История развития горной науки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

на тему: История развития горной науки

Красноярск 2013

Содержание

Ведение

1. Горное дело - фундамент экономики

2. История горных наук

3. Возникновение горной науки в России

4. Горная наука - система знаний

5. Законы и методы горной науки

6. Взаимодействие горных и других наук

7. Три периода горных наук и геотехнология

Заключение

Литература

Введение

Горная наука - это наука, изучающая законы взаимодействия техники с горными породами во взаимосвязи с организационно-технологическими условиями при учете социальных, экономических и экологических критериев. Опираясь на ее законы, горняки добывают из недр Земли уголь, руды черных и цветных металлов, благородные металлы, горно-химическое сырье, строительные материалы. Огромную роль в разработке и непрерывном совершенствовании способов добычи полезных ископаемых в нашей стране принадлежит отечественным ученым. Основы горной науки в России были заложены М.В. Ломоносовым в его работе "Первые основания металлургии или рудных дел (1765 г.). Дальнейшее развитие труды М.В. Ломоносова получили в работах А.И. Узатиса, профессора Г.Я. Дорошенко, Б.И. Бокия, академиков А.А. Скочинского и А.М. Терпигорева, профессоров М.М. Протодьяконова, Н.И. Трушкова, П.И. Городецкого, П.Э. Зуркова, академиков Л.Д. Шевякова, Н.В. Мельникова и других ученых [5].

Цель горных наук - раскрытие закономерностей и причинно-следственных связей технологий и среды, а также создание основ для коренного совершенствования техники, технологии, организации и экономики горного производства на базе фундаментальных наук.

Объектами изучения горных наук являются: месторождения твёрдых, жидких и газообразных полезных ископаемых и горных пород, вмещающие месторождения; методы и техника их разведки; технология и технические средства добычи и первичной переработки полезных ископаемых, строительство специальных подземных и наземных сооружений. Горные науки вырабатывают рациональные способы ведения горных работ во времени и пространстве с учётом конкретной горно-геологической обстановки и технического прогресса. Горные науки дают теоретическое объяснение технологиям освоения недр посредством открытых и подземных горных выработок, буровых скважин, разведки недр Земли, строительства подземных сооружений, первичной переработки минерального сырья, основным процессам горного производства и др.

Роль горной науки как непосредственной производительной силы горнодобывающей промышленности в современных условиях заключается в разработке путей и методов ее интенсивного развития на основе применения безотходной технологии добычи полезных ископаемых, обеспечивающей использование всех нужных и полезных компонентов при сохранении природной среды.

1. Горное дело - фундамент экономики

В настоящее время горная наука представлена множеством горнотехнических наук и направлений. Повышение эффективности горной науки в значительной мере зависит от успехов в разработке общей теории технологических схем добычи полезных ископаемых. Не по тому, что производится

Разработка недр Земли - основа экономической деятельности человечества. И не случайно она нашла отражение в периодизации древней истории, где эпохи различаются не по тому, что производится. А по тому, чем и как производится, какими орудиями труда это достигается и из какого материала сделаны.

Доля минеральных веществ, извлекаемых из недр. Составляет около 80% всех природных ресурсов, необходимых для удовлетворения потребностей общества. Экономика России базируется на собственном минерально-энергетическом сырье. Доля горного производства нашей страны составляет 25 % мирового [6].

Все развитие земной цивилизации, было, есть и будет связано с успехами горняков. Освоение недр является одним из условий существования цивилизаций. Пока существуют недра - существует человечество. Пока существует человечество - существуют специалисты по техногенному преобразованию недр - горняки, в том числе и горные инженеры - специалисты, выпускаемые Сибирским Федеральным Университетом (Институт горного дела, геологии и геотехнологий).

Проводимые в мире аналитические исследования свидетельствуют, что состояние развития горного дела в стране характеризует спектр добываемых минералов, так как почти каждый добываемый минеральный ресурс несет свою отличительную особенность в зависимости от месторождения, горнотехнической системы, горного оборудования. В лидирующую группу стран, каждая из которых добывает свыше 30 минералов, входят: Россия, Китай, США, Австралия, Бразилия, Индия, ЮАР, Канада, Иран и Мексика. Прямая оценка роли горного дела в формировании экономического потенциала страны позволяет сделать следующие выводы: минерально-сырьевой комплекс обеспечивает 22,4% от объема промышленного производства, при этом добыча твердых полезных ископаемых составляет 4,4% от объема промышленного производства в стране. При всей важности вклада горного дела в экономику страны главное его значение заключается в том, что минеральные продукты лежат практически в основе развития всей экономики, и особенно в тех направлениях, которые в настоящее время определяют развитие высоких технологий. Таким образом, современное горное дело является основой экономики и национальной безопасности страны.

