100 великих технических достижений древности: читать начало книги онлайн

Но помимо добычи камня, а на первых этапах это был основной материал горного дела, совершенствовалась и его обработка с помощью шлифования, пиления и сверления. А эти операции, в свою очередь, стали толчком к использованию, наряду с кремнем, и других твердых горных пород в качестве исходного сырья и расширению ассортимента каменных орудий труда.

А примерно в VI–V тысячелетиях до н. э. появились и медные орудия труда. Тем не менее основную массу приспособлений для горных работ, как и прежде, составляли каменные топоры и роговые кайла. Но с увеличением объёмов добычи медных руд, с развитием методов плавки и ковки орудия из меди и бронзы стали вытеснять каменные.

Однако чрезмерная плотность рудных тел все же затрудняла их добычу с помощью этих простых приспособлений. И чтобы устранить эти трудности, в горном деле стали внедряться методы искусственного уменьшения прочности массива с помощью высокой температуры. В этом случае перед забоем зажигали костер, а нагретые породы обливали водой. В результате резкого перепада температур появлялись трещины, куда забивали деревянные клинья. Затем их смачивали, и, разбухая, они откалывали глыбы от основного массива породы.

Часто для отделения части породы от основного массива применялись металлические долота и кайла. А поскольку форма подземной выработки, достигавшая порой сотен метров, обычно повторяла конфигурацию рудного тела, это заставляло предохранять ее от обрушения. С этой целью ее оставляли цельной, сооружая подпорки из каменных глыб или используя деревянные распорки. А также кровлю выработки делали в виде арки или остроугольную. Проветривание же осуществлялось с помощью дополнительных вертикальных колодцев, проходимых на разных уровнях. А для защиты от затопления шахт водой рядом с ее стволом сооружали специальные плотины. Для спуска и подъёма рабочих в стене вертикальной шахты оставляли уступы, также использовали бревна с зарубками или с короткими сучьями. Руду доставляли на поверхность в кожаных емкостях, корзинах и в других аналогичных приспособлениях.

Римские инструменты для горных работ

Естественно, горное дело на месте не стояло. В конце концов появились методы разделения различных типов руд в водной среде с использованием разной их плотности. Это стимулировало появление в горном деле нового направления – обогащения полезных ископаемых. В ходе этого процесса измельчённую руду насыпали в деревянные чаны и промывали проточной водой. В результате на дне оставались тяжелые куски, а с водой выносились более лёгкие фрагменты породы…

К середине III тысячелетия до н. э. появляются письменные сведения по добыче железных руд. Впервые же это произошло в Анатолии. И там же во II тысячелетии до н. э. производятся первые железные орудия труда. Но в последующие столетия производство железа не получило широкого распространения. Однако разработка озёрных, болотных и луговых залежей железных руд в IX столетии до н. э. стимулировала создание большого количества различных железных орудий, которые пришли на смену бронзовым.

В то же время благодаря их появлению стало возможным улучшить технологию горных работ. А это привело к увеличению глубины и протяжённости горных выработок и, как следствие, к росту добычи полезных ископаемых: железа, меди, золота, серебра, свинца и т. д.

В свою очередь, с развитием математики в горном деле начинают применяться методы геометрии. Также конструируются различные механические приспособления, используемые для подъёма руды из шахт глубиной более 100 метров.

Следует отметить, что в I тысячелетии до н. э. также происходит развитие горного дела и в других регионах Старого Света. Так, в Китае ведутся разработки нескольких тысяч месторождений железа, меди, олова и т. д. А для добычи соляных растворов впервые было осуществлено бурение скважин глубиной до 900 метров и диаметром – 12–15 сантиметров…

Однако на территории Европы в первых веках нашей эры стал нарастать экономический кризис, переросший в социальный. В результате рухнула Римская империя. А следом наступил глубокий кризис и в горном деле.

Бурение скважин в Древнем мире

Вода – источник жизни. Поэтому люди всегда старались селиться вблизи водоемов или источников. Но порой у человека возникали проблемы с водой. И тогда он пытался добывать ее из-под земли. И делал он это с помощью скважин. Причем с давних времен.

Например, в Египте обнаружены скважины, возраст которых, судя по найденным артефактам, составляет как минимум 5000 лет. А некоторые из них даже имеют надпись с датой постройки. Что же касается бурения скважин, то для этих целей применялись каменные долота, прикрепляемые к деревянной жерди.

