Штольня

Штольня — это горизонтальная или наклонная горная выработка, имеющая непосредственный выход на земную поверхность и предназначенная для обслуживания подземных горных работ, разведки полезных ископаемых, прокладки коммуникаций или иных целей. В отличие от шахтного ствола, который является вертикальной выработкой, штольня закладывается с поверхности в склоне холма, горы или борта карьера, что позволяет вести разработку месторождений без необходимости проходки глубоких вертикальных стволов. Штольни являются одним из древнейших типов горных выработок, известных человечеству с эпохи неолита.

История

Первые штольни появились в эпоху неолита (около 6–5 тыс. лет до н. э.) при добыче кремня, обсидиана и других пород, залегающих в склонах холмов. В Древнем Египте, Древней Греции и Древнем Риме штольни активно использовались для добычи золота, серебра, меди и мрамора. Например, на медных рудниках Тима (Израиль) и на золотых рудниках Нубии сохранились штольни, пройденные более 3000 лет назад.

В Средние века, особенно в XII–XVI веках, в Центральной Европе (Германия, Чехия, Австрия) штольни стали основным способом вскрытия месторождений руд цветных и благородных металлов. В этот период появились знаменитые системы водоотливных штолен (например, Штольня Ротшёнберг в Саксонии, построенная в XVI веке). В России штольни начали активно применяться с XVIII века при разработке уральских и алтайских месторождений. Крупнейшие штольни XIX века строились для осушения рудников и транспортировки руды в горных районах Кавказа и Сибири.

В XX веке, с развитием буровзрывных технологий и механизации, строительство штолен стало более быстрым и безопасным. В СССР и России штольни широко использовались при освоении месторождений Кольского полуострова, Норильска, Магадана и других регионов. В современной горной промышленности штольни остаются одним из основных способов вскрытия месторождений, особенно в условиях гористого рельефа.

Классификация

Штольни классифицируются по нескольким признакам: назначению, форме поперечного сечения, углу наклона и способу проходки.

По назначению

• Разведочные штольни — служат для изучения геологического строения недр, опробования полезных ископаемых. Проходятся при поисковых и разведочных работах.
• Эксплуатационные (добычные) штольни — используются для добычи полезного ископаемого, его транспортировки и вентиляции. Могут быть главными (доставляющими руду на поверхность) и вспомогательными (вентиляционными, водоотливными, транспортными).
• Вентиляционные штольни — обеспечивают подачу свежего воздуха в подземные выработки и удаление отработанного воздуха.
• Водоотливные (дренажные) штольни — предназначены для отвода подземных вод из горных выработок самотеком или с помощью насосов.
• Транспортные (откаточные) штольни — служат для перемещения горной массы, материалов и людей. Часто оборудуются рельсовыми путями или конвейерами.
• Специальные штольни — строятся для прокладки инженерных коммуникаций (кабели, трубопроводы), создания подземных хранилищ, научных лабораторий (например, нейтринные обсерватории) или военных объектов (бункеры, склады).

По форме поперечного сечения

• Арочные — наиболее распространены, имеют сводчатую форму, что обеспечивает устойчивость пород.
• Трапециевидные — используются при креплении деревянной или металлической крепью.
• Прямоугольные — применяются в устойчивых породах или при наличии мощной крепи.
• Круглые — характерны для тоннелей и штолен, проходимых щитовым способом.

По углу наклона

• Горизонтальные — угол наклона не превышает 3–5°.
• Наклонные — угол наклона от 5° до 30–40°. Наклонные штольни часто используются для вскрытия месторождений, залегающих на значительной глубине под углом.

По способу проходки

• Буровзрывные — традиционный способ, включающий бурение шпуров, заряжание взрывчаткой и взрывание.
• Механизированные — с использованием проходческих комбайнов, щитовых комплексов или гидромолотов.
• Ручные — в исторических и малых выработках, а также при ремонтных работах.

Устройство и характеристики

Типичная штольня представляет собой выработку длиной от нескольких десятков метров до нескольких километров. Основные элементы:

• Устье — выход на поверхность, часто укреплённый бетонным порталом или каменной кладкой.
• Забой — подвижная передняя часть выработки, где ведутся работы по проходке.
• Крепь — конструкция, укрепляющая стенки и кровлю выработки. Используется деревянная, металлическая (арочная, рамная), бетонная (монолитная, набрызг-бетон) или комбинированная крепь.
• Вентиляционные каналы — обеспечивают проветривание забоя.
• Водоотливные канавки — отводят воду в зумпф или на поверхность.

