Проблемы разработки целостной структуры горных наук и теории горного производства

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Проблемы разработки целостной структуры горных наук и теории горного производства

Р.С. Каренов

Под «горным искусством» ранее понималась система приемов и методов практической деятельности, связанной с разведкой, добычей и переработкой полезных ископаемых. Горное дело -- это область техники и производства, включающая способы и средства трудовой деятельности при разведке, разработке месторождений и первичной переработке любых видов полезных ископаемых, а также при строительстве горных предприятий и подземных сооружений различного назначения.

Как известно, наука возникает под влиянием практической потребности и как способ познания включает три стадии: наблюдения и эксперименты; их обобщение, результаты которого выражаются в создаваемых теориях; практическая проверка истинности обобщений.

Горные науки вышли из практического горного искусства, оформившись в относительно самостоятельную область интеллектуальной деятельности, путем насыщения всех аспектов горного дела научными знаниями. горный добыча ископаемое подземный

В самом кратком определении горная наука -- это система научных знаний о разработке место рождений полезных ископаемых. Как и другие фундаментальные технические науки, она развивается на основе объективно действующих закономерностей. Наиболее важные из них -- дифференциация и интеграция совокупности наук, входящих в общую систему, объединяемую понятием «горная наука».

Подобно общепринятому теперь понятию «геологические науки», становится правомерным и даже необходимым пользоваться понятием «горные науки». Горные науки в их современном состоянии представляют собой обширную систему взаимосвязанных научных знаний о природных условиях, геологической среде, технологических процессах, технике, экономике и управлении извлечением из недр Земли и первичной переработке полезных ископаемых. Эта система научных знаний чрезвычайно многообразная, тесно связана с использованием и развитием большого количества фундаментальных наук, в особенности с физикой твердого тела, механикой и аэродинамикой, термодинамикой, физической химией, математикой, теорией управления, геологическими и экономическими науками.

Важной особенностью горных работ является их непосредственная постоянная связь с текущими и перспективными запросами горного производства, его ускоренным научно-техническим прогрессом, выявлением научно обоснованных решений, оптимальных в социально-экономическом аспекте [1].

Объектами изучения горных наук являются: месторождения твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых, запасы которых разведаны и состоят на государственном учете, и горные породы, вмещающие полезные ископаемые, находящиеся в пределах горных отводов, выделенных горным предприятиям; способы и методы добывания полезных ископаемых и разработки других горных пород (скважинная, открытая, подземная, подводная технология), их обогащения и обработки, а также строительства специальных подземных и наземных сооружений на основе характеристик массивов и месторождений; технические средства добывания, первичной переработки полезных ископаемых и строительства специальных сооружений в связи с технологией горного производства, а также способы их энергообеспечения; способы и средства механизации и автоматизации технологических процессов добычи и переработки полезных ископаемых; методы и технические средства обеспечения безопасности производства горных работ и строительства сооружений; экологические последствия производства горных работ; методы и средства организации и управления горным производством и повышения его экономической эффективности, материальные и трудовые ресурсы горного производства [2].

Отрасли горного производства, наряду с сельским хозяйством, являются начальными и ведущими звеньями в хозяйственном организме страны; они обеспечивают минеральным сырьем более двух третей полезной продукции, потребляемой обществом. В силу этого горные науки немыслимо отрывать от экономики народного хозяйства, экономических и социальных законов общества.

Для всех отраслей горного производства и горных наук характерен многоотраслевой технический и экономический подход к решению научных и производственных задач, комплексный подход к использованию полезных ископаемых в сочетании с минимальным ущербом природе.

Вместе с тем цикл горных наук включает в себя накопленные знания и теоретические решения, специфичные для горных наук и горного производства. Это, прежде всего, методы и теории: физико-технической и химической оценки и характеристики пород массивов и полезных ископаемых, в частности, для целей разработки и переработки; экономической оценки, планирования и организации отраслей горного производства; оценки запасов недр, экономического эффекта разработки и переработки полезных ископаемых, организации горного производства и управления им; маркшейдерско-геодезического обслуживания горных работ и геометризации недр, горного давления, устойчивости массивов и управления состоянием массива горных пород, поддержания горных выработок; вскрытия рабочих горизонтов и систем разработки залежей применительно к подземным, открытым, скважинным и подводным разработкам; сооружения подземных горных выработок различного специального назначения; первичной переработки (обогащения) и обработки добытого природного сырья; проектирования природно-технических комплексов добывающих и перерабатывающих предприятий; конструирования, изготовления и эксплуатации специализированных комплексов горных, транспортных, обрабатывающих и перерабатывающих машин для всех отраслей горного производства; энергообеспечения и энергооборудования; автоматизации горных работ; охраны труда и жизнеобеспечения горнорабочих, охраны окружающей среды от вредного влияния горных работ [2].

