахтного підйому. Ним укладені керівні матеріали для проектних інститутів «Тимчасові вказівки з проектування і розрахунку жорсткого армування вертикальних стволів шахт» і «Вказівки по конструюванню скіпів піднімальних установок вертикальних стволів вугільних шахт з жорстким армуванням». Проведено роботи по відбудові і реконструкції двох десятків зруйнованих армувань стволів нових глибоких шахт Донбасу, для семи десятків стволів розроблено рекомендації з удосконалення проектів нововведених шахт.

Докт. техн. наук В.І. Дворников - керівник наукової школи гірничої механіки в НДІГМ імені М.М. Федорова. Під його керівництвом інститут виконував фундаментальні дослідження проблем створення устаткування стаціонарних установок шахт. Основні напрямки наукової діяльності: питання проектування і розрахунку жорсткого армування вертикальних стволів шахт, розрахунок шахтних скіпів, пружних роликових напрямних для піднімальних посудин, упровадження на багатоканатних підйомах оцинкованих канатів уніфікованого ряду типорозмірів, розробка методики розрахунку багатоканатних підйомів і піднімальних установок на відсутність ковзання каната по шківу.

У 1997 році в Болгарії видана монографія В.І. Дворникова й Е.Р. Крцелина «Теоретичні основи динаміки шахтного підіймального комплексу». В.І. Дворников має більш ніж 200 наукових праць і понад 50 авторських свідоцтв з проблем шахтного підйому.

Канд. техн. наук А.Ф. Новиков вніс істотний внесок у розробку, дослідження і впровадження шахтних піднімальних машин з дисковими гальмами. Його основні роботи: Розрахунок сполучених оболонок канатоведучого шківа і барабана - обойми прохідницької машини та Дискові гальмові пристрої шахтних піднімальних машин. Експериментальні дослідження поперечних коливань шахтних піднімальних канатів і вимоги до пристрою для виміру їхнього натягу // Зб. наук. праць НДІГМ ім. М.М. Федорова. - Шахтний підйом. - Донецьк, 1978. - №46; Експериментальні дослідження фрикційних властивостей матеріалів футеровок приводних шківів шахтних піднімальних машин // Зб. наук. праць НДІГМ ім. М.М. Федорова. - Шахтний підйом. - Донецьк, 1979. - №48.

Канд. технічних наук А.М. Коваль має важливі розробки в галузі створення і забезпечення безпечної експлуатації устаткування шахтного підіймального комплексу.

Основні напрямки наукової діяльності канд. технічних наук Ізмайлова Г.Г. - розробка наукових основ автоматичного регулювання руху піднімальних установок.

Основні напрямки наукової діяльності І.Д. Григорова: синтез і впровадження нового гідроприводу швидкодіючого багатомодульного дискового гальма багатоканатних піднімальних установок вертикальних підйомів шахт, розробка наукових основ розрахунку гальмових моментів піднімальних машин у режимі попереджувального гальмування. Основні роботи: Дискові гальмові пристрої шахтних піднімальних машин. - М.: ЦНИЭИуголь, 1977; Раціональні значення запасів гальмових моментів шахтних багатоканатних піднімальних машин // Зб. наук. праць НДІГМ ім. М.М. Федорова. - Донецьк, 1979. - №48.

Канд. технічних наук В.А. Пристром - завідувач відділом шахтного підйому, технічний експерт Держнаглядохоронпраці України, тривалий час працює над рішенням проблем шахтного підіймального комплексу. Тематика його досліджень має важливе значення для практики експлуатації шахтного підйому. Це насамперед: дослідження і розробка науково-технічної і матеріальної бази для обстеження, діагностики й оцінки стану устаткування шахтних стаціонарних установок, що експлуатуються тривалий час; розробка планово-попереджувальної системи технічного обслуговування і ремонту устаткування шахтного підіймального комплексу; розробка засобів і методів неруйнівного контролю і віброметрів устаткування шахтних стаціонарних установок.

Автор більш 100 наукових публікацій і винаходів. Є автором книг:

· Посібник з технічного обслуговування і ремонту шахтних піднімальних установок. - М.: Надра, 1983.

· Технічне обслуговування і поточний ремонт стаціонарного устаткування - М.: Надра, 1988. - 318 с.

· Довідник з експлуатації шахтних стаціонарних установок // В.А. Пристром, А.М. Коваль, І.Г. Манець і ін. - К.: Техніка, 1989. - 207 с.

Важливими є також роботи:

Керівний технічний матеріал з технології обстеження й оцінці технічного стану устаткування піднімальних установок. - М., 1994; Підвищення терміну служби кінематичної пари тертя «направляючий пристрій ковзання - рейковий провідник» // Зб. наук. праць НДІГМ ім. М.М. Федорова / Гірнича механіка. - 1991. - Вип. 1.; Технологічна інструкція з дефектоскопії деталей гальмових пристроїв піднімальних машин, підвісних і парашутних пристроїв піднімальних посудин, осей копрових шківів // РТМ 07.01.021-87; Жорстке армування вертикальних стволів шахт. Обстеження, оцінка технічного стану. Ремонт і реконструкція // Методика КД 12.01.10.0601-99.

