Как древние люди добывали полезные ископаемые

Вода – это самое первое полезное ископаемое.

Чистая вода нужна для поддержания жизни животных и растений.

Вода, в которой растворены различные соли, газы и различные элементы. Она является целебной при различных заболеваниях. Целебные свойства различных источников были известны еще в глубокой древности.

Подземные воды – это природные ресурсы, от которых зависит большинство населения Земли.

Установлено, что под землей находится в 37 раз больше воды, чем в озерах, реках и болотах мира.

Люди думают, что запасы пресной воды неисчерпаемы. Рост численности населения Земли и промышленности привели к тому, что некоторые районы испытывают трудности с чистой питьевой водой.

Соль – еще одно жизненно важное полезное ископаемое. Используется при приготовлении пищи, как удобрение и даже при строительстве. Под именем солей в горном деле понимают все растворимые в воде полезные ископаемые. Их около 20.

Основной минерал – галит – поваренная соль. В зависимости от характера месторождений различают четыре вида добываемой соли: каменная, самосадочная, бассейновая, выварочная.

В конце 19 в. в наиболее развитых странах добывалось около 10 млн. т соли. В России в настоящее время добывают 5 млн. т соли.

Кремень -использовали для изготовления первых орудий самозащиты и труда. Для этих же целей использовали обсидиан и нефрит, так как эти минералы отличались большой вязкостью и были пригодны для выделки орудий.

Глина. Использовали для изготовления предметов домашнего обихода, строительства.

Минеральные краски: мел, железная охра, киноварь (сульфид ртути красного цвета).

Золото. Медь. В основном в древние времена использовались для украшений.

5.2. Каменный век

Каменный век:

– палеолит 2,5млн.-12000 лет до н. э;

– мезолит – 12000-8000 лет до н. э.;

– неолит – 8000-4000 лет до н. э.

Рисунок 6 – Этапы развития добычи кремния в каменном веке:

а – собирательство; б – выкапывание; в – выемка с помощью ям;

г – уступная разработка.

Период собирательства (2,5 млн. лет – 35 тыс. лет назад).

Первыми орудиями труда были обычные камни или отщепы. Их еще нельзя назвать горными орудиями, применяли без какой либо обработки.

Полезные ископаемые, используемые в каменном веке: кремень, яшма, обсидиан, роговик, сланец, кварцит, доломит, минеральные краски.

Период целенаправленной добычи с некоторой глубины.

Со временем, человек научился обрабатывать шкуры животных. На поверхности камней становилось все меньше, потребность в них увеличивалась. Для их поисков необходимо было забираться в глубину земной поверхности. Потребовались такие орудия, с помощью которых можно было капать, отбивать и обрабатывать добытое. Этот момент в истории человечества можно считать зарождением горного дела.

Аграрная революция, вызванная появлением земледелия и скотоводства, привела к выделению ремесла, в том числе по изготовлению каменных орудий.

Появляются молоты, кайла, мотыги, кирки, клинья для горных работ. Формируется древнейшее горное дело как система приёмов применения этих орудий: для добычи кремня выкапываются ямы, канавы, ниши в крутых берегах рек и подземные ходы-выработки. Они обнаружены на территории многих стран Европы: Бельгия, Великобритания, Франция, Австрия, Россия.

Археологические реконструкции показали, что для выемки залежей кремня, обнажающихся на крутых берегах рек, в оврагах и балках, проводились горизонтальные выработки и вертикальные выработки, вначале в виде котлованообразных ям, а с развитием навыков горных работ – стволов шахтного типа, глубина которых достигла 18 м.

Рисунок 7 – Добыча кремня в горизонтальных выработках

Рисунок 8 – Добыча кремня в вертикальных выработках

Если кремень попадался в твердой породе (например, известняк) то разработку вели с помощью длинных штреков. Если кремень залегал в мягкой породе, то заглублялись стволы. В том случае, когда шахта достигала водоносного слоя, то дальнейшее ее заглубление прекращалось.