Сферы хозяйственной (производственной) деятельности, к которым относятся научные разработки горного профиля: разработка месторождений нефти, битумов и подземных вод; разработка месторождений природного газа и газоконденсатов; строительство подземных сооружений различного назначения, в том числе рудников и шахт; разработка месторождений углей и сланцев; разработка месторождений руд черных металлов; разработка месторождений руд цветных, редких, радиоактивных и драгоценных металлов, россыпей и горнотехнического сырья; разработка месторождений горно-химического сырья; разработка месторождений цементного сырья, месторождений строительных горных пород и декоративного камня; разработка месторождений других видов полезных ископаемых (торф, драгоценные и поделочные камни, соли, ископаемые, содержащиеся в морской воде, и т.п.), массовые строительные (земляные) работы в сфере строительства; горнопромышленная разведка и оценка запасов недр.

Переосмысление горных наук с точки зрения их роли, предмета, целей и задач

В настоящее время происходит переосмысление горных наук с точки зрения их общественной роли, предназначения, предмета, целей и задач. Это явилось следствием того, что общественное бытие и природная среда вошли в такие взаимоотношения, а освоение недр в традиционных формах и масштабах с учетом его последствий приобрело такой характер, когда категория потребления оказалась напрямую связанной с категорией самого существования общества.

В этих условиях горные науки претерпевают эволюцию на пути нахождения своего особого предмета (объекта) исследований в виде системы знаний о закономерностях и методах освоения и сохранения недр Земли; их содержание раскрывается в изучении и обосновании стратегий и технологий, соответствующих указанной цели.

Подобная эволюция имеет реальные предпосылки, выражающиеся прежде всего в расширении использования всего многообразия георесурсов.

На формировании цикла горных наук в значительной мере сказывается их отраслевая направленность. Например, основательно отделились науки, связанные с разработкой нефтяных и газовых месторождений, от наук, связанных с разработкой твердых полезных ископаемых.

Выделились науки, обеспечивающие строительство подземных сооружений, технологию подземных горных работ, открытых горных работ, подводной добычи полезных ископаемых. Издавна самостоятельно развивались науки по обогащению и первичной переработке добытых полезных ископаемых.

Вместе с тем неоспоримо, что увеличивается число областей человеческой деятельности, непосредственно касающихся недр, расширяются масштабы их многообразного освоения. Эти постоянно развивающиеся направления представляют собой, по сути, процесс сохранения недр как источника природных благ и комплексного ресурса удовлетворения общественных потребностей.

В свете указанного перед горными науками встает новый комплекс проблем -- изучение техногенного видоизменения недр и рациональное управление их преобразованием с целью сохранения, т.е. использования в закономерно изменяемом качестве. При этом задачи развития минерально-сырьевого комплекса и горнодобывающей промышленности были и остаются центральными для горных наук. Однако их научное решение теперь должно предполагать рациональное использование в долгосрочной перспективе всего природно-ресурсного потенциала, что явится залогом не только удовлетворения текущих экономических интересов, но и соблюдения нормальных условий самой жизнедеятельности.

Следует подчеркнуть, что в последней четверти ХХ в. и первое десятилетие ХХІ в. человечество столкнулось с качественно новыми глобальными и весьма острыми проблемами в горных работах, обусловленными динамическими и газодинамическими явлениями в виде горных ударов, техногенных землетрясений, внезапных выбросов угля, породы и газа. Особенностью горной промышленности в настоящее время и в будущем является значительное увеличение глубины открытых и подземных горных работ, вызывающей в первую очередь рост горного давления и температуры пород, усложнение природных условий вновь осваиваемых месторождений, и главное -- снижение качества минерального сырья в недрах: обеднение содержания полезных компонентов, повышение содержания вредных примесей, увеличение доли труднообогащаемых полезных ископаемых. Ухудшаются экономико-географические условия промышленного освоения месторождений и экологическая обстановка, особенно в крупных горнопромышленных регионах.