Поперечное сечение штольни обычно составляет от 4–6 м² (разведочные) до 20–40 м² и более (магистральные транспортные). Высота — от 1,8 до 5 метров, ширина — от 2 до 8 метров. Скорость проходки зависит от крепости пород и механизации: от 1–2 м/сутки при ручной работе до 10–20 м/сутки при комбайновой проходке.

Применение

Штольни применяются в различных отраслях:

• Горная промышленность — вскрытие рудных и нерудных месторождений, добыча угля, соли, строительных материалов. В России штольни широко используются на месторождениях Урала (Кочкарское, Березовское), Сибири (Норильск, Кузбасс), Дальнего Востока (Колыма, Чукотка).
• Строительство — прокладка тоннелей для железных и автомобильных дорог, метрополитена, гидротехнических сооружений (деривационные штольни ГЭС). Например, штольни Байкало-Амурской магистрали (БАМ) и Северомуйского тоннеля.
• Геологоразведка — изучение недр, отбор проб, картирование геологических структур. Разведочные штольни проходятся при поиске месторождений алмазов (Якутия), золота (Магаданская область), урана (Забайкалье).
• Научные исследования — подземные лаборатории для изучения космических лучей, нейтрино, геофизических процессов. Например, Баксанская нейтринная обсерватория (Кабардино-Балкария) использует штольни для размещения детекторов.
• Военное дело — строительство подземных командных пунктов, складов боеприпасов, убежищ. В СССР и России штольни использовались для создания защищённых объектов в скальных массивах (например, в Крыму и на Урале).

Примеры известных штолен

• Штольня Ротшёнберг (Германия, Саксония) — одна из старейших водоотливных штолен XVI века, протяжённостью более 10 км, использовалась для осушения рудников Фрайберга.
• Штольня «Капитальная» (Россия, Кольский полуостров) — главная транспортная штольня Хибинских апатитовых рудников, длина около 5 км, сечение до 30 м².
• Штольня Баксанской нейтринной обсерватории (Россия, Кабардино-Балкария) — пройдена в скальном массиве горы Андырчи, длина около 4 км, используется для размещения научного оборудования.
• Штольни Колымских рудников (Россия, Магаданская область) — сеть эксплуатационных штолен, пройденных в вечной мерзлоте для добычи золота в XX веке.

Критика и проблемы

Строительство и эксплуатация штолен сопряжены с рядом проблем:

• Горное давление — в слабых породах возможны обрушения, что требует усиленного крепления.
• Водопритоки — подземные воды могут затоплять выработки, требуя мощных водоотливных систем.
• Вентиляция — в глубоких и протяжённых штольнях необходимы мощные вентиляторы для обеспечения свежим воздухом.
• Экологические последствия — выход породы на поверхность (отвалы) может загрязнять почву и воду. Кроме того, штольни нарушают гидрологический режим, осушая водоносные горизонты.
• Опасность для людей — несчастные случаи при обрушениях, взрывах газа (метан в угольных штольнях), отравлениях угарным газом.

В историческом контексте известны случаи массовых аварий в штольнях, например, на угольных рудниках Донбасса в XIX–XX веках. Современные технологии (дистанционное управление, автоматизация, улучшенные системы крепления) позволяют значительно снизить риски.

Интересные факты

• Самая длинная штольня в мире — штольня Ротшёнберг (Германия), её общая длина превышает 40 км (с учётом ответвлений).
• В России штольни используются не только для добычи, но и для хранения: например, в штольнях Соликамска (Пермский край) размещены склады стратегических запасов.
• В некоторых регионах (например, в Крыму) заброшенные штольни стали туристическими объектами — их посещают спелеологи и любители индустриального туризма.
• В штольнях Баксанской нейтринной обсерватории проводятся эксперименты по регистрации нейтрино от Солнца и сверхновых звёзд.

Источники

• Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1984–1991.
• Справочник по горному делу / под ред. В. В. Ржевского. — М.: Недра, 1987.
• История горного дела в России / под ред. А. В. Дунаева. — М.: Горная книга, 2012.
• Технология и механизация горных работ / Ю. А. Боровков, В. И. Коваленко. — М.: Недра, 2005.
• Баксанская нейтринная обсерватория: научные публикации ИЯИ РАН.