2. История горных наук

Горная наука родилась в недрах производства и первоначально являлась сводом правил по его организации и ведению. Она вбирала в себя запас знаний по геологии, разведке, горной геометрии, горной механике, по способам извлечения и обогащения полезных ископаемых и плавке металлов. Горная наука - это наука о способах добычи полезных ископаемых, изучающая законы взаимодействия техники с природной средой. Горная наука занимается не горными породами и техникой в отдельности, а их взаимодействием. Поэтому следует иметь в виду, что изучать это взаимодействие нельзя в отрыве от организационно-технологических отношений, экономики и экологии [5].

Цель горной науки, согласно академику Н.В. Мельникову, - "раскрытие закономерностей и научное объяснение явлений и процессов, происходящих при разработке полезных ископаемых, для коренного совершенствования техники и экономики горного производства".

Горное дело издавна считается горным искусством. Наука - это мир логических понятий. А искусство - мир эмоций. Если наука в своей основе - рациональна, то искусство - интуитивно. Наука и искусство используют в своих целях мысленный и эмоциональный опыт человека. Влияние искусства на науку проявляется в эстетике научного творчества. Искусство в науке - это интуитивная деятельность человека. Основанная на умелом обращении с предметом исследования как внутренним эстетическим образом. В основе интуиции человека лежат основы красоты.

Так почему же горное дело иногда называют горным искусством? Потому, что деятельность горного инженера объединена единством мысли и чувства, она требует повседневного, непрерывного и обязательно творческого подхода. Потому, что горный инженер имеет дело со сложными природными факторами и развивает свою деятельность динамичной, постоянно изменяющейся во времени и пространстве системе горных выработок, сооружений, коммуникаций, в постоянном общении с весьма непростыми системами - людьми.

В течение почти двух миллионов лет основным орудием человека служил камень. В конце каменного века (IY-III тыс. до н.э.) человек постепенно перешел к использованию меди, золота. В III-II тыс. до н.э. была освоена плавка меди и ее сплава - бронзы. В середине II тыс. до н.э. на смену бронзе пришло железо. горный экологический экономический недра

Горное дело зародилось, по сути, вместе с человеческим обществом и, пока, и пока существует на Земле человек, оно не перестанет играть выдающуюся роль. Об огромном значении горного дела убедительно писали многие мыслители прошлого. Целую книгу посвятил этому вопросы Георгий Агрикола (1556 г.).

В истории горнорудного производства, как и в истории цивилизации, можно условно выделить четыре основных периода: древнейший (до X в. до н.э.); древний (до I в.н.э.); средневековый (до XVIII в.); и новый, в котором мы и сейчас живем.

Истоки горных наук восходят к первым научным обобщениям практики добычи полезных ископаемых [1]. Ученик Аристотеля Теофраст (около 372 - около 287 до н.э.) написал книгу "О камнях" и ряд сочинений о рудном деле, не дошедших до наших дней. Философ Стратон из Лампсака (340-270/268 до н.э.) описал горные орудия (сочинение не сохранилось). Крупнейший древнегреческий географ и историк Страбон (около 64/63 до н.э. - 23/24 н.э.) описал технические приёмы рудного дела. Плиний Старший (I в. н.э.) в 4 книгах "Естественной истории" (всего 37 книг) привёл сведения по горному делу и минералогии. Древнеримский архитектор и инженер Витрувий (I в. до н.э.) в труде "Десять книг об архитектуре" описал подъёмные механизмы и уделил внимание выделению углекислого газа в колодцах и способам борьбы с ним. В средние века ценные обобщения по горному делу и геологии дали в своих сочинениях среднеазиатские учёные Бируни и Авиценна. Наиболее полные работы относятся к XV-XVI вв., когда Ульрих Рюлейн фон Кальве (около 1465-1523 гг.), врач и бургомистр г. Фрайберг, издал (около 1500) в Аугсбурге книгу "Полезная горная книжица", явившуюся наставлением для горняков и металлургов. В 1526 г. была издана работа Ж. Бессониуса, посвященная прикладной механике и содержащая сведения о применении механизмов в горном деле. В 1540 г. опубликовано сочинение итальянского учёного Ванноччо Бирингуччо (1480-1539), инженера, минералога и металлурга "О пиротехнике", в котором трактуются вопросы минералогии, геологии, технологии горного дела и металлургии.

Вслед за книгой Ванноччо Бирингуччо в 1544 г. появился обширный труд "Космография" немецкого ученого Себастиана Мюнстера (1489-1552). В "Космографии" содержится описание известных в ХVI в. стран. Данный научный труд в течение ста лет выдержал более 45 изданий на немецком, латинском, французском, итальянском, английском и чешских языках. В нем среди прочих сведений содержится много данных по горному делу, в том числе и по процессам обогащения полезных ископаемых.

Первое фундаментальное обобщение накопленного опыта в области добычи и переработки полезных ископаемых выполнено Г. Бауэром (Агриколой), который издал в 1556 г. книгу "О горном деле и металлургии".

Прогресс в горном деле, обогащении полезных ископаемых и металлургии вызвал появление новых трудов. К ним относятся сочинения: В.И. Геннина (1734 г.), М.В. Ломоносова (1763 г.) и И.А. Шлаттера (1760 г.).