Недра наиболее труднодоступны в сравнении с водной или воздушной средой, ближним космосом. Приобретение большей свободы в отношении освоения недр, управления ими требует от человечества значительно больших усилий, знаний, практического умения и ресурсов.

Можно сказать, что уровень развития цивилизации соответствует возможностям, какими обладает общество для безопасного для себя и экономически эффективного освоения недр.

Всеми разделяется убеждение о том, что человеческая деятельность, направленная на преобразование Земли, в том числе и освоение недр, стала соизмерима по масштабам и последствиям с геологическими процессами, а по «глобальной интенсивности», т.е. интенсивности, проявляющейся повсеместно, превосходит геологическую силу. Вполне очевидно, что вне сферы освоения недр, познанием законов которых призваны заниматься горные науки, ответить на вопрос «что есть планета Земля?» не представляется возможным, как и невозможно решить проблемы устойчивого общественного развития [3].

Сегодня наиболее сопряженными с горными науками являются науки геологические. Для одних и других предмет научного познания -- это Земля, ее недра. Геологическими науками недра рассматриваются под углом зрения геологических процессов, в разрезе геологического времени, горными -- под углом зрения техногенных процессов вторжения в недра, в разрезе исторического времени, однако всегда во взаимосвязи с геологическими процессами, учитывая их разнообразные характеристики.

Важно подчеркнуть и то, что горные науки впитали в себя в процессе своего формирования результаты значительного числа наук в различных отраслях знаний и именно поэтому являются междисциплинарными. Их нельзя рассматривать как «концевые» части математики, физики, химии, геологии. Горные науки переплавили многие научные компоненты в качественно новые знания, обладающие потенциалом саморазвития.

Следует также отметить то, что все горные науки равнозначны. Среди них нет отличающихся, например, большей фундаментальностью или большей технологичностью, как нет и не может быть в природе или горнотехнических системах, отвечающих функциональному назначению, элементов большей или меньшей значимости.

Отсюда следует, что единственный принцип, который может быть положен в основу систематизации горных наук, служащий одновременно гарантией ее достоверности, выражается в том, чтобы построение системы наук соответствовало логике процессов освоения и сохранения недр и управления этими процессами.

Научное обобщение работ по систематизации горных наук

Со второй половины ХХ в. по настоящее время качественно новый уровень задач, поставленных перед горной наукой, обусловил появление новых направлений в ее развитии. К ним можно отнести разработку научно обоснованных технологических схем и параметров карьерного горного и транспортного оборудования непрерывного действия; изыскание методов интенсификации буровых работ и методов существенного повышения КПД взрыва при взрывном дроблении горных пород; создание новых форм организации труда в условиях интенсифицированного производства на открытых и подземных работах; решение проблем комплексной механизации и автоматизации очистных работ, в частности, самоходного оборудования при подземной разработке полезных ископаемых; создание новых систем разработки и способов вскрытия рудных месторождений; решение специфических проблем, порождаемых переходом рабочих горизонтов на большие глубины разработки (проблемы горного давления, вентиляции, борьбы с внезапными выбросами угля, газа и горных ударов, кондиционирования рудничной атмосферы, подземного транспорта и др.); разработка комплексной проблемы «шахта будущего».

Опираясь на особенности развития горной науки, попытку предложить классификацию горных наук сделал первым акад. Н.В.Мельников. В 60-е годы прошлого столетия им были обобщены результаты исследований в области поточной технологии открытой разработки скальных пород и руд. Этим было положено начало развитию идей поточной технологии разработки на карьерах. Исследованиями последних лет полностью доказаны актуальность и перспективность циклично-поточной технологии при разработке месторождений в самых различных горно-геологических условиях. Такая технология, реализуемая с использованием горных машин большой единичной мощности, обеспечивает значительное повышение производительности труда, снижение себестоимости добычи полезного ископаемого и расширение границ применения открытых разработок.

В 80-е годы ХХ в. академик В.В.Ржевский предложил следующую структуру комплекса горных работ (табл. 1).

Таблица 1

Примечание. Источник -- данные работы [2].

