Наука в Сибири

«Наука в Сибири»
№ 4 (2589)
25 января 2007 г.
КЛЮЧ К БОГАТСТВАМ РОССИИ

Осенью 2006 г. в Малом зале Дома ученых СО РАН состоялась конференция «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды», организованная Институтом горного дела СО РАН. Впервые конференция, собравшая специалистов в области открытой и подземной геотехнологий, обогащения полезных ископаемых, горного и строительного машиноведения поддержана Российским фондом фундаментальных исследований. На ней обсуждались современные достижения в области освоения месторождений полезных ископаемых на основе разработки новых технологий и создания автоматизированных комплексов машин для добычи и переработки сырья, а также выполнения специальных строительных работ. Одной из важнейших задач конференции было объединение усилий исследователей и горных инженеров для решения актуальных проблем горного производства.

Б. Смоляницкий, зам. директора ИГД СО РАН, д.т.н., профессор А. Дворникова, ученый секретарь, к.т.н.

В работе конференции приняли участие специалисты из России и ближнего зарубежья, представители ведущих отраслевых научно-исследовательских институтов, вузов и университетов страны и исследовательских групп крупнейших горнопромышленных предприятий, таких как ОАО ГМК «Норильский никель», ОАО «Евразруда», АК «АЛРОСА».

Иллюстрация

Открытию научной части собрания предшествовал торжественный и приятный момент — собравшиеся в зале коллеги-горняки, преданные ученики и многочисленные гости сердечно поздравили академика Михаила Владимировича Курленю с 75-летним юбилеем.
Говоря об итогах конференции, отметим, что со второй половины ХХ века в науках о Земле происходит радикальный пересмотр взглядов на роль и место современных геодинамических явлений как в фундаментальных проблемах, так и в прикладных задачах, связанных с недропользованием. Причем под недропользованием подразумевается не только добыча, переработка и транспортировка полезных ископаемых, а вся обширная сфера человеческой деятельности, в которой и массив горных пород, и земная поверхность выступают в качестве неотъемлемого важнейшего инженерно-геологического компонента.
Анализ тенденций развития мирового сообщества свидетельствует о том, что в XXI веке будет продолжаться рост потребления минерально-сырьевых ресурсов — важнейшей компоненты национальной безопасности государств. Это особенно актуально для России, где минерально-сырьевой комплекс является ведущим в экономике страны. В нашей стране открыто и разведано около 20 тысяч месторождений полезных ископаемых, из которых более трети введены в промышленный оборот. Российские недра содержат свыше 10 % мировых разведанных запасов нефти, 33 % — газа, 11 % — угля, 26 % — железных руд, значительную часть запасов цветных и редких металлов. Общая стоимость ежегодно добываемого в стране минерального сырья оценивается более чем в 4,5 трлн руб., что ставит Россию в число ведущих горнодобывающих мировых держав. Многолетний мировой опыт становления горного дела свидетельствует, что уровень развития горнопромышленного комплекса государства напрямую зависит от его научной составляющей. За более чем 300-летний период своего существования российские горные науки внесли неоценимый вклад в становление и развитие отечественной горной промышленности. По существу, ныне горные науки в фундаментальном аспекте представляют собой совокупность научных знаний о структуре, свойствах и процессах взаимодействия природных и техногенных объектов и их систем при отработке месторождений полезных ископаемых, а в прикладном аспекте направлены на решение большого комплекса задач эффективного и экологически безопасного недропользования.
Впервые конференцию открыл программный доклад, посвященный основным проблемам, стоящим перед горными науками, авторами которого выступили директора горных институтов России — академик Н. Мельников (ГоИ КНЦ РАН), чл.-корр. РАН В. Опарин (ИГД СО РАН), чл.-корр. РАН М. Новопашин (ИГДС СО РАН), чл.-корр. РАН В. Яковлев (ИГД УрО РАН), д.т.н. Ю. Мамаев (ИГД ДВО РАН) и д.т.н. В. Потапов (ИУУ СО РАН). Такое событие еще раз подчеркивает глубокое осмысление учеными роли горных наук в современном развитии общества и демонстрирует стремление к объединению усилий в решении насущных проблем горнодобывающего комплекса страны. В докладе отмечалось, что в настоящее время экономические показатели деятельности многих горнодобывающих предприятий характеризуются снижением темпов роста вследствие резкого ухудшения горно-геологических и горнотехнических условий разработки, связанных с переходом горных работ на глубокие горизонты и снижением возможностей эффективной разработки недр традиционными технологиями и оборудованием. В то же время, развитие мировой экономики характеризуется высокими темпами роста производства и потребления минерально-сырьевых ресурсов, от чего напрямую зависит уровень социально-экономического развития страны. Эта тенденция, по прогнозам российских и западных ученых, сохранится и в первой половине ХХI века.
Основной прирост добычи на рудниках в настоящее время происходит за счет вовлечения в отработку более бедных руд, разработка которых менее рентабельна. В этих условиях перед горной наукой возникает комплекс проблем, требующих проведения научно-исследовательских и проектно-конструкторских разработок в области дальнейшего повышения эффективности производства на основе совершенствования техники и технологии разработки и переработки минерального сырья, комплексности его использования путем создания «интеллектуальных» рудников высокого технологического уровня.
Д.т.н. А. Фрейдин (ИГД СО РАН) акцентировал внимание на важнейшей проблеме геотехнологии на нынешнем этапе развития горного производства — проблеме «покорения» больших глубин, что инициирует поиск решения многих взаимосвязанных проблем: оценки геомеханического состояния массива вмещающих пород; разработки технологий добычи руды и методов извлечения из нее ценных компонент; создания способов ведения взрывных работ; обеспечения проветривания горных выработок; осуществления очистки сточных вод и др. Подходы к их решению разрабатываются учеными-технологами Института горного дела совместно со специалистами «ОАО ГМК «Норильский никель». Когда горно-геологические условия больших глубин (высокие температуры, низкое содержание кислорода в воздухе, насыщенность его вредными для дыхания компонентами) потребует исключения присутствия человека в горных выработках, ученые должны дать четкие и грамотные рекомендации по «безлюдному» ведению добычных работ. Важность и актуальность этой задачи предъявляют повышенные требования к обоснованности предлагаемых технологических решений и, особенно, к ответственности за безопасность людей.
Все это выявляет серьезную проблему: при громадном значении минерально-сырьевого комплекса в экономическом развитии России (50 % валового национального продукта и 70 % валютных поступлений) горная наука — генератор фундаментальных знаний, передовых технологий, уникальных машин и механизмов — представлена в стране лишь восемью академическими институтами с необоснованно малым (точнее сказать — мизерным) количеством научных сотрудников (всего порядка тысячи).
Большую значимость на современном этапе приобретают также вопросы экологической безопасности природной среды в сфере деятельности горнодобывающих предприятий. Это особо подчеркнул в своем докладе д.т.н. Н. Чаплыгин (ИПКОН РАН).
Повышение интенсивности процессов добычи полезных ископаемых, ведение работ на все больших глубинах и возникающие при этом технические и экологические проблемы требуют развития новых принципов конструирования горных машин, выработки современных методов и средств оценки их работоспособности и надежности, создания новой техники для безлюдных технологий добычи полезных ископаемых.
Решение подобных задач невозможно без анализа динамических процессов, возникающих при взаимодействии машин с породным массивом, исследования фундаментальных закономерностей их развития. Результаты исследований в этом направлении обсуждались в рамках работы секции «Создание комплексов машин для горных и строительных геотехнологий». Большое внимание уделялось задачам повышения надежности, отказоустойчивости, безопасности эксплуатации машин и технических комплексов, снижения потребления энергоносителя.
Отметим, что многие изначальные идеи механизации процессов горного производства зародились в научно-исследовательских институтах России и стран СНГ. И это признается западными специалистами. Примером тому могут служить многочисленные разработки ученых ИГД СО РАН, до сих пор широко используемые в горнодобывающих отраслях. Это, в первую очередь, системы механизированных крепей и, в частности, знаменитая щитовая крепь Н. Чинакала, буровые полуавтоматы БА-100 и НКР-100, широкий типовой ряд погружных пневмоударников и другие.
В докладах д.т.н. Б. Смоляницкого, к.т.н. А. Липина, к.т.н. С. Левенсона, к.т.н. В. Червова, к.т.н. А. Репина, к.т.н. Б. Данилова (ИГД СО РАН), к.т.н. Ю. Сырямина (СГУПС) представлены результаты исследований, позволившие создать современный комплекс импульсных машин для бурения скважин, бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, устройства стержневых креплений откосов котлованов, насыпей и выемок, вибрационных машин для выпуска из бункеров горной массы и высокосвязных сыпучих материалов, уплотнения мелкодисперсных смесей.
Несомненно, актуальна разработка гидроударных систем с несколькими независимо работающими от общего источника энергии рабочими органами и увеличенным временем действия на породный массив ударного импульса применительно к горнодобывающим и строительным машинам, например, экскаваторам с ковшами активного действия. В докладе к.ф.-м.н. Л. Городилова (ИГД СО РАН) показано, что такая система позволяет в 2-3 раза увеличить ударную мощность ковшей карьерного экскаватора ЭКГ-5В, при сравнимых параметрах энергоносителя, а также предельно упростить управление системой.
Обратим внимание на развитие принципов создания новой техники для безлюдных технологий добычи полезных ископаемых. В докладе, представленном учеными ИГД им. Д.А. Кунаева (Казахстан), рассмотрены результаты разработки роботизированных комплексов для выемки крепких руд в сложных горно-геологических условиях, в том числе и для применения на больших глубинах.
В рамках конференции были обсуждены проблемы развития горнообогатительного производства. В последнее время наметилось прогрессирующее снижение добычи угля, руд цветных и черных металлов, горнохимического сырья для обогатительного производства, ухудшение качества перерабатываемых руд и, как следствие, вовлечение в переработку труднообогатимых руд сложного вещественного состава и высокозольных и сернистых углей, характеризующихся низким содержанием ценных компонентов, тонкой вкрапленностью и близкими свойствами минералов. Это, а также недостатки в технической и технологической оснащенности горнообогатительных комбинатов, приводит к увеличению потерь металлов при добыче и уменьшению их извлечения при обогащении. В этих условиях повышение полноты и комплексности обогащения минерального сырья, создание малоотходных, экологически безопасных энергосберегающих технологий приобретает первостепенное значение.
Ряд докладов был посвящен актуальным проблемам, связанным с обогащением и комплексной переработкой угля, доля которого в выработке электроэнергии в Сибири составляет 36 %, в производстве тепла — почти 100 %. Отмечено, что одной из главных задач, которую необходимо решать при переработке угля, является комплексное использование его энергетического и химического потенциала. В частности, в докладе, представленном коллективом авторов из ИГНГ СО РАН, рассмотрены основные перспективы исследований и инновационные разработки в этом направлении.
Результатам, полученным в ходе исследований дезинтеграции руд при пониженных температурах, посвящался доклад д.т.н. А. Курилко, к.т.н. Ю. Хохолова, Д. Соловьева (ИГДС им. Н. В. Черского СО РАН).
Тематика одной из секций конференции была посвящена вопросам горной теплофизики, в частности, процессам, методам и техническим средствам управления рудничной, шахтной и тоннельной вентиляцией.
Современная угольная шахта — это сложный высокотехнологичный комплекс, в котором значительная энерговооруженность сочетается с наличием горючих материалов в горных выработках и интенсивным выделением метана на рабочих местах. Наиболее опасными являются взрывы метана и угольной пыли, приводящие к катастрофическим последствиям. В этих условиях необходим оперативный прогноз параметров и области распространения поражающих факторов взрыва.
Результаты комплекса исследований по разработке газодинамического подхода для описания волнового характера распространения ударных волн по системе горных выработок шахты и определения зон поражения при взрыве отражены в докладе И. Васенина, А. Крайнова, Э. Шрагера (ТГУ) и д.т.н. Д. Палеева, О. Лукашова (ИУУ СО РАН).
В современных условиях вентиляционные сети подземных рудников становятся все более сложными и разветвленными. Фронт очистных работ постепенно удаляется от шахтных стволов, что усложняет доставку свежего воздуха в рабочие зоны. Резерва увеличения производительности главных вентиляторных установок на многих шахтах и рудниках нет — они работают на предельных режимах. В докладе Б. Казакова, Ю. Круглова, А. Шалимова (ГИ УрО РАН) показано, что применение систем рециркуляционного проветривания является эффективным мероприятием, позволяющим улучшить качество вентиляции и микроклиматических параметров, особенно при использовании в составе систем автоматического управления проветриванием.
Одним из основных путей повышения безопасности и надежности проветривания является увеличение оперативности управления вентиляцией за счет непрерывного автоматизированного контроля метаносодержания и управления воздухораспределением, а также регулирования производительности главных вентиляторов, пропорционально фактическому метановыделению (метаносодержанию) в исходящих струях. Наиболее эффективное автоматизированное управление проветриванием, как показывает мировой опыт и результаты научно-исследовательских работ, представленные в докладе д.т.н. Н. Петрова (ИГД СО РАН), обеспечивается применением осевых вентиляторов, регулируемых на ходу поворотом лопаток рабочего колеса. В настоящее время 38-40 % главных вентиляторов шахт России не могут обеспечить подачу дополнительного количества воздуха в шахту при увеличении производственной мощности или в случае необходимости при аварии. Данная проблема решена при создании осевых вентиляторов серии ВО.
В заключительной дискуссии участниками конференции была отмечена несомненная результативность и перспективность представленных результатов исследований по важнейшим фундаментальным проблемам формирования техногенной геосреды. Поддержана идея настоящей конференции, заключающаяся в объединении специалистов в области геомеханики, геотехнологии, горного и строительного машиноведения для создания прорывных технологий и перспективных образцов горных и строительных машин. Расширение масштаба исследований существенно сдерживает недостаточное кадровое и финансовое обеспечение. Особенно остро стоят проблемы привлечения молодых квалифицированных кадров в горную науку и финансирования, экспериментов в полевых условиях, поисковых работ и работ по созданию образцов новой техники и контрольно-измерительной аппаратуры.
Для решения кадровых вопросов на современном этапе неизбежна и важна интеграция науки и образования, воплощение которой представляется руководству ИГД СО РАН в создании «Горного научно-образовательного центра».
Подводя итоги, председатель Оргкомитета чл.-корр. РАН В. Опарин отметил высокий уровень представленных докладов. Он акцентировал внимание присутствующих на необходимости подготовки фундаментального научного задела для создания геотехнологий будущего — геотехнологий реакторного типа, отдаленными прототипами которых являются современные способы отработки нефтегазовых месторождений, а также технологии подземного выщелачивания. Здесь надо научиться использовать покуда не востребованные и воспринимаемые ныне как негативные факторы роста температуры и горного давления с глубиной в качестве конструктивных элементов в управляемых массообменных процессах.
Следует отметить, что одним из положительных и приятных моментов прошедшей конференции «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» было большое количество молодых докладчиков. Это дает надежду на продолжение перспективных исследований, на развитие горной науки во всем многообразии ее проблем и аспектов.

стр. 6-7