С середины XVIII в. процесс получения и систематизации геологических знаний резко активизировался, в связи с развитием техники и технологий, все большим ростом потребности промышленности в минеральном сырье. В отработку начинают вовлекаться все большие участки земной коры. С этого времени горные науки неразрывно развиваются вместе с растущим потреблением человечеством природных ресурсов.

3. Возникновение горных наук в России

Первые обобщения по горному делу в России сделаны В.И. Генниным, который в 1735 окончил описание горно-металлургического производства на Урале (сохранилась в рукописи). Термин "горные науки" принадлежит М.В. Ломоносову, сформулировавшему основные положения в труде "Первые основания горной науки" (1742). На основе этого рукописного труда в 1763 г. М.В. Ломоносов издал книгу "Первые основания металлургии и рудных дел". Большой вклад в учение о залегании руд, способах их разработки и обогащения внёс русский учёный И.А. Шлаттер, опубликовавший в 1760 "Обстоятельное наставление рудному делу". В 1795 И. Бригонцов подготовил рукопись "В общественную пользу внутренней государственной экономии. Руководство к познанию, разрабатыванию и употреблению каменного угля...", которая была обнаружена в архиве 155 лет спустя. Н.А. Львов (1751-1803) опубликовал в 1799 работу "О пользе и употреблении русского земляного угля"; И.Ф. Герман (1755-1815) в 1797-1810 - книги "Сочинения о сибирских рудниках и заводах" (ч. 1-3), "Описание заводов, под ведомством Екатеринбургского горного начальства состоявших" (ч. 1-2), "Исторические начертания горного производства в Российской империи" (ч. 1). В 1807-19 А.С. Ярцов написал 8-томную "Российскую горную историю" (сохранилась в рукописи). Выдающуюся роль в развитии русских горных наук сыграло открытие в 1773 Петербургского горного училища - первого в России высшего технического учебного заведения, позже преобразованного в Горный кадетский корпус, затем в Институт корпуса горных инженеров, позже в Горный институт.

Становлению и выделению отдельных дисциплин горных наук в России способствовали капитальные работы: в области вскрытия и систем разработки твёрдых полезных ископаемых - А.И. Узатиса (1843), Г.Я. Дорошенко (1880), А.М. Терпигорева (1906, 1915), Б.И. Бокия (1914); бурения - Г.Д. Романовского (1866); горной механики - И.А. Тиме (1899) и П.А. Олышева; горного давления и сдвижения горных пород - М.М. Протодьяконова (1907, 1912), П.М. Леонтовского (1912); научных основ безопасности работ в шахтах - А.А. Скочинского (1901), Н.Н. Черницына (1917); обогащения полезных ископаемых - Г.Я. Дорошенко (1876), С.Г. Войслава (1876), Г.О. Чечотта (1914), В.А. Гуськова (1915); гидромеханизации - П.П. Мельникова (1836), М.А. Шостака (1891), И.А. Тиме (1891); подземной газификации углей - Д.И. Менделеева (1888); добычи нефти - В.Г. Абиха (1853), Н.И. Андрусова (1908), В.Н. Вебера (1911), И.М. Губкина (1916).

4. Горная наука - система знаний

Горные науки тесно взаимодействуют с физикой (создание учения о свойствах горных пород и технологий разрушения массивов), химией (эффективное разделение природных минеральных комплексов, создание основ изменения агрегатного состояния полезных ископаемых в недрах), биологией (извлечение полезных ископаемых из недр микробиологическими методами, методы охраны окружающей среды), математикой (аналитические методы исследований, автоматизация горного производства), геологическими науками, экономикой.

В горных науках выделяются крупные направления: горно-геологическое (горная геология, маркшейдерия, нефтяная геология и др.), горнотехнологическое (скважинная горная технология, шахтная горная технология, открытая горная технология, физико-биохимическая горная технология, строительная горная технология), горнотехническое (машиноведение горное), горнофизическое (горная геомеханика, физика горных пород, физика взрыва, подземная гидрогазодинамика и др.), горноэкономическое (горная экономика и др.), минералургия (первичная переработка полезных ископаемых), история горной науки и техники.

Классификация горных наук, разработанная в основном для исследования и добычи твердых полезных ископаемых, выглядит следующим образом [2]:

Горное недроведение

· Горнопромышленная геология

· Геометрия и квалиметрия недр

· Геомеханика

· Разрушение горных пород

· Рудничная аэрогазодинамика

· Горная теплофизика

Горная системология

· Теория проектирования освоения недр

· Экономика освоения георесурсов

· Горная экология

· Геоинформатика

Геотехнология

· Физико-техническая геотехнология

· Физико-химическая геотехнология

· Строительная геотехнология

· Геотехника

Обогащение полезных ископаемых

· Технологическая минералогия

· Дезинтеграция и подготовка минерального сырья к обогащению

· Физические и химические процессы разделения, концентрации и переработки минералов

· Физические и химические процессы извлечения полезных компонентов из природных и техногенных вод

Горные науки, которые объединены в группу "Горное недроведение", включают исследования свойств пород, горных массивов, георесурсов и недр в целом - как средоточия различных природных и искусственно создаваемых образований, находящихся во взаимосвязи друг с другом. Исследование осуществляется под углом зрения изменения свойств георесурсов (разнообразия аномалий, масштабов и интенсивности их проявлений, пространственной локализации, сочетания, агрегатного состояния, экономических параметров и др.) под действием техногенных преобразований. Научные дисциплины этой группы объединены общей идеей - выявить закономерности техногенной эволюции недр. Тогда можно будет судить о базе георесурсов для промышленности, получить представление о состоянии недр и оценить степень комплексности их освоения, сохранения и динамики возможных целенаправленных воздействий.

