Середньовічні гірничі технології

Розвідки рудних покладів

Початку розробки рудних покладів завжди передували пошуки родовищ, які вели найбільш досвідчені гірники-рудознавці (найуспішнішими серед них протягом XII — XIV ст. були монахи-цистерціанці). Основні способи розвідок наведемо за працею Ґеорґіуса Аґріколи «De Re Metallica» (1556 р.), де узагальнено середньовічний досвід розвідувальних робіт, тогочасні раціональні та дивоглядні точки зору на пошукову справу. За Ґ. Аґріколою найважливішими пошуковими ознаками й способами виявлення покладів є:

1. «Уламки руди, що виносяться потоком (води) із землі». Цілком по-сучасному звучать міркування: «Якщо такі уламки розкидані на поверхні землі і притому гладенькі, то рудні жили в більшості випадків відстоять від них далекій відстані, бо потік, що захопив винесені ним частинки руд далеко від їх жил, встиг їх обточити доки штовхав все далі. Якщо ж ці уламки застряли в землі і шорсткі, це означає, що вони знаходяться поблизу від рудних жил». Використовують цей досвід пошуку рудних жил і сучасні старателі.

2. Характер рослинності над рудними жилами (рудним тілом): «…іній, який трохи біліє часами на всіх травах, за винятком тих, що ростуть над жилами» — ця цікава, але вже дещо призабута пошукова ознака ще зберігається в арсеналі польових геологів. Ґ. Аґрікола пояснює: «…жили випускають з себе тепло і сухість, що перешкоджає згущенню вологи… отже, там, де мокрі трави не покриваються інеєм, під ними криється жила. Якщо вона сильно виділяє тепло, то земля народжує трави низькі і неприродного кольору». На переконання середньовічних гірників «жили виділяють випаровування», тому якщо «в якому-небудь місці дерева, зростаючі довгим рядом, раптом втрачають свою свіжість і чорніють або рябіють або одне за одним валяться вітром, там криється жила. Іноді також довгою смугою над місцем, де простягається жила, росте яка-небудь трава або який-небудь рід грибів, причому їх немає над породними прошарками». Докладно описані дерева, які ростуть над рудними жилами. Їх листя «весною має голубуватий або синюватий колір, гілки, особливо верхні, чорнуваті або забарвлені яким-небудь іншим неприродним кольором, стовбури розщеплені і деревина стовбурів і гілок також чорнувата або строката». Ці явища викликаються, — на думку Ґ.Аґріколи, — «дуже теплим і висушуваним випаровуванням, яке, не щадячи коріння дерев, сушить їх і знесилює». 3. Чи не найбільшого авторитету і водночас навіть слави надприродної сили у гірничому мистецтві зажила «рудопошукова лоза» або «чародійна лоза». Про неї згадують ряд давніх авторів. Водночас, одні стверджують, що цей метод приносить їм найбільшу користь в знаходженні руд, інші це заперечують. Для пошуку різних металів користувалися різними рудопошуковими лозами, а саме: горіховими для срібних руд, ясеневими для мідних, сосновими для свинцевих і особливо для олов'яних і, нарешті, залізними прутиками для знаходження золота. Спосіб користування такими лозами доволі простий: «беруть рогатку з лози за її ріжки, стискаючи руки в кулаки; при цьому, однак, вважається обов'язковим, щоб стислі в кулак пальці були звернені до неба і щоб лоза тим кінцем, до якого сходяться обидві ріжки, була піднята догори. Потім шукачі руд з цими прутиками пускаються бродити по гірських місцях. Як вони запевняють, лише тільки вони наступлять на жилу, їх лоза повертається донизу, вказуючи їм на родовище, а лише тільки вони відійдуть від місця цієї жили, вона знову стає в їх руках нерухомою».

У праці «De Re Metallica» сформульовано п'ять умов необхідних для того, щоб лоза виконувала своє призначення: «перша з них — це величина прутика, бо сила руд не в змозі повернути дуже велику палицю; друга — форма лози, бо якщо вона не вилоподібна, то сила, мовляв, не може повернути її; третя — сила руд, що мають властивість цього притягнення; четверта — правильне поводження з лозою; і, нарешті, п'ята — відсутність у лозошукачів яких-небудь прихованих властивостей, що заважають впливу руд на неї».