По мнению В.В.Ржевского, современный состав цикла горных наук должен включать в себя: прикладные геологические дисциплины (непосредственно обслуживающие горное дело), которые можно объединить наименованием «Горнопромышленная геология». К ним примыкают научные дисциплины собственно горных наук: маркшейдерия, геометрия недр; прикладные науки, обеспечивающие использование достижений естественных наук, прежде всего физики и химии, для всех отраслей горного производства. Их можно объединить под общим наименованием «Физические процессы горного производства» или «Физика и химия горных работ»; экологию горного производства; прикладные науки, обеспечивающие связь экономики народного хозяйства с отраслевой и производственной экономикой и с проблемами организации и управления горным производством, которые в целом можно именовать «Экономика и управление горного производства»; научные дисциплины, обеспечивающие специфическую связь горного производства со сферой строительства в целом, дающие основания и научные решения для горно-строительных работ различного назначения. Их можно именовать «Строительная геотехнология»; цикл научных дисциплин, обеспечивающих технический прогресс в области скважинных методов разработки месторождений полезных ископаемых -- нефти, природного газа, термальных, минеральных и бытовых вод, включая скважинные методы добычи твердых полезных ископаемых. Общее наименование этого цикла может быть «Скважинная геотехнология»; цикл научных дисциплин, обеспечивающих технический прогресс открытых горных разработок месторождений всех видов полезных ископаемых (в том числе нефти и ее производных), их технологии, комплексной механизации, электрификации, автоматизации и проектирования комплексов, в том числе массовых земляных работ. Его общее наименование -- «Открытая геотехнология»; цикл научных дисциплин, обеспечивающих технический прогресс подземной добычи всех видов полезных ископаемых (в том числе нефти и ее производных), -- их технологии, комплексной механизации, электрификации, автоматизации и проектирования комплексов. Этот цикл научных дисциплин может объединяться наименованием «Подземная геотехнология»; научные дисциплины, обеспечивающие технический прогресс технологии и техники использования и производства горных работ для добычи полезных ископаемых со дна естественных и искусственных водоемов, а также со дна морей и океанов с общим названием «Гидромеханизированная и подводная геотехнология». К ним примыкает наука о производстве горных работ на суше гидравлическими методами; цикл научных дисциплин, обеспечивающих прогресс различных способов и технических средств обогащения и первичной переработки добываемых полезных ископаемых. Их наименование.-- «Обогащение полезных ископаемых», или более широкое для всех видов полезных ископаемых -- «Технология первичной переработки и обработки минерального сырья».

Как считает В.В.Ржевский [2], по аналогии с наименованиями «География», «Геология», «Геохимия», целесообразно всему циклу горных наук дать наименование «Геотехнология».

Значительный вклад в систематизацию горных наук внес акад. М.И.Агошков. Крупным достижением горной науки является выполненная под его руководством работа по технико-экономической оценке полноты извлечения полезных ископаемых из недр и изложенная в монографиях «Технико-экономическая оценка извлечения полезных ископаемых из недр» (М.: Недра, 1974), «Развитие идей и практики комплексного освоения недр» (М.: ИПКОН АН СССР, 1982).

В результате исследований получили научно обоснованные решения вопросы определения и учета полноты и качества извлечения запасов из недр, даны методология и практические примеры соизмерения народнохозяйственного эффекта использования месторождений с различной технологией разработки. Рекомендованы новые показатели полноты и качества извлечения полезных ископаемых из недр, создана новая классификация потерь полезных ископаемых, разработаны способы достоверного определения потерь для различных горно-геологических условий. Предложена методика оценки экономических последствий потерь при добыче полезных ископаемых, основанная на критерии экономической эффективности использования запасов месторождений. Созданная методика и показатели широко используются сейчас в производственной практике, в научно-исследовательской и педагогической работе; в горной промышленности получен огромный экономический эффект.

По мнению этих трех ученых (Н.В.Мельникова, В.В.Ржевского и М.И.Агошкова), горные науки, независимо от их трактовки, следует понимать как обоснование технических решений при освоении месторождений полезных ископаемых с учетом экономических критериев в рамках возникающих потребностей или директивных заданий (табл. 2).

Таблица 2

Примечание. Источник -- данные работы [3; 5].

Обобщая исследования этих крупных ученых, бюро Отделения геологии, геофизики, геохимии и горных наук Российской Академии наук (РАН) утвердило новую Классификацию горных наук (М.: Издательство РАН, 1997). В основу предложенной Классификации горных наук, которая становится основой методической базы при проведении исследований во всех областях горных наук, в учебно-педагогическом процессе, при разработке проектных и нормативных материалов, положено «современное понимание горных наук в виде системы знаний о закономерностях и методах освоения и сохранения недр Земли». Предметом горных наук являются недра, целью -- получение новых знаний об управлении состоянием и изменением функций недр при комплексном и экологически безопасном их освоении и сохранении.