"Горная системология" включает в себя науки, которые изучают закономерности развития геосистемы и выявляют последствия освоения недр для общества и природы.

Горные науки группы "Геотехнология" - науки об извлечении полезных ископаемых из недр и водоемов, предметом исследований которых являются технологические процессы, технические средства, технологии, способы и горные объекты, позволяющие извлечь георесурсы из недр. Они же создают научные предпосылки для использования георесурсов тех видов, утилизация которых не предполагает их извлечение (например, подземные полости). Объединяющая идея - выявить научные предпосылки для технических решений, расширяющих функциональные возможности горных предприятий в преобразований недр в целом. Теоретической основой могут стать положения о ресурсовоспроизводящих технологиях горного производства.

Знания, полученные в этой области, должны содействовать комплексному использованию пород, горных массивов, георесурсов и недр и изменению их функционального назначения.

В группу "Обогащение полезных ископаемых" входят науки об извлечении ценных компонентов из минерального сырья. Предмет этих наук - изучение основных закономерностей физических, физико-химических и химических процессов разделения и концентрации минералов природного и техногенного происхождения, взаимосвязи структурного, вещественного и фазового состава минерального сырья с его технологическими свойствами. Установленные закономерности - основа технологий и технических средств для извлечения из земных недр ценных компонентов и превращения в продукты, пригодные для последующего использования в различных хозяйственных отраслях.

5. Законы и методы горной науки

При изучении и теоретическом осмыслении различных сторон воздействия техники на горные породы формируются логические задачи и понятия. Главная задача горной науки - выяснение присущих каждому способу добычи полезных ископаемых объективных законов. В этой связи горную науку можно определить как науку о законах, управляющих производством добычи полезных ископаемых из недр Земли. В понятиях науки отражается статика, а в законах - динамика рассматриваемого процесса.

Процесс разработки месторождений полезных ископаемых подчиняется целому ряду законов:

Динамичность рабочих забоев. В процессе разработки месторождений полезного ископаемого рабочие забои, в которых производится выемка горных пород, перемещаются в пространстве со скоростью, прямо пропорциональной производительности выемочного оборудования и обратно пропорциональной площади забоя.

Соразмерность развития горных работ. Работы по обеспечению доступа к месторождению (вскрытие) должны опережать во времени и пространстве работы по подготовке выемочных блоков, а последние - добычные работы. В общем виде это положение можно сформулировать так: работы по вскрытию месторождения должны развиваться в пространстве с большей или с одинаковой интенсивностью по отношению к подготовительным работам, а подготовительные должны опережать добычные. Применительно к карьерам эта закономерность выражается в соразмерном продвижении рабочих уступов. В 1934 г. Е.Н. Барбот-де-Марни писал: "Каждый верхний уступ своим продвижением освобождает место для работы на каждом. Ниже его лежащем". Этот закон оказывает огромное влияние на все работы горного предприятия. Нарушение его приводит к снижению интенсивности разработки месторождения, т.е. к снижению объема добычи полезного ископаемого, ухудшению условий работы горного оборудования, а иногда и к полной невозможности добычи. Рассмотренные законы характеризуют динамику формирования карьера и шахты как геометрического объекта, поэтому их можно назвать горнотехническими.

Наряду с этими законами можно выделить закон, который отражает наиболее характерную черту любого производственного процесса - взаимосвязь результатов деятельности горнодобывающего предприятия и затрат труда и денежных средств на ее организацию, т.е. необходимость достижения и поддержания экономической эффективности работы горнодобывающего предприятия.

Наиболее широко в горной науке используется аналитико-синтетический способ исследований. Который включает аналитический метод и методы аналогии, моделирования, натурных испытаний и другие. Сущность его состоит в том, что сложные явления расчленяются на простые элементы. Завершив расчленение, переходят от частного к целому, от простого - к сложному. Таким образом, теоретическое осмысление состоит из анализа и синтеза и происходит от конкретного к абстрактному и от абстрактного к конкретному.

6. Взаимосвязь горных и других наук

Наибольшее взаимодействие горные науки имеют с науками геологическими, геофизическими и геохимическими, черпают из них новые знания о строении и формировании земной коры, эволюции геодинамических процессов, физико-химических закономерностях образования минералов, горных пород и коры Земли. В более широком смысле речь идет об исследовании географических и геохимических основ образования месторождений полезных ископаемых [3].

В горном недроведении знания многих разделов математики и механики применяются при решении задач по оконтуриванию горных объектов (месторождений, их участков, сооружений, различного рода аномалий в массивах пород), геомеханики, разрушения горных пород, рудничной аэрогазодинамики, горной теплофизики. Сложность решения этих задач, как и других, например, задач горной экологии, состоит в их большой размерности и нелинейном характере изменения параметров. Она в значительной мере преодолевается при использовании современных методов как вычислительной математики (в сочетании с компьютерными технологиями), так и математической статистики.

В геотехнологии следует активно использовать научные достижения математики и физики для решения вопросов деформирования горных пород в различных физических полях - механических, тепловых, радиационных, комбинированных, взаимодействия разрушаемых и разрушенных горных пород с горными машинами и горными сооружениями. На развитой физико-химической основе построена геотехнология, предполагающая извлечение георесурсов из недр через скважины с предварительным выщелачиванием полезных компонентов, их расплавлением или изменением свойств горного массива путем его упрочнения цементацией, смолоинъекцией, замораживанием и другими способами.

Без использования различных разделов физики и химии невозможна разработка важнейших научных проблем обогащения полезных ископаемых. Разделение и концентрация минералов, направленное изменение их свойств и агрегатного состояния предполагает изучение физических, физико-химических и химических, гравитационных, магнитных, электрических, радиационных, ультразвуковых, электрохимических, механических, плазменных и других процессов, протекающих в минеральных средах. Законы массопереноса, теория разделения, а также закономерности физико-химической механики - общие для всех обогатительных процессов.

При переработке полезных ископаемых с субмикрозернистым срастанием минералов целесообразно комбинирование гидро- и пирометаллургических процессов. А это предполагает использование горняками-обогатителями научных достижений в области металлургии.

Горные науки в областях геотехнологий и обогащении полезных ископаемых немыслимы без применения разнообразной новой горной, транспортной и обогатительной техники. Решение проблем машиностроения, автоматизации, энергетики, управления производственными процессами имеет большое значение для развития этих наук.

Не менее важны для горных наук учет экономических знаний, использование их при освоении недр. В горном недроведении это сопряжено с изучением георесурсов как фактора общественного развития (при оценке источников георесурсов, например, месторождений полезных ископаемых, их отдельных качественных характеристик и георесурсного потенциала в целом).

В горной системологии экономические знания необходимы ученым для подсчета георесурсов как системообразующего горного фактора в производстве, для оптимизации структуры, параметров функционирования, пространственного размещения и организации взаимодействия геосистем различного уровня.

Аналогичную по значимости роль в развитии горных наук играет геоэкология. Практические результаты научных исследований здесь в большей или меньшей степени воздействуют на окружающую природную среду. Экологическая оценка различных аспектов этого воздействия, учет многообразия георесурсов, масштабов и технологических особенностей освоения, а также возможностей сохранения недр составляют основное содержание взаимодействия горных наук и геоэкологии.

Геосистемы по всем признакам относятся к категории сложных. В этой связи в горных науках активно используются общенаучные подходы, базирующиеся на системном анализе и современных информационных технологиях. При этом наибольшее применение находит разработка банков данных и баз знаний в различных предметных областях, автоматизированное проектирование и гибридных, в том числе имитационных многоуровневых моделей.

В горном производстве особое место занимают социальные проблемы и факторы экологической безопасности. Весьма трудоемкое освоение недр требует привлечения значительных трудовых ресурсов. При этом труд горняков тяжел физически, опасен и не относится пока к числу наукоемких. В то же время обеспечение и нынешнего и будущего общества минеральными ресурсами требует рассмотрения всех вопросов в контексте фундаментальной социальной проблемы - устойчивого общественного развития.

Все известные виды преобразования горного производства обязательно должны предполагать улучшение экологической обстановки. Это означает установление и соблюдение экологически безопасных параметров для всех элементов, подсистем и всей системы производства на всех иерархических уровнях и стадиях процесса комплексного освоения георесурсов и сохранения недр.

При пользовании недрами должны быть в полной мере учтены два императива: социальный и экологический. Это обстоятельство требует кардинального повышения наукоемкости горного производства и создает предпосылки для гуманизации труда горняков и повышения общественного статуса и престижа деятельности по освоению недр.

Мерой наукоемкости для горного производства должна стать и степень осуществления разнообразных ресурсовоспроизводящих технологий воздействия на минеральную среду. Именно они призваны сейчас обеспечить "рекультивацию" недр в пространственных границах преобразуемого участка литосферы с учетом его свойств, требований и экологических нормативов. В этих технологиях должны быть использованы новые знания о свойствах природных и техногенных геосистем.

Необходим поиск радикальных решений, которые выводят горное производство на высший уровень совершенства. Наибольший рост его эффективности (с точки зрения социально-экономических и технических характеристик) ведет к созданию новых функциональных структур и появлению новых сфер применения.

Новая целевая ориентация горных наук открывает перед специалистами широкие возможности преобразования горного производства. Главное - создание новых функциональных и экономических структур, которые обеспечивали бы наивысшую эффективность преобразования. Особое значение имеет создание таких технологий, которые предполагают активное воздействие на горный массив с помощью физических, химических и других методов и направлены на изменение условий залегания, агрегатного состояния, качества природных и техногенных образований, на создание или воссоздание полезных аномалий в свойствах минеральных сред.

В нынешних условиях важное значение имеет разработка новой ресурсовоспроизводящей технологии производства угольных суспензий, гидродобычи металлических руд через скважины, складирования и хранения некондиционного минерального сырья.

При комплексном освоении недр нужно использовать не только полезные ископаемые, но и ту часть сырья, которая именуется ныне "отходами", а по сути является вторичными, не полностью использованными георесурсами. Спрос на последние пока невелик.

Изучение глубинных явлений и закономерностей необходимо для разделения минеральных комплексов и введения в практику горного дела технолого-минералогических оценок месторождений. Она позволяет создать эффективные технологии для первичной переработки руд сложного химического состава.

Эффективность добычи полезных ископаемых зависит от новых форм освоения недр. Так, их использование для размещения радиоактивных и токсичных отходов обеспечивает практически единственную возможность решения одной из наиболее острых экологических, социальных и экономических проблем. Необходимость создания подземных сооружений различного назначения также предполагает новые направления использования недр Новые пути исследований и соответствующая их переориентация на сохранение недр Земли, комплексность и экологическая сбалансированность освоения всего многообразия георесурсов открывают широкие возможности для реализации наиболее радикальных идей по совершенствованию горного производства.

7. Три периода горной науки и геотехнология

История горной науки подразделяется на три периода:

Первый - (всё до капиталистической формации) в этот период горная наука в широком охвате явлений вобрала в себя различные области знаний. Известно, что потом из неё вышли многие науки геологического, горного и технологического (например, металлургия) плана. Интересно отметить, что первое и по существу современное определение горной науки дал М.В. Ломоносов "Наука, которая учит минералы знать, приискивать и приводить в такое состояние, чтобы они в обществе человечеством были угодны".

Второй период горной науки связан с её дифференциацией, возникновением целого семейства горных наук, привлечением фундаментальных наук. В этот период горная наука активный фактор преобразования горного производства.

Третий период - это сближение науки и производства, т.е. когда результаты научных исследований воплощаются в коммерческие проекты. Основной задачей горной науки становится принципиальное изменение технологий разведки, разработки и переработки полезных ископаемых. Для этого понадобился синтез разных направлений горных наук в единую систему знаний.

Ещё в эпоху возрождения Везалий писал, что "Возникает множество препятствий при изучении конкретного предмета. Его чрезмерное дробление среди узких специалистов, которые, изучая одну сторону предмета исследования, оставляют в стороне многие другие, неразрывно связанные с ним". Узкая специализация в современной горной науке привела к разобщённости в научных кругах и, в определённом смысле, даже "неграмотности" узкого специалиста, который, будучи уверен в своей правоте, стремится изолироваться от других мнений, связанных с решением другой стороны насущной проблемы сегодняшнего дня. Сейчас происходит становление одной из ветвей горной науки - "физико-химической геотехнологии" (ФХГ), объединяющей знания физиков, химиков, геологов и технологов для решения проблем горной науки. Прикладные науки не могут существовать без достижений фундаментальных наук. Их надо не разрывать, а соединять в работе научных коллективов.

В геотехнологическом процессе участвуют многие миллиарды атомов химических элементов. Поэтому для определения путей протекания этих процессов следует учитывать свойства всех минералов, которые подчинятся термодинамическим законам. Например, при химических процессах в недрах земли происходит поглощение или выделение энергии, определяемое термодинамическими свойствами минеральных ассоциаций и термодинамическими условиями среды. И, так как любая термодинамическая система стремится перейти в состояние максимальной устойчивости с минимальной свободной энергией, на поддержание процесса всегда требуется дополнительная энергия. Горная наука решает теоретические и технические проблемы горного дела, соприкасается с многими смежными науками и во многом определяет сферу интересов политиков, экономистов, социологов и философов. Её общественное значение невозможно переоценить, поскольку её роль в реализации программы развития страны огромна. Известно, что за последние 20 лет добыто полезных ископаемых столько же, сколько за всю историю нашей цивилизации, а потребуется в ближайшее время всё больше и больше. Добывающая промышленность, несмотря на кризисы, постоянно увеличивает своё производство, хотя по многим причинам наблюдается постоянное ухудшение её технико-экономических показателей. Сегодня, когда остро ставятся проблемы ресурсов сырья, снижения себестоимости его добычи и охраны окружающей среды - эти вопросы выходят за рамки только горных проблем и приобретают значение крупной государственной задачи. Думаю, что настало время принципиально изменить взгляд на горное производство, ибо социальное положение и престижность профессии горняка год от года не увеличивается.