Водночас, лозоходство не було беззастережно прийнятим методом пошуку руд у давнину й залишається до сьогодні предметом суперечок. Сучасна наука дає лише непрямі пояснення біофізичного методу пошуків, проте тривале й широке застосування цього методу свідчить про помітний ефект застосування «рудопошукової лози». Основний інструмент лозоходства — «чародійна лоза» («чарівна паличка» або «чарівничий жезл») фігурує в дуже давніх оповідях. Так, у Другій книзі Мойсея описані чародійства єгипетських волхвів, що обертали жезли в змій: «І кинув кожен із них своє жезло, і стали жезла гадюками; та пожерло жезло Аронове їх жезла» (7:12). Коли народ Ізраїлю став сваритися у безводній пустелі, Господь наказав Мойсею взяти свою палицю та йти до скелі в Горебі: «…і вдариш ти по скелі, і рине з неї вода, щоб напились люде» (17:6). У «Одіссеї» Гомера спостерігаємо, як богиня мудрості Мінерва несподівано перетворює чарівним жезлом старого Одіссея в юнака, а потім знову в старця, а чаклунка Цирцея подібним же чином перетворює товаришів Одіссея у звірів і повертає їм знову людську подобу; так само й Меркурій своїм берлом наводить сон на не сплячих і пробуджує тих, хто спить. Таким чином, чарівна паличка (жезл), можливо, була застосована для пошуку руд як запозичення з таємничих практик ворожіння й чаклунства (таким же містичним вважався для багатьох і пошук руд).

Висновок самого Ґ.Аґріколи стосовно «рудопошукової лози» однозначно скептичний: «справжній гірник, в якому ми хочемо бачити ґрунтовну і серйозну людину, не стане користуватися чарівною паличкою, бо хоч трохи досвідчена в природі речей і розсудлива людина розуміє, що „рогатка“ їй у цій справі ніякої користі не принесе, але що вона має у своєму розпорядженні, як я вже указав вище, природні ознаки руд, якими вона і повинна керуватися». 4. Нарешті, серед способів виявлення родовищ Ґ. Аґрікола називає розвідувальні гірничі виробки: «гірник закладає шурфи; якщо ж він руди тут не виявляє, то він близькими один до одного шурфами доти розвідує це місце, поки не наштовхується на вихід рудної жили».

Руйнування гірських порід Після виявлення ймовірного місця розташування рудних покладів, ставилось завдання розкриття їх гірничими виробками й подальшої розробки рудних тіл, що забезпечували технології руйнування гірських порід. Основним способом, який майже не змінився з часів Давнього світу, залишалося ручне відбивання грудок породи гірничими інструментами. У відносно слабких, або порушених, тріщинуватих породах використовували традиційну кірку, або її гірничий різновид — кайлу. Проте, найбільше розповсюдження отримала технологія відбивання породи залізним зубилом під ударами молотка. В часи середньовіччя спосіб було вдосконалено: зубило насаджено на короткий держак, що унеможливило нанесення удару молотком по руці гірника, дозволило зменшити розміри й вагу зубила. Прохідник брав у вибій «низки» змінних залізних зубил і використовував їх при затуплені чергового «робочого органа». Оскільки гірничими молотками було пройдено більшість гірничих виробок часів середньовіччя, ці знаряддя праці стали найпоширенішим символом гірництва, який використовується й сьогодні.

Ще одним способом руйнування порід — був клиновий спосіб. Він передбачав відділення достатньо великої брили руди (породи) шляхом утворення в заданому місці гірського масиву щілини, в яку вбивали залізні чи дерев'яні клини й ломи, чим відривали породний блок від гірського масиву. У подальшому породний негабарит розколювали за допомогою клинів чи гірничих молотків.