Зав. лабораторії шахтних канатів НДІГМ імені М.М. Федо-рова В.І. Пасюта виконує роботи: проведення наукових досліджень в галузі динамічних хвильових процесів у сталевих канатах в екстремальних режимах, розробка оптимальних конструкцій шахтних канатів і наукових основ діагностування, контролю канатів у шахтних стволах і на пасажирських канатних дорогах, розробка науково-методичних основ безпеки експлуатації канатів, державних і галузевих стандартів, найважливіших нормативно-технічних документів.

Основні напрямки наукової діяльності А.В. Ситар: дослідження і розрахунки динамічних зусиль у канатах багатоканатних піднімальних установок і раціональне проектування шахтних піднімальних установок. Основні роботи: Методика вибору і розрахунку раціональних параметрів двоскіпових і односкіпових багатоканатних піднімальних установок із противагою. - Донецьк, 1980. - 62 с.; Аналіз рішення рівняння динаміки багатоканатних піднімальних установок // Зб. наук. праць НДІГМ ім. М.М. Федорова. - Питання експлуатації шахтних стаціонарних установок. - Донецьк, 1985. - С. 10-28; Раціональний критерій нековзання канатів на багатоканатних піднімальних машинах // Уголь Украины. - 1986. - №4. - С. 29-30; Методичні вказівки до розрахунку гальмового моменту.

Основні напрямки наукової діяльності А.І. Соломенцева: розробка методичних матеріалів розрахунку жорстких армувань шахтних стволів, посудин (скіпів, клітей); розробка, дослідження і модернізація устаткування шахтного підйому і піднімальних машин, скіпів, клітей, підвісних, напрямних і завантажувальних пристроїв, копрових шківів, удосконалення експлуатації устаткування вертикальних стволів шахт.

Основні роботи: Вплив форми профілю розпірної балки на глибину її закладення в кріплення ствола // Зб. наук. праць НДІГМ ім. М.М. Федорова - Питання експлуатації шахтних установок. - Донецьк, 1985; Розрахунок на міцність барабана підіймальної установки з витками тертя, що біжать, // Зб. наук. праць НДІГМ ім. М.М. Федорова - Питання експлуатації шахтних стаціонарних установок, Донецьк, 1985; Динаміка підіймальної посудини в розвантажувальних кривих // Зб. наук. праць НДІГМ ім. М.М. Федорова - Прогресивне устаткування шахтних стаціонарних установок. - Донецьк, 1989; Практика переустаткування двокінцевої барабанної підіймальної установки під систему з біжучими витками тертя // Зб. наук. праць НДІГМ ім. М.М. Федорова - Гірнича механіка. - Донецьк, 1991. - Вип. 1.

Основні напрямки наукової діяльності канд. техн. наук Степанова П.В.: створення раціональних і надійних конструкцій армувань і посудин для шахтних піднімальних установок, дослідження динамічних процесів при русі підіймальної посудини в провідниках жорсткого армування вертикального шахтного ствола. Основні роботи: Дослідження динаміки системи «піднімальна посудина - жорстке армування» вертикального шахтного ствола // Міжнародний симпозіум з динаміки теплових машин гірничої й металургійної промисловості. Тези доповідей. - Донецьк, 1974; Власна твердість скіпів і пристроїв їхнього руху // Питання підйому глибоких шахт. - Київ: Наукова думка, 1974; Вплив гнучкості шахтної підіймальної посудини і стійкість її руху в провідниках // Вопросы горной механики. - М.: Недра, 1971. - №24. Про врахування власної жорсткості шахтної підіймальної посудини при визначенні експлуатаційного запасу стійкості «посудина - армування» // Зб. наук. праць НДІГМ ім. М.М. Федорова. - Шахтний підйом. - Донецьк, - 1973. - №32.

Канд. технічних наук Трибухін В.А. є автором нормативно-технічної документації щодо оцінки стану піднімальних машин. Основні напрямки наукової діяльності: динаміка шахтних піднімальних установок, регулювання розподілу навантаження між канатами шахтних піднімальних машин і впровадження методики проведення цих робіт на шахті, створення піднімальних машин з дисковим гальмом. Основні роботи: Модернізація підканатного захисту від зависання посудини в розвантажувальних кривих // Зб. наук. праць НДІГМ ім. М.М. Федорова. - Теоретичні й експлуатаційні проблеми шахтних стаціонарних установок. - Донецьк, 1986. - С. 49-54; Теоретичні дослідження перехідних процесів у пружинно - гідравлічних приводах гальм шахтних піднімальних машин з керуванням від регуляторів тиску // Зб. наук. праць НДІГМ ім. М.М. Федорова. - Гірнича механіка. - Донецьк, 1992. - Вип. 2. - С. 152-177.

Важливі наукові дослідження української школи гірничих механіків відображені в монографіях, підручниках, нормативно-технічній документації, а також у статтях Збірників наукових праць НДІГМ імені М.М. Федорова, ДонНТУ, МакНДІ, Національного гірничого університету, Київського політехнічного інституту, спеціалізованих журналах - «Уголь Украины» і ін. Вони знаходять широке застосування при створенні й експлуатації устаткування шахтних піднімальних комплексів.