Успехи отечественной горной науки значительны. У советских учёных было немало приоритетных достижений, как в теоретических разработках, так и в практике горного производства. Есть немало научных школ и направлений, поднявших горные исследования на высокий уровень. Достаточно назвать имена ведущих исследователей и перед нами возникают целые вереницы научных школ, проблем и значительных результатов. В то же время постоянно усложняются горногеологические условия разработки, уменьшается содержание полезного компонента, новые месторождения выявляются в необжитых регионах страны, что определяет рост себестоимости и снижения производительности труда в расчёте на конечную продукцию.

Традиционные горные работы, как правило, связаны с операциями отбойки горной массы от массива в форме куска, его доставки к месту предварительного передела (обогащения) и передела в товарный продукт. Известно, что за прошлый век горное дело шагнуло от кайла и лопаты до мощных механизированных комплексов, однако эти изменения носят больше количественный, чем качественный характер, поскольку в основе технологии всё те же кайло и лопата, хотя и механические. Статистические данные показывают, что резкого прогресса в традиционной технологии ждать невозможно. Оценка узких мест в горном деле показала, что замена технологии в отдельном узле не даёт значительного эффекта, а "поточная технология" и "безлюдная" выемка полезных ископаемых на базе традиционных методов добычи практически очень трудноосуществима, если вообще реальна. Необходимо соединять в недрах добычу и передел и первые такие предприятия уже работают. Открытая и подземная технологии добычи - это колыбель горного дела, но нельзя жить постоянно в колыбели, нужно из неё переходить.

Горные науки - это фактически технологические рецепты, отнесённые к конкретным условиям. Есть ли теория в горной науке? Есть - это раскрытие связей между горной средой и техническими средствами и способами добычи полезных ископаемых. Традиционно описательная - горная наука в настоящее время не может плодотворно развиваться без привлечения самых разнообразных сведений из химии, физики и других фундаментальных наук.

Итак, на сегодня, в горном деле создалась революционная ситуация, когда общественная необходимость требует безопасной и эффективной отработки бедных и глубоко залегающих месторождений, а современных уровень науки и техники не позволяет решить поставленные задачи при одновременном повышении экономической эффективности производства и удовлетворении требований охраны окружающей среды, комфортности и безопасности труда горняков. Научно-техническая революция в горном деле, прежде всего, связана с поиском принципиально новых решений, основанных на соединении в недрах операций по добыче, и переделу полезных ископаемых, т.е. на физико-химических методах добычи. В области физико-химической геотехнологии много сделано, целой плеядой исследователей, начиная с Д.И. Менделеева, предложившего подземную газификацию угля, академиков В.И. Вернандского, Е.Н. Ферсмана и В.А. Обручева, давших теоретические основы ряда геотехнологических процессов. И.П. Кириченко впервые в середине ХХ века обобщены геотехнологические методы и написана прекрасная книга, показавшая перспективы физико-химической геотехнологии. Считаю необходимым особо отметить роль в становлении физико-химических технологии как науки акад. Н.В. Мельникова, впервые создавшего в МГИ специальную кафедру и постоянно оказывавшего внимание всем вопросам физико-химической технологии, от определения её понятий, до практической реализации её методов.

В нашей стране целые коллективы исследователей занимались проблемами ФХГ. Это: МГГРУ (проф. Д.П. Лобанов), МГГУ (акад. В.В. Ржевский), ЛГИ (проф. Ю.В. Дядькин), ПромНИИпроект, ВНИИХТ, УНИПромед, Гипроцветмет, СКГМУ, ИрТУ, ГИГХС и многие другие организации. Методы ФХГ уже достаточно широко используются при эксплуатации некоторых месторождений полезных ископаемых (соли, угля, урана, железа, серы, золота, меди, тепла земли и др.).

Главные задачи геотехнологов - это поиск и разработка качественных изменений в технологии добычи минерального сырья, обоснование схем и параметров производств, не являющихся простым совершенствованием традиционной технологии. В учебнике "Физико-химическая технология" рассмотрено состояние этого направления и на основе многих исследований намечены основные задачи работ по различным геотехнологическим проблемам. Сейчас они решаются с отраслевых позиций, а это - прежде всего академическая проблема и решать её надо на долговременной основе. На базе комплексной целевой программы "Физико-химическая технология". Сегодня нельзя "прозевать" (т.е. неправильно оценить роль) ФХГ, как мы когда-то "прозевали" кибернетику и генетику. Мы говорим, что сейчас звёздный час физики, химии, биологии. Не меньше оснований говорить о звёздном часе горных наук, без рекомендаций которых самые незаурядные открытия естествознания не могут получить должного применения в горнодобывающих отраслях промышленности, которая не только даёт "хлеб" для всех производств, но и предопределяет возможность существования самого человечества.

Проблемы освоения недр Земли по сложности и трудности, можно сравнить с проблемой проникновения в космос, но сегодня общественное внимание, а, следовательно, и финансирование, не в нашу пользу. В скором времени проблемами минерально-сырьевого комплекса будут заниматься не только исследователи и бизнесмены, но и государственные деятели самого высокого ранга.