Використання ручної праці й найпростіших інструментів для руйнування порід іноді поєднували з попереднім застосуванням вогневого методу, відомого з давніх часів (див. підрозділ 2.2). Оскільки середньовічна Європа ще рясніла лісами, обпалення гірського вибою застосовували в умовах міцних порід дуже широко. Перепад температур (підсилений водним охолодженням розпеченого вибою) призводив до утворення численних тріщин і порушень, що значно спрощувало подальше руйнування порід гірничими інструментами. Стримуючим фактором застосування цієї технології була нестача кисню для інтенсивного підтримання багаття у деяких віддалених вибоях, що зумовлювалось проблемами вентиляції виробок, а також присутність у шахтному середовищі вибухонебезпечних газів і отруйних речовин в рудах (наприклад, наявність арсену), які звільнялися під час обпалення гірського масиву й загрожували життю й здоров'ю гірників. Проте більшість загроз не була на той час зрозумілою й не перешкоджала застосуванню вогневого методу. Вогонь в опінії середньовічних художників і вчених був одночасно руйнуючою й творчою силою.

Справжньою революцію в технології руйнування гірських порід стало застосування підривного способу. Використання пороху в гірництві йшло за аналогією з військовою «мінною справою», що передбачала підривання пороху в мінних камерах під мурами міст і фортець (раніше замість пороху підпалювали горючі матеріали, які знищували дерев'яні опори й призводили до обвалення камери й частини муру). Порох для підривання мурів вперше було застосовано турками 1439 р. під час осади Белграда (тоді — прикордонного міста-фортеці Угорського королівства). Історія зберегла ім'я найбільш уславленого в Європі майстра мінної справи — іспанського інженера Педро Наварро, який на початку XVI ст. зумів за допомогою пороху «відкрити» найбільш неприступні фортеці турецьких і французьких противників Іспанії. Перші в світі «мирні» підривні роботи, пов'язані з руйнуванням гірських порід, були розпочаті 1548 р. у Великому Князівстві Литовському (до складу якого входила й Україна). Микола Тарло за допомогою порохових зарядів провів підриви скель і кам'яних брил на річці Німан, чим забезпечив безперешкодне судноплавство цією транспортною артерією. Використання пороху в каменоломнях відоме з 1570 р. (Каррара, Північна Італія). Початок застосування підривних робіт у копальнях датують за непрямими ознаками 1612 р. (рудник золота Злотий Сток, Польща), а за документальними свідченнями — 1627 р. (рудник срібла в Банській Штявниці, Словаччина). У першій половині XVII ст. підривні роботи вели також на рудниках Фрайберга та Гарца (Німеччина).

Вже перші спроби утворення заповнених порохом ніш у підошві вибою гірничих виробок забезпечили відривання й подрібнення навколишніх порід, що значно прискорило темпи спорудження виробок. Наступним технологічним кроком було розподілення порохового заряду у штучних отворах (шпурах), утворених у породному вибою, замість зосередження всього заряду у його підошві. Це забезпечило ефект відбивання порід по всій площині вибою й подрібнення їх до зручних для навантаження розмірів. З другої половини XVII ст. отримує розвиток технологія видовбування (ударного буріння) отворів в породних вибоях за допомогою долотчастого буру й молотка або молота. Михайло Ломоносов у книзі «Перші основи металургії або рудних справ» так описав цю технологію: «Залізний бур довжиною в два аршини (1,42 м), товщиною в діаметрі два дюйми (5,08 см), на кінці з чотирьохгранним вістрям. Цим буром пробивають у твердому камені отвори, наповнюють їх порохом і, запаливши, величезні частини гори для полегшення праці відривають». Слід додати, що ударне буріння передбачало ручне обернення бура після удару, а також періодичне очищення шпуру від бурового дрібняку за допомогою стрижня з пластиною на кінці. Оскільки вістря бурів швидко спрацьовувались, прохідник мав комплект бурів різної довжини (буріння починали короткими бурами з більш широким вістрям). Доволі складними та небезпечними залишались способи підпалення порохових зарядів. Якщо для передачі полум'я заряду, розташованому в підошві вибою, достатньо було утворити «порохову доріжку» заданої довжини (часу її горіння повинно було вистачити для укриття гірника в безпечній ніші), то підпалення зарядів у шпурах здійснювали за допомогою соломинок чи сірчаних ниток, що суттєво підвищувало загрозу життю підривника.