Диаметр штреков – 0,6-0,8 м, а длина – 4м. Крепи не было. В целях безопасности делались целики из коренной породы. Между шахтами и камерами пробивались небольшие «окна» для вентиляции. Для освещения зажигались лучины или костры

Все работы по отбойке породы производились каменными орудиями.

Выдача горной массы на поверхность – в коробах из прутьев либо кожаными ведрами, а работающие спускались в выработку по стволам деревьев, у которых часть ответвлений не срезалась.

5.3. Бронзовый век

Период – 4000-900 г г. до н.э..

Бронза – сплав меди и олова.

Медь. Около 9 тыс. лет назад (в период перехода к оседлости) стала использоваться холодная ковка самородных металлов. Никакого практического применения это не имело, так как самородки были малы, а сковать несколько самородков вместе без разогрева невозможно.

Гончарное производство повлияло на возникновение техники горячей ковки и литья. Появились печи и керамические формы для отливки. Произошло это на Ближнем Востоке примерно 4 тыс. до н. э, в Европе и Китае 2-3 тыс. до н. э.

Литье облегчало процесс изготовления орудия. Однако, запасы самородной меди стремительно истощались. Мягкость меди значительно ограничивала сферу ее применения при обработке других материалов.

В итоге, металлургия меди мало повлияла на изменение образа жизни людей, медные орудия не вытесняли полностью каменных.

Наряду с медными рудами добываются золото, руды олова, мышьяка, свинца.

Бронза. Конец 3 тыс. до н. э. открыта возможность получения металлов из руды.

Было установлено, что, если в плавящуюся медь, подбросить немного олова, качество полученного материала улучшится.

В начале 2 тыс. до н. э. медь стала заменяться бронзой.

В это же время появились и первые железные изделия, но мягкое железо (не пригодное к литью, поскольку требовало чрезмерно высоких температур), как материал для оружия и орудий, было хуже бронзы, – бронзовый век продолжался еще 1000 лет, вплоть до освоения технологий закалки и сварки.

5.4. Железный век

Железо самый распространенный металл в земной коре после алюминия. 3 тыс. до н.э. – первые письменные сведения по обработке и добыче железных руд связаны (Анатолия). Там же со 2-го тысячелетия до н.э. начинается производство серий железных орудий (народ халиб в Малой Азии).

Сырье – магнетитовые пески, запасы по всему побережью Черного моря. Сталь была легированной (нержавеющей) и обладала высокими качествами.

В течение последующих нескольких столетий добыча железных руд и выплавка железа не получили широкого распространения.

9 в. до н.э. начинается разработка озёрных, болотных и луговых залежей железных руд. Это привело к появлению различных железных орудий, которые стали вытеснять бронзовые на большей части Евразии.

Развитие добычи и выплавки железа привело к крупным сдвигам в производительных силах. В этот период рабский труд в горном деле постепенно становится основным. Рост объёмов производства способствовал освоению новых месторождений железных руд и возникновению железоделательных центров (Великобритания, Франция). Железные молот и кайло становятся основными орудиями горного производства. Железные руды разрабатываются по всем горно-металлургическим районам Старого Света, исключая северо-восточные области Азии и Африку южнее Сахары.

7 в. до н.э. – начинается добыча нефти.

С 5 – 4-го тысячелетия до н.э. выделяются группы горняков-профессионалов, передававших свой опыт из поколения в поколение.

С момента вытеснения каменных орудий металлическими зарождается кузнечное дело. С началом добычи металлических руд рождается процесс металлургии и появляется техника обработки металлов.

Зарождается геометрия недр – геодезия. Например, в 4 в. до н.э. при проведении водопроводного тоннеля на острове Самос в Эгейском море длинной 1000 м встречными забоями, проходчики точно встретились в намеченном месте.

Возникает новая отрасль горного дела – обогащение полезных ископаемых, которое сводилось к ручному отбору из пустой породы ценных минералов.

5.5. Огневые работы в горном деле

В забое раскладывали большой костер, огонь которого поддерживали в течение долгого времени. Когда порода достаточно нагревалась, то ее быстро обливали водой, которую специально подносили к этому месту. Такую операцию иногда повторяли несколько раз, в результате чего порода растрескивалась даже в той части, которая непосредственно с огнем не соприкасалась. После растрескивания порода легче поддавалась откалыванию клином, ломом или кайлой. В случае необходимости а дне горной выработки сооружали специальный помост, на котором разжигали костер.

Рисунок 9 – Добыча руд с помощью огневых работ

5.6. Античный период 2 тыс. до н.э. – 5 в. н.э.

Античность – это эпоха зарождения, развития и угасания греко-римской цивилизации. На огромной территории Западной, Центральной и отчасти Центральной Европы, Малой и частично Центральной Азии, Ближнего и Среднего Востока, Северной Африки была создана цивилизация с высоким уровнем развития науки и искусства, строительства и архитектуры.

Технический прогресс обусловлен нуждами военной, строительной техники, сельского хозяйства и ремесел. В качестве источника энергии использовалась мускульная сила рабов, для их пополнения нужны были войны. Все технические достижения использовались для создания военных орудий.

Самым точным искусством в античные времена было строительство. Были построены уникальные сооружения: Колизей и Пантеон в Риме, Парфенон в Афинах, арки, колоннады, храмы, водопроводы. Для их строительства использовался мрамор, гранит, известняк в больших количествах.

Египет. Добыча камня и руды – монополия государства. Используют рабский труд, иногда подрядная система

Рим. Во времена Римской республики государство сдавало в аренду на пять лет рудники крупным предпринимателям. Во время Римской империи для предотвращения хищнической эксплуатации создается горное управление, эксплуатацией рудников занимаются мелкие предприниматели.

Асуанские гранитные каменоломни– добывали асуанский гранит, для статуй и саркофагов, обелисков и колонн.

Египтяне применяли суда и баржи для перемещения крупнейших памятников в нужное им место, следы каналов были обнаружены как у пирамид Гизы, так и у храмов Луксора.

В этом районе обнаружили остатки канала, который служил для перемещения по воде огромных каменных обелисков, а так же заготовок для статуй и гигантских строительных блоков. Этот канал, который не заполнялся водой с древнейших времен, можно считать прямым доказательством использования водных артерий для переброски гранитных глыб из карьера.

Процесс добычи – в углубления загоняли клинья из сухого дерева, а затем поливали водой. Разбухшее дерево разрывало камень. Затем поверхность гранита выравнивали прочными диоритовыми топорами, скалывая выступы. На них сначала разводили костры, а затем поливали раскаленное место водой. Гранит давал мелкие трещины, разрушенную часть зачищали. Для проделывания борозд использовали каменные шары из более твердого материала. Их катали по одной линии, и гранит постепенно стирался…

В Асуанских гранитных каменоломнях до сих пор лежит неоконченный обелиск. Длина обелиска – 42 метра, а вес – более тысячи тонн. Работы с обелиском были прекращены, так как в его верхней части образовалась глубокая трещина. Следов пиления нет.

Рисунок 10 – Асуанские каменоломни. Обелиск 42 м

Вади-эль-Араба – древние медные рудники около залива Акаба Красного моря; известны также под назв. «Копи царя Соломона». Площадь до 400 км2. Основной тип оруденения – медистые песчаники. Зафиксировано около 3000 древних разработок. Самые ранние из них относятся к медному веку (4-е тыс. до н.э.), позднейшие – к началу нашей эры (период римского господства).