Заключение

Основные направления развития горных наук в нашей стране связаны с необходимостью решения задач по обеспечению промышленности и сельского хозяйства минеральным сырьём в условиях неуклонного снижения качества вовлекаемых в эксплуатацию месторождений большинства полезных ископаемых и существенного ухудшения условий их разработки. Это требует создания ряда новых методов: экономической оценки рационального освоения месторождений и комплексного использования минеральных ресурсов по их видам применительно к перспективным географическим регионам; долговременного прогноза структуры сырьевой базы минеральных ресурсов с учётом динамики мощности предприятий, их запасов и кондиций на сырьё; межведомственные организации и управления горным производством. Интенсификация разработки месторождений привела к значительному увеличению глубины горных работ и проведению фундаментальных исследований в области горной геомеханики, опасных проявлений горного давления и горных ударов в глубоких шахтах, рудниках и карьерах, проявления высоких температур (до 300° С) и давлений (свыше 100 МПа) в нефтяных скважинах с созданием новых технических средств скважинной разработки месторождений руд чёрных, цветных и редких металлов, химического сырья.

Ведутся разработки новых физических, химических и биологических методов повышения нефтеотдачи, газоконденсатотдачи и битумоотдачи пластов; методов и технических средств получения жидкого и газообразного топлива из угля, сланцев и битумов в природных условиях их залегания. Сосредоточение добычи полезных ископаемых преимущественно на крупных горных предприятиях выдвинуло проблемы создания научных основ проектирования таких предприятий с сокращением длительности периода их строительства и освоения проектной мощности, технико-экономические оптимизации масштаба горных предприятий, поэтапного развития производственных мощностей на строящихся крупных предприятиях, изыскания новой высокопроизводительной технологии разработки твёрдых полезных ископаемых с применением механизированных и автоматизированных добычных комплексов, методов и технических средств разведки и промышленного освоения запасов твёрдых полезных ископаемых со дна морей и океанов. Для решения таких задач горнодобывающими отраслями народного хозяйства необходимо создание нового оборудования, технических средств комплексной механизации, автоматизации, физико-технического контроля и управления производством.

Одна из главных проблем горных наук - комплексное освоение месторождений и изыскание средств повышения экономической эффективности и полноты использования богатств недр, создание малоотходной технологии с учётом требований экологии. К основным задачам горных наук также относятся: разработка принципиально новых методов эксплуатации нефтяных, газовых, газоконденсатно-нефтяных, битумных и сланцевых, буроугольных, каменноугольных, рудных и нерудных месторождений, повышения степени извлечения из недр полезных компонентов; проблема подземного сжигания углей и других углеводородов с получением энергии и газов; проблема промышленного использования внутреннего тепла Земли; проблема промышленного использования подземных выработанных пространств; исследования по долгосрочной оптимизации освоения минерально-сырьевых ресурсов. Получают развитие исследования по проблеме морских способов добычи полезных ископаемых.

К актуальным проблемам обогащения полезных ископаемых относится изыскание эффективных способов обогащения окисленных железистых кварцитов и труднообогатимых руд цветных и редких металлов.

Горная наука в нашем обществе непрерывно обновляется и развивается. По многим путям она проникает в жизнь, однако можно наметить наиболее характерные области ее применения: учеба, наука, проект, производство. Во-первых, это воспроизводство специалистов: квалифицированных горнорабочих, горных техников, горных инженеров, кандидатов и докторов наук. Во-вторых, это научные исследования по созданию методов решения проблем разработки месторождений полезных ископаемых. В-третьих - это проектная работа по составлению проектов будущих карьеров и шахт. В-четвертых, это производственная работа на горных предприятиях - карьерах и шахтах, где достижения горной науки реализуются на практике.

Литература

1. Старостин, В.И. Игнатов, П.А. Геология полезных ископаемых: Учебник для высшей школы. -М.: Академический проект, 2004. 512 с.

2. Лаверов, Н.П., Трубецкой К.Н. Горные науки в системе наук о Земле. Вестник РАН. Том 66, № 5., 1996. С. 411-418 с.

3. Лаверов, Н.П., Трубецкой К.Н. Горные науки в системе наук о Земле. Вестник РАН. Том 66, № 5., 1996. С. 411-418 с.

4. В.Ж. Аренс. Богатство России - ее люди и недра. РАЕН, М., 2005. 271 с.

5. Арсентьев А.И., Падуков В.А. Беседы о горной науке. Л.:Наука, 1982. 160 с.

6. Агрикола Г. О горном деле и металлургии в двенадцати книгах. М.-Л.:Изд-во АН СССР, 1962.

7. Мельников Н.В. Горные инженеры. М.: Наука, 1974. 214 с. Е.Н.

8. Барбот-де-Марни Е.Н. Разработка месторождений полезных ископаемых открытыми работами. М.-Л.: Горгеонефтеиздат. 1934.

9. Путин В.В. Ресурсы в стратегии развития Российской экономики/ В.В. Путин/ Записки Горного института. СПб. 1999. Т 144 (1). С. 3-9.

Размещено на Allbest.ru

...