Классификацией предусматривается четыре группы горных наук [4].

1. Горное недроведение включает горнопромышленную геологию, геометрию и квалиметрию недр, геомеханику, разрушение горных пород, рудничную аэрогазодинамику, горную теплофизику.

2. Горная системология объединяет теорию проектирования освоения недр, экономику освоения георесурсов, горную экологию, горную информатику.

3. Геотехнология представлена физико-технической геотехнологией, физико-химической геотехнологией, строительной геотехнологией, геотехникой.

4. Обогащение полезных ископаемых. Эта группа состоит из технологической минералогии, дезинтеграции и подготовки минерального сырья к обогащению, физических и химических процессов разделения, концентрации и переработки минералов, физических и химических процессов извлечения полезных компонентов из природных и техногенных вод.

В разработанной Классификации горные науки, которые объединены в группу «Горное недроведение», включают исследования свойств пород, горных массивов, георесурсов и недр в целом -- как средоточия различных, находящихся во взаимосвязи друг с другом, природных и искусственно создаваемых образований. Их исследование осуществляется с точки зрения изменения свойств, т.е. качества георесурсов (разнообразия аномалий, масштабов и интенсивности их проявлений, пространственной локализации, сочетания, агрегатного состояния, экономических параметров и др.) под действием техногенных преобразований.

«Горная системология» включает в себя горные науки, изучающие закономерности развития и методы установления параметров геосистем и управления их функционированием в связи с последствиями освоения недр для общества и природы.

Горные науки группы «Геотехнология» -- науки об извлечении полезных ископаемых из недр, предметом которых являются технологические процессы, технические средства, технологии, способы и горные объекты, позволяющие извлечь георесурсы из недр или использовать георесурсы тех видов, утилизация которых не предполагает их извлечение (например, подземные полости).

«Обогащение полезных ископаемых» -- науки об извлечении ценных компонентов из минерального сырья, предметом которых является 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.

В связи с разделением горных наук на четыре группы были созданы идейные и организационные начала для становления нового мировоззрения в освоении недр, в научных исследованиях, подготовке и аттестации горных специалистов, обеспечении георесурсами настоящего и будущих поколений.

Проблемы интеграции наук о Земле с минерально-сырьевым и горно-металлургическим комплексами

Минерально-сырьевые ресурсы -- естественные производительные силы, составляющие материальную базу современного общества. Чем быстрее развивается материальная база, тем более значимы успехи в области развития производительных сил государства.

Благодаря усилиям ученых и специалистов в решении комплексных научно-технических проблем по развитию минерально-сырьевой базы страны, а также ускоренному и рациональному ее освоению на территории Казахстана были открыты и разведаны сотни месторождений полезных ископаемых. В районах месторождений построены города с крупными горно-металлургическими и научно-исследовательскими центрами. За последние годы на базе новых месторождений в стране созданы новые виды горно-металлургической промышленности: ниобиевая, титановая, урановая, бериллиевая, борная, германиевая, редкоземельная, циркониевая, титано-магниевая и т.д. В результате интеграции усилий геологов, горняков, технологов, экономистов наша страна была полностью и на длительный срок обеспечена собственными разведанными запасами разнообразного минерального сырья.

Дополнительно к таким классическим направлениям в науке, как минералогия, стратиграфия, возникли новые самостоятельные области знания -- геофизика и геохимия. Практическая геофизика быстро вошла в методику геологических поисков и разведки полезных ископаемых, оценки их качества и количества в недрах. В настоящее время геофизические методы являются мощным научно-техническим средством для изучения физических полей и глубинного зондирования структур земной коры, разведки месторождений полезных ископаемых.

Большой вклад в решение комплексных научно-технических проблем развития минерально-сырьевого и горнопромышленного комплексов внесла геохимия. Без развития геохимии невозможно было бы эффективно выполнять поиск, разведку, добычу и комплексную переработку минерального сырья. В настоящее время практически все химические элементы, включая радиоактивные, используются в промышленном и сельскохозяйственном производстве.

На современном этапе горная наука обязана на основе использования и переработки достижений фундаментальных наук и собственных результатов обеспечить коренной прогресс горной технологии, техники и экономики. Задачей является быстрое и широкое внедрение результатов научных исследований в горное производство, разработка технологических систем, обеспечивающих наиболее полное извлечение полезных ископаемых из недр, комплексное использование добытых ископаемых, совершенствование горных машин и механизмов, дальнейшее развитие электрификации и автоматизации горных работ, существенный рост производительности труда. Важной задачей горной науки является обеспечение дальнейшего прогресса экономики, организации и управления горной промышленностью.

При решении вопросов техники и технологии разработки месторождений полезных ископаемых возникает дилемма. С одной стороны, в условиях рыночной экономики целесообразно в более короткие сроки вынуть из недр наиболее эффективные в экономическом отношении полезные ископаемые. С другой стороны, необходимость рационального использования невозобновляемых минеральных ресурсов требует обеспечить полноту извлечения из недр созданных природой минеральных ресурсов, а также промышленную и экологическую безопасность труда на горных работах. С этой целью в горной промышленности при подземной разработке месторождений нашел применение метод выемки с заполнением выработанного пространства твердеющей закладкой. Разработка месторождений по данному методу позволяет повысить извлечение запасов из недр, а также обеспечить безопасность при ведении горных работ. Вместе с тем твердеющая закладка дорога и ее применение приводит к увеличению себестоимости конечной продукции. Однако этой ситуации можно избежать, если все процессы, связанные с закладкой, будут механизированы или в качестве закладочного материала будут использованы хвосты обогащения.

В последние годы на территории Казахстана разведано значительное число месторождений мирового класса. А освоение месторождений мирового класса требует миллиардных затрат, длительного срока строительства горно-обогатительного комплекса, а также соответствующей инфраструктуры. Естественно, сырьевая база таких комплексов должна быть оценена с высокой степенью достоверности, обеспечивающей принятие в технических проектах оптимальных проектных решений по эффективной комплексной их разработке и комплексной переработке минерального сырья. Открытие, разведка и глубокое всестороннее изучение таких месторождений -- процесс длительный и дорогостоящий, базирующийся на достижениях научно-технического прогресса наук о Земле.

Разумеется, минерально-сырьевая база представлена не только месторождениями мирового класса. В ряде регионов Казахстана разведано немало месторождений среднего размера и даже мелких (золото, редкие металлы, полиметаллы, медь и т.д.). Как правило, месторождения такого класса

-- сложноструктурные, их разведка, оценка и разработка нередко требуют немалых затрат, применения малоэффективных систем разработки, что не способствует их своевременному промышленному освоению. Вместе с тем в США, Канаде, Австралии объем добычи золота в последние годы был увеличен в основном за счет мелких месторождений, разработка которых осуществляется открытым способом, а переработка руд -- методом кучного выщелачивания.

Методы подземного выщелачивания, особенно верхних горизонтов, в указанных странах широко используются для отработки мелких месторождений комплексных золотосодержащих, медноколчеданных и полиметаллических руд. Получаемая из таких месторождений продукция конкурентоспособна на мировом рынке.

Высококонкурентный технический проект комплексного промышленного освоения месторождения позволяет в полном объеме использовать минерально-сырьевой потенциал оцененных запасов основных и попутных компонентов и полезных ископаемых, производить конкурентоспособную конечную продукцию, пользующуюся спросом на рынке. Широкое использование в странах с развитой рыночной экономикой достижений научно-технического прогресса при разведке и разработке месторождений, в частности, кучного или подземного выщелачивания, высокомеханизированных и автоматизированных систем открытой и подземной разработки позволяет с достаточно высокой эффективностью отрабатывать золоторудные месторождения с содержанием золота 1-2 г/т.

В странах с рыночной экономикой разведуют только конкурентоспособные месторождения, полезные ископаемые которых пользуются спросом на мировом рынке. Сама разведка месторождений должна быть комплексной, достоверно оценивающей не только количество, качество и условия залегания полезного ископаемого, но и горнотехнические, инженерно-геологические, гидрогеологические, экологические и экономические условия его разработки, а также вещественный состав руд и получаемых из них концентратов, баланс распределения основных и попутных полезных и вредных компонентов в руде и концентратах. При этом следует учитывать то обстоятельство, что комплексное использование минерального сырья упрощает оценку экономического потенциала месторождения и расширяет промышленную его значимость.

В последнее время важнейшим достижением горной науки явилось значительное расширение масштