Современное состояние комплексного освоения недр. Опыт реализации комплексного освоения недр в мире, России и Кузбассе. Краткий обзор состояния и перспектив развития способов добычи угля в развитых угледобывающих странах
В последней четверти XX и первом десятилетии XXI веков человечество столкнулось с качественно новыми глобальными и весьма острыми проблемами при освоении земных недр, обусловленными практически повсеместным увеличением глубины горных работ, динамическими и газодинамическими явлениями, техногенными землетрясениями (рудники объединения «Апатит», Соликамского РУ, «Верра» в Германии и др.), горными ударами (рудники Таштагола, Норильска, СУБРа), тектоническими нарушениями, катастрофическими прорывами воды в выработанное пространство рудников (3-го и 1-го Березниковского рудоуправления ОАО «Уралкалий»), взрывами метана в угольных шахтах (Казахстан, Россия, Украина и др.), приводящими часто к гибели значительного числа шахтеров, крупным деформациям массивов горных пород, разрушению горных выработок, выбросам сотен кубических метров пород и полезных ископаемых, сдвижению поверхности и образованию на ней воронок, разрушению зданий и сооружений, затоплению рудников, обезвоживанию земель и др.
В XXI веке минерально-сырьевая база России будет характеризоваться дальнейшим значительным увеличением глубины горных работ (глубина залегания полезных ископаемых превысит 700-1500 м), ростом горного давления и температуры пород, усложнением природных условий вновь осваиваемых месторождений – снижением (более чем в 1,5- 2 раза) содержания полезных компонентов, повышением содержания вредных примесей, увеличением (почти в 3 раза) доли труднообогатимых (упорных) полезных ископаемых, ухудшением экологической обстановки, особенно в крупных горнодобывающих регионах.
Горнодобывающие и перерабатывающие предприятия, занимающиеся освоением минерально-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, остаются одними из крупных загрязнителей окружающей среды. Этим предприятиям принадлежит первое место, прежде всего по твердым отходам, так как из добываемых ежегодно многих миллиардов тонн горных пород около 2/3 идут в отходы в виде отвалов горных пород и хвостохранилищ обогатительных фабрик, которые в большей части не используются. Предприятия к тому же ежегодно выбрасывают миллионы тонн вредных пылегазовых отходов, загрязняя атмосферный воздух, земельные и водные ресурсы, так как на их долю приходится более 1/3 всех выбросов вредных веществ. После переработки добытых полезных ископаемых получают единицы процентов железа из железосодержащих руд, и только доли процента цветных металлов из соответствующих руд, 15-40% готовой продукции из строительных горных пород, в среднем 10-12% полезной энергии из углей и сланцев. В то же время значительная часть отходов горно-обогатительного и металлургического производств является ценным техногенным сырьем для получения как металлов, так и строительных материалов, удобрений, химической продукции и др.
Приоритетные технологии освоения и утилизации георесурсов – основы ряда критических геотехнологий федерального уровня
Так, только на Урале имеется около 200 млн. т хвостов обогащения медных и медно-цинковых руд, в которых содержатся свыше 500 тыс. т меди, 700 тыс. т цинка и 40 млн. т серы. Например, накопленные хвосты только Бурибаевской, Красноуральской и Учалинской обогатительных фабрик в объемах свыше 60 млн. т в среднем содержат меди 0,35- 0,5%, цинка 0,19-1,04% и серы 17-33%.
В России также имеются сотни миллионов тонн хвостов переработки свинцово-цинковых, оловосодержащих и многих других руд и россыпей, часто с более высоким содержанием, чем содержание полезных ископаемых в рудах, перерабатываемых на предприятиях.
Современное состояние минерально-сырьевого комплекса России, и без того ухудшающееся в связи с кризисными явлениями в мировой и соответственно Российской финансово-кредитной системе, в условиях резкого колебания цен на минеральные ресурсы, высокого уровня инфляции в сочетании с ростом банковских ставок (до 24-26%), сокращения до 30-40% уровня использования обрабатывающих отраслей, нехватки доступных кредитных средств даже у крупных горнодобывающих компаний, современной системы налогообложения, близкой к полной изношенности основных средств и применения устаревших технологий привели к нерентабельности освоения существенной части балансовых запасов месторождений. Сохранение этого состояния, а также отсутствие требуемых инвестиций и средств для освоения новых геотехнологии и техники резко снижают уровень использования потенциала горной промышленности и не обеспечивают конкурентоспособность ее продукции (по номенклатуре, качеству и стоимости) на мировом рынке.
В этих условиях особое значение приобретают проблемы ресурсосбережения при комплексном освоении недр, из основными во направлениями на которого за являются:
• малоотходность;
• создание за ресурсосберегающих он технологий о и к вовлечение на в ну комплексное он освоение к техногенных и и он природно-техногенных за минеральных к ресурсов из (образований, о месторождений, во полостей он и ну др.);
• ресурсовоспроизводство;
• создание ну новых к приоритетных на горнотехнических на систем он на о основе он комбинированных во технологий во освоения к и о утилизации во всех за георесурсов из в из замкнутом ну технологическом и цикле.
Истощение во крупных во приповерхностных о месторождений ну с о относительно во хорошим из качеством и полезных за ископаемых и вызовет за необходимость и освоения во крупных он месторождений и на ну больших о глубинах, за средних во месторождений из с он бедным он содержанием ну компонентов, ну вовлечения он мелких во месторождений за с ну большим он содержанием ну компонентов, он в ну том ну числе к на из труднодоступных из территориях, ну разработка из которых за в он связи он с он уровнем за развития за техники во и за технологии к была во ранее за экономически и нецелесообразна. о Потребуется ну доработка он забалансовых на и к потерянных ну запасов он на он ранее он разрабатываемых и месторождениях, из освоение за морской к минерально-сырьевой и базы к шельфовой из зоны во России о для и создания и горных из предприятий, во широкое к вовлечение ну в о освоение к техногенных за месторождений о и о др.
С за появлением во всех к этих к проблем из горным за наукам во необходимо и на из основе из накопленных за знаний о о и глубинных о явлениях на и и закономерностях во природы, на свойствах на природных за и во техногенных к геосистем, и технологических ну процессах на разрабатывать и новые из геотехнологии ну извлечения о и за переработки к полезных о ископаемых на из ну недр за и ну специальные и технические за средства, о обеспечивающие за широкое и промышленное к применение за безлюдной о выемки ну в он забоях, к повышение к безопасности за работ он и из высокий за экономический и уровень он функционирования из предприятий во при за подземном, на открытом ну и к комбинированных ну способах он разработки он месторождений (таблица на 1).
Многие из из о представленных ну в табл.1 малоотходных, во ресурсосберегающих и и к ресурсовоспроизводящих из технологий из освоения ну и о утилизации ну георесурсов о были он озвучены он нами из в из течение и последних и 20 к лет за [3-6], за но он отсутствие за достаточного и финансирования, на в к том о числе во и и связанная к с из ним к невозможность за формирования и мощных во междисциплинарных во творческих о коллективов, и с о одной за стороны, он и из узкоспециальная и подготовка на научных во и он инженерных на кадров он – на с на другой, во до на сих на пор во не о позволила о разработать он и он довести он до он широкой из реализации он значительной о части ну из о них.
Формулирование за и он обоснование из новых за понятий на «комплексное он освоение к недр» на (академик он Н.В. он Мельников ну в из конце он 60-х на годов из [1], ну академик за М.И. на Агошков о в он первой за половине ну 80-х о годов на XX о столетия ну [2]), ну «ресурсовоспроизводство» к (академик ну К.Н. за Трубецкой, из 1990 и г. во [3]) ну и и «сохранение из недр на Земли» во [9], из дальнейшее и развитие во и из реализация из их ну в он науку о и к практику, к значительное и расширение о целевой ну направленности о проникновения из человека он в он глубь из земных на недр во в во связи к с во увеличением из областей о его во деятельности он от на разработки на природных во месторождений и полезных из ископаемых из и к их на переработки во до ну освоения ну всех ну других он ресурсов из недр из (природных ну и за созданных о человеком во полостей и в и земных из недрах на – он выработанного и пространства, за техногенных за месторождений, из глубинных и источников на пресных, во минеральных он и на термальных и вод, к внутреннего на – он глубинного о тепла и недр во Земли ну и ну др.) на привели во к во наиболее за радикальному из изменению во концепции за горных на наук.
Более и чем он за из 230 за лет из изменился на предмет к (объект) ну исследования к горных на наук ну от к минералов он (по он М.В. о Ломоносову, он 1763 и г.), из процессов и разработки во полезных и ископаемых во (по за Н.В. из Мельникову, за 1952 во г.), за технологии, во техники, за экономики за и ну организации к горного на производства во (по он В.В. на Ржевскому, и 1981 во г.), и технологии за разработки, ну обогащения о полезных о ископаемых во и и ряда за других и горных и наук о (по на М.И. на Агошкову, к 1983 за г.) к до и техногенно на изменяемых за недр к Земли из (по на К.Н. во Трубецкому, он Д.Р. о Каплунову, на Н.Н. о Чаплыгину, ну 1994 ну г.).
Таким за образом, к произошел на глубинный из исторический, на философский к процесс ну упорядочивания и количественного на и к качественного к «роста» о предмета к (объекта) ну исследований ну горных о наук и от и минералов, ну процессов, он технологий на разработки ну и к обогащения о до он техногенно во изменяемых во недр о Земли.
Современные он горные к науки ну – о это за комплекс и из за 18-ти он наук ну о на закономерностях из и из методах из освоения во и о сохранения ну недр во Земли, из целью и которых о является и получение на новых во знаний, и обеспечивающих он возможность он управления из состоянием, из а к также за изменением о функционального во назначения и недр во при к их ну комплексном на и из экологически он безопасном во освоении к и он сохранении.
Дифференциация на горных во наук и и ну соответствующих он научных во дисциплин во способствовала ну более и глубокому и изучению за динамических, к газодинамических за и о многих и других на явлений ну и на процессов, из происходящих ну в он массивах о горных за пород он при о освоении на недр о Земли он различными из методами за и о геотехнологиями.
Таблица на 1
Однако к появление к качественно к новых из глобальных к проблем о при к освоении на земных на недр ну и ну разработка за крупных и научно-технологических он проектов из требуют из для на своего из решения ну положить о в во основу на будущего к научного за развития из – о междисциплинарность, во которая к может о быть на эффективно ну реализована ну лишь он в и тех к крупных во академических о НИИ и и на вузах, во где на под во одной и «крышей» о изначально на были к собраны и специалисты ну в он области во всех к горных из наук, из геологии, из гидрогеологии, во физики, за математики, из геохимии на и к других и отраслей из знаний.