ГЕОТЕХНОЛОГИИ БУДУЩЕГО —
ГЕОТЕХНОЛОГИИ
«РЕАКТОРНОГО ТИПА»
Вопросы разработки стратегических решений в области рационального недропользования с учётом вызовов современности обсуждали горняки на очередной Всероссийской конференции «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды», состоявшейся 9–12 октября в Малом зале Дома учёных СО РАН.
Б. Смоляницкий, д.т.н., зам. директора по науке,
зам. председателя Оргкомитета
А. Тапсиев, д.т.н., зам. директора по науке,
зам. председателя Оргкомитета
А. Дворникова, к.т.н., учёный секретарь ИГД СО РАН
Безусловно, говорить о том, что наши предшественники при добыче полезных ископаемых принимали необдуманные решения, было бы неправильно и, более того, несправедливо. Множество других причин: несовершенные методы разведки, примитивные способы добычи, маломощная техника, отсутствие технологий по тонкому извлечению ценных компонентов из руд, а иногда и невозможность выявить их наличие — всё это привело к возникновению многочисленных отвалов (фактически техногенных месторождений), недоиспользованию в полной мере богатства недр и загрязнению жизненного пространства человека. И в этом смысле необходим системный переход горнодобывающего комплекса нашей страны от расточительного прошлого к рачительному будущему.
В работе конференции приняли участие 107 человек, в том числе два академика, два члена-корреспондента РАН, 35 докторов и 50 кандидатов наук из 14-ти академических институтов (ИПКОН РАН, ИГД СО РАН, ГИ УрО РАН, ИГДС СО РАН, ИУ СО РАН и др.), 15-ти вузов (МГГУ, НГУ, СГУПС, НГТУ, КузГТУ, и др.) и семи горнопромышленных компаний. География форума была самая широкая: Россия, Киргизия, Украина, Германия, Австралия.
 |
| Участники конференции.
|
Проведение конференции совпало с 80-летием одного из основных организаторов и участников Горного научно-образовательного центра ИГД СО РАН — Сибирского государственного университета путей сообщения. Исполняющий обязанности ректора университета
А. Л. Манаков рассказал о состоянии науки в СГУПСе и отметил давние и тесные связи вуза с ИГД СО РАН в проведении совместных исследований и подготовке инженеров и научных кадров высшей квалификации. Результат этой работы — более 30-ти выпускников СГУПСа, работающих в ИГД СО РАН и обучающихся в аспирантуре. Они совместно с сотрудниками СГУПСа активно участвуют в реализации научно-исследовательских проектов по программам РАН и СО РАН, выполняют проекты по Федеральным целевым программам, участвуют в конференциях различного уровня.
Участники форума рассмотрели результаты теоретических и экспериментальных исследований и актуальные проблемы горных наук по четырём направлениям: «Геотехнология»; «Физико-механические, теплофизические и аэродинамические процессы взаимодействия рабочих органов с породными массивами, создание комплексов машин для горных и строительных геотехнологий»; «Прикладная геомеханика»; «Обогащение полезных ископаемых, геоэкология».
В 47-ми пленарных докладах и 36-ти стендовых сообщениях обсуждался широкий круг проблем, связанных с современным состоянием, основными достижениями и тенденциями в развитии геотехнологического базиса разработки твёрдых полезных ископаемых в России и в мире, а также фундаментальные проблемы будущего при освоении минерально-сырьевого комплекса страны.
Современный этап развития человечества характеризуется постоянным ростом объёмов добычи минерального сырья с соответствующим возрастанием степени воздействия горного производства на природную среду. В условиях неуклонного роста народонаселения и наращивания экономического потенциала страны всё большую озабоченность вызывают проблемы, с одной стороны, восполнения минерально-сырьевых ресурсов, а с другой — экологической безопасности их производств. Всё это может быть сконцентрировано в одном объёмном термине — рациональное недропользование.
Проведенная в процессе создания «Стратегической программы исследований и разработок технологической платформы твёрдых полезных ископаемых (ТП ТПИ)» — новой формы долгосрочного планирования научных исследований, в том числе в области горных наук, инвентаризация ресурсного потенциала российских месторождений твёрдых полезных ископаемых позволила условно разделить их на три группы.
В первую группу включены уголь, железная руда, никель, алмазы, золото, платиноиды, фонд резервных месторождений которых достаточен в среднесрочной и долгосрочной перспективе, внутреннее потребление страны в них удовлетворяется практически полностью и возможен рост производства для экспорта товарной продукции.
Вторая группа, представленная медными, свинцово-цинковыми рудами, вольфрамом, молибденом, титаном, редкоземельными металлами, фосфатными и калийными солями, достаточна для удовлетворения внутренних потребностей и сохранения геополитического статуса России на мировых рынках. Предприятия, добывающие полезные ископаемые этой группы, обеспечены сырьём на среднесрочную перспективу, но войти в число лидеров мирового рынка возможно только за счёт освоения новых месторождений в Забайкалье, Алтае, на Южном Урале.
Вместе с тем, полезные ископаемые, составляющие третью группу, являются в России остродефицитным сырьём. Действующие месторождения хромовых, оловянных, марганцевых, урановых руд, высококачественных бокситов, плавикового шпата истощены, их запасы крайне ограничены и представлены рудами низкого качества и сложного состава. И хотя существуют резервные месторождения с неплохим прогнозным потенциалом, потребности отечественных предприятий в настоящее время удовлетворяются в основном за счёт импортных поставок.
Необходимость наращивания объёмов добычи различных ТПИ — следствие не только роста их внутреннего потребления и экспорта, что вполне естественно в развивающемся обществе, но и их некомплексного использования и извлечения, причинами чего, в частности, явились: неполные сведения о составе добываемых ТПИ, несовершенная техника и устаревшие технологии добычи и переработки, а в некоторых случаях их отсутствие. Особо остра сегодня проблема переработки комплексных руд. Попутные полезные компоненты руд (иногда более ценные, чем продукция, являющаяся основной для горнодобывающего предприятия) теряются или извлекаются в незначительном количестве.
В результате сложившейся практики разработки месторождений ТПИ в горнодобывающих районах скопилось около 45 млрд тонн отвальных продуктов, значительная часть которых доступна для рентабельной повторной переработки, а остальная требует создания и обоснования специальных методов обогащения. К сожалению, стремление современных недальновидных недропользователей к получению максимальной прибыли от эксплуатации месторождений по принципу «здесь и сейчас» приводит к тому, что решение этой экономически и социально важной проблемы, как правило, откладывается на неопределённое время.
Существует термин «охрана окружающей среды», подразумевающий очистку воздушного бассейна и сточных вод, рекультивацию (частичное восстановление) нарушенных земель. С развитием производства и появлением понятия «жизненный цикл продукции», завершающим процессом которого является утилизация отходов, этот термин приобрел более глубокий смысл, неразрывно связав экологическую безопасность с непосредственными процессами горного производства. Говоря об экологической безопасности сегодня, приходится констатировать, что:
— ежегодно отвалы и хвостохранилища пополняются десятками млрд кубометров отходов, в том числе, содержащих не просто вредные, а опасные и радиоактивные вещества;
— отвалы угольных шахт выдают в атмосферу в течение суток с одного кубометра поверхности в среднем
до 11 кг СО, 6 кг SO2,
0,6 кг NO2, изменяя баланс атмосферы и активность температурной инверсии;
— размещение отвальных продуктов на поверхности Земли нарушает естественный ландшафт территорий;
— отчуждаются земли сельскохозяйственного назначения;
— снижаются запасы питьевых вод; сброс рудниками и обогатительными фабриками более 1,3 млрд кубометров в год сточных вод (в том числе агрессивных) вызывает изменение рН грунтовых вод, загрязнение водоёмов серой, фтором, углекислотой и др. опасными элементами;
— разработка россыпных месторождений в руслах горных ручьёв и рек взмучивает воды, в результате чего в них появляются трудноосаждаемые пыле-глинистые частицы, что существенно ухудшает восполнение рыбных ресурсов;
— гибнут леса — «легкие нашей планеты»;
— подвергаются существенной техногенной нагрузке урбанизированные территории.