Максимальная активность в эксплуатации отмечалась в период Нового царства Древнего Египта (14-11 вв. до н.э.). Лучше всего обследованы рудники в западной части. Основные типы выработок – стволы, штреки, штольни. Максимальная глубина шахт 36 м, длина штреков до 50 м и более. Поперечное сечение выработок преимущественно овальное или округлое. В местах, где мощность рудных тел увеличивалась, горные выработки расширялись, образуя камеры. Руду отбивали каменными, а позднее железными молотами и зубилами. Крепление выработок осуществлялось с помощью каменных «целиков», подъём руды на поверхность – по лестницам-выступам, высекавшимся в стенках шахт, либо с помощью деревянных воротов-подъёмников в деревянных бадьях или кожаных мешках. Там же обнаружено большое количество медеплавильных печей.

Рисунок 11 – Рудник Веди-эль-Араба «Копи царя Соломона»

5.7. Технология горных работ в древности

– орудия труда: металлические долота, топоры и кайла;

– форма подземных выработок, их трасса и протяжённость (достигавшая сотен метров) повторяли конфигурацию рудного тела;

– выработки предохранили от обрушения (целики, сооружение подпорок из глыб камня, деревянные распорки).

– для придания устойчивости кровля горных выработок имела сводчатую, арочную или остроугольную формы;

– проветривание осуществляли посредством специальных дополнительных вертикальных выработок, проходимых на разных уровнях;

– для предотвращения затопления шахт ливневыми дождями около ствола строили защитные плотины;

– подземные воды собирали в ямы-водосборники, из которых воду вычерпывали кожаными или берестяными вёдрами, для предотвращения затопления шахт ливневыми дождями около ствола строили защитные плотины;

– для спуска и подъема рудокопов в стенке вертикальной выработки оставляли уступы, применяли бревна с зарубками.

– освещение – сжигание сухого хвороста или лучин, а позднее -с помощью масляных сосудов-ламп.

Выработки типа карьеров достигали длиной 100 м и более, глубиной 20-30 м. Древний медный карьер в урочище Кенгазган (Центральный Казахстан) имел длину до 500 м, ширину до 100 м, глубину до 18 м; на Синайском полуострове древний медный карьер (долина Кариг) представлял собой котлован длиной около 100 м, шириной10 м, глубиной 9 м.

Появляются первые горные чертежи — сохранился древнеегипетский папирус, на котором показана схема шахты по добыче золота.

Добыча золота с использованием водных потоков. Золотоносный песок ссыпали на бараньи шкуры, которые промывали водой, подаваемой по деревянным желобам (Колхида). На территории Испании эти работы приняли глобальный характер: на предварительно расстеленные шкуры обрушивались посредством искусных подкопов огромные объёмы горных пород, на которые затем отводились водные потоки от рек. После окончания промывки в обоих случаях шкуры высушивались и сжигались. Остатки горения собирали в корыта и вручную промывали в проточной воде, которая уносила пепел. На дне корыта оставались золотинки.

Свинцово-цинковые и другие руды измельчали в каменных ступах (позднее толчеях) с последующей промывкой на каменных «столах» – площадках с параллельными канавками для воды, которая подавалась из водоёмов «Архимедовым винтом». (Механизм, исторически использовавшийся для передачи воды из низколежащих водоёмов в оросительные каналы. Он был одним из нескольких изобретений и открытий, традиционно приписываемых Архимеду, жившему в III веке до н. э. Архимедов винт стал прообразом шнека).

В 1-м тысячелетии до н.э. отмечается резкий подъём горного дела и в других регионах Старого Света. Например, в Китае ведётся разработка нескольких тысяч месторождений руд железа, меди, олова и других полезных ископаемых. Для добычи соляных растворов впервые осуществлялось бурение скважин глубиной до 900 м, диаметром 12-15 см.

Развивавшиеся производительные силы требовали увеличения масштабов производства и потребления. Экономический кризис перерастает в социальный и приводит к распаду рабовладельческого строя на территории Европы в первых веках н.э. Горное дело с крушением могущественной Римской империи в течение нескольких веков переживает глубокий кризис.