Скважины бурили и в античном мире. Обнаружены они, в частности, в родном городе Архимеда – в Сиракузах, который находился на территории древней Сицилии. При этом скважины были пробиты и в частных владениях богатых греков. Правда, их глубина не превышала 3 метров. Бурили же такую скважину шнековым способом, то есть вертикальным винтовым транспортером. Кстати, в наше время он также используется для аналогичных работ.

Древний бронзовый шнек для бурения

Но археологов удивили не древнегреческие скважины, а инструмент, с помощью которого они были пробиты. То есть шнек, найденный во время раскопок. Состоял же он из бронзового стержня, к которому крепилась медная пластина, обвивающая его по спирали. А поскольку на конце она была частично разрушена, это свидетельствовало о том, что шнек использовался для бурения. По поводу этого устройства археолог Эйприл Уэллс восторженно заявила: «Это было для нас настоящим потрясением! До сих пор не могу в это поверить…» Ученые даже предполагают, что вода из скважинтаким же винтовым устройством и поднималась…

Бурение скважин освоили и древние римляне. И занимались они этой работой уже во II веке до н. э. И, подобно античным грекам, для этих целей они тоже использовали бур. Один из таких инструментов археологи обнаружили в вертикальном положении. Его диаметр равнялся примерно 25 сантиметрам, а длина – 3,5 метра.

Наибольшего же совершенства бурение скважин достигло в Древнем Китае. Об этих сооружениях, построенных еще в 1120-х годах до н. э., поведал знаменитый китайский философ Конфуций. При этом скважины достигали 100 и более метров глубины. Некоторые же уходили вглубь на полкилометра, а отдельные – даже на 1240 метров.

Бурили же скважины в Древнем Китае исключительно ударным способом. Буровой снаряд делали из бамбука. К нижнему концу прочного бамбукового шеста крепилось металлическое зубило. Затем при помощи канатов бур сбрасывался вниз прямо в жерло скважины и таким образом разрушали горные породы. Следует отметить, что эта технология бурения, впоследствии получившая название канатно-ударной, была изобретена довольно известным в тот период инженером по имени Ли Пен. И, кстати, эта технология используется и в настоящее время для бурения скважин в песчаниках…

Для извлечения мельчайших фрагментов, образующихся в ходе дробления, использовали трубу, тоже, скорее всего, бамбуковую, с клапаном на нижнем конце, который открывался при ударе трубы о забой. После нескольких ударов труба наполнялась пульпой и ее извлекали на поверхность при помощи ворота.

Когда же бурили глубокую скважину, над ее отверстием строили вышку на четырех подставках, в верхней части которой находился блок. А устойчивость вышке придавали канатные растяжки. Процесс бурения скважин большой глубины был очень длительным. Иногда он растягивался на годы. При этом технология бурения хранилась в глубокой тайне и тщательно охранялась.

Добыча соли в древности

Весьма вероятно, что доисторические племена оседали не только там, где имелась в достаточном количестве влага, но и был теплый климат, плодородная почва и соль. Например, как показали археологические исследования, жители Древнего Китая примерно за 3–4 тысячелетия до н. э. поселялись в долинах рек Хуанхэ и Янцзы и на равнине у Печилейского залива. И с незапамятных времен солеварение здесь развивалось наравне с земледелием.

Исторические хроники свидетельствуют, что каждый год начало работ по солеварению, так же как и весенний посев сельскохозяйственных культур, производились самим императором, а все принцы крови обязаны были лично принимать участие в выварке соли…

Уже в древности использовались различные способы добычи соли. И зависели они от того, где она находилась в значительной концентрации. Например, во многих районах земного шара соль извлекали из морской воды. Так, древние китайцы, проживавшие на морском побережье, прибрежные участки земли разрыхляли мотыгами, а затем между ними рыли канавы. Затем воду из моря ведрами доставляли на эти «грядки». Вода стекала в канавы, из которых ее вычерпывали и опять выливали на поверхность разрыхленной земли. Этот процесс продолжался в течение нескольких дней.

Когда же земля впитала достаточное количество соли, верхний ее слой толщиной в несколько сантиметров снимали лопатами, и эту землю промывали морской водой. В результате получался насыщенный раствор, который затем переливали в большие открытые неглубокие емкости, в которых вода полностью испарялась. Промытую же землю снова возвращали на «соляное поле»…

Но это был довольно примитивный и малоэффективный способ добычи соли. Намного больше ее добывали в китайских солеварнях. В этих местах воду с высокой концентрацией соли из соляных озер и источников по бамбуковым трубам подводили к чанам, где происходило испарение лишней влаги. Особые же люди, приставленные к этой работе, называемые солеварами, перемешивали раствор и подбрасывали бамбуковые поленья в огонь под чанами.