Следует отметить, что законодательные требования к недропользователям на территории России в области экологической безопасности представляются по сравнению с развитыми странами крайне либеральными, хотя именно рациональное природопользование должно стать основой законодательной и экономической политики государства. Это особенно актуально в крупных горнодобывающих регионах, поскольку рост объёмов горных выработок в недрах при ведении открытых и подземных работ нарушает природное равновесие в земной коре, вызывает опасные деформации и сдвижения в больших масштабах и является источником землетрясений, горных ударов и аварий (Кольский полуостров, Урал, Кузбасс).
Всё вышеперечисленное уже в настоящее время заставляет нас озаботиться созданием фундаментального научного и научно-технологического задела для разработки и создания техники и геотехнологий будущего — «геотехнологий реакторного типа», основанных на управляемых массообменных физико-химических, механо-химических, микробиологических, геомеханических, газо-термодинамических и иных процессах в недрах Земли на глубинах не менее 10 км.
Это преимущественно безлюдные геотехнологии с совершенно новыми требованиями к геоинформационному наполнению и функциональному обеспечению всего технологического процесса, отдаленно напоминающего современные технологии освоения нефтегазовых месторождений и подземного выщелачивания руд, а также подземной газификации. Безусловно, здесь потребуются новые машины, оборудование и инфраструктурные составляющие наземной и подземной части будущих геотехнологических реакторных блоков.
Особое внимание в докладах было уделено необходимости уменьшения техногенной нагрузки, а также ликвидации последствий техногенного вмешательства человека в природную среду. Отмечены перспективные направления не только восстановления, но и облагораживания поверхности Земли в областях интенсивного функционирования горнодобывающих комплексов страны и мира.
Освещены новые геотехнологические аспекты преобразования недр при комплексном освоении и восполнении запасов полезных ископаемых. Описаны принципы создания горнотехнических систем с замкнутым геотехнологическим циклом, позволяющих вовлечь в отработку запасы некондиционных руд, существенно уменьшить объёмы отходов производства, использовать их часть для формирования техногенных месторождений с заданными горно-технологическими свойствами. Поставлена проблема комплексной оценки гидрогеологического и геомеханического техногенного воздействия на геосреду. В этом аспекте рассматривался прогрессивный способ формирования предохранительных целиков под руслами рек, позволяющий предотвратить заболачивание припойменных территорий.
Значительное внимание уделено раскрытию механизмов взаимодействия рабочих органов с породными массивами и основам создания машин ударного действия для горнорудной промышленности, гидротехнического строительства. На разработанных принципах созданы отбойные механизмы с гидравлическими молотами, мобильные буровые агрегаты, новая техника для добычи и обработки блочного камня.
В ряде докладов и сообщений нашли отражение актуальные проблемы горнопромышленного комплекса: стратегия освоения георесурсов, в том числе техногенного сырья, комплексного освоения месторождений полезных ископаемых; совершенствование существующих и создание новых ресурсосберегающих природоохранных геотехнологий и технических средств добычи, переработки и обогащения минерального сырья; увеличение нефтеотдачи из нефтяных залежей; оптимизация параметров технологических схем горнодобывающих предприятий и природопользования; интенсификация процессов рудоподготовки геоматериалов; способы и эффективность физико-химического извлечения полезных компонентов; разработка методов и средств мониторинга экологических последствий горного производства и снижение его отрицательного воздействия на окружающую среду; разработка теории силовых импульсных систем и создание на ее базе высокопроизводительных энерго- и материалосберегающих машин и агрегатов для горного производства и строительства.
Участники конференции одобрили высокий уровень подготовленных материалов, опубликованных до начала работы конференции в сборнике трудов «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (в 2-х томах), и представленных на заседаниях пленарных докладов и стендовых сообщений, а также активное участие молодых ученых в работе форума.
Конференция отмечает:
1. Заслушанные доклады и сообщения отвечают основным направлениям развития минерально-сырьевого комплекса (МСК) России в среднесрочной перспективе и государственной программе исследований и разработки в области горных наук, в том числе, отраженной в ТП ТПИ.
2. Развитие мировой экономики, как и России, характеризуется высокими темпами производства минерального сырья. Среди всех видов антропогенного воздействия на природную среду горное производство занимает ведущее место, отрицательно влияя на водные ресурсы, атмосферу, недра и ландшафт земной поверхности. Низкий уровень законодательства не побуждает недропользователей обеспечивать экологическую безопасность производств, необходимость «облагораживания» среды обитания человека. Утилизация отходов горного производства должна быть управляемым технологическим процессом, направленным на придание техногенному сырью определенных потребительских свойств в настоящем и будущем.
3. Основным направлением повышения эффективности комплексности освоения месторождений является сочетание физико-технических и физико-химических способов добычи минерального сырья природного происхождения, сопутствующих техногенных образований и текущих отходов горно-металлургического производства в полном геотехнологическом цикле комплексного освоения недр.
4. Внедрение в проекты разработки месторождений ресурсосберегающих и восполняющих геотехнологий является одним из основных условий преодоления отрицательных тенденций в состоянии МСК страны.
Конференция считает целесообразным обратиться к руководству Технологической платформы РФ «Твердые полезные ископаемые», а также к участникам инициативной Рабочей группы по разработке проекта Стратегической программы исследований ТП ТПИ об использовании при ее структуризации следующих формулировок, конкретизирующих ожидаемые результаты:
— современные системы мониторинга для обеспечения геомеханико-геодинамической безопасности горно-промышленных систем в областях с повышенной техногенной нагрузкой;
— геотехнологии облагораживания поверхности Земли в районах интенсивной добычи полезных ископаемых;
— процессы подземной газификации многоцелевого назначения угольных месторождений для создания основ управляемых геотехнологий;
— инновационные геотехнологии «активной» утилизации техногенного сырья с приданием ему потребительских свойств в полном цикле освоения месторождений;
— разработку норм технологического проектирования с полным циклом комплексного освоения природных и техногенных месторождений ТПИ физико-техническими и физико-химическими геотехнологиями;
— геотехнологии «реакторного типа» при освоении месторождений полезных ископаемых на больших и сверхбольших глубинах, основанные на управляемых физико-химических, механо-химических и других массообменных процессах;
— новые геотехнологии «каскадного типа» для освоения россыпных месторождений стратегически важного сырья речных систем, основанные на буровых навигационных системах для определения геохимического состава породного материала;
— робототехнические установки для бурения в автономном режиме сверхглубоких скважин с экспресс-анализом геохимического состава подсекаемых породных толщ;
— технические системы и средства для выполнения специальных работ в подземном строительстве.
По примеру автопрома целесообразно обосновать необходимость создания совместных предприятий с ведущими мировыми компаниями по производству на территории РФ современных горных машин для угольных шахт и подземных рудников.
Конференция рекомендует широко использовать опубликованные в сборнике трудов доклады для работы со студентами и аспирантами в рамках Горного научно-образовательного центра ИГД СО РАН.
Участники надеются, что широкое обсуждение материалов конференции послужит основой координации и интеграции исследований сотрудников академической и вузовской науки, а также укрепления их взаимодействия с горнопромышленниками в части создания прорывных инновационных проектов. Проведение очередной конференции планируется в Новосибирске в 2014 году.
Фото Е. Русского
стр. 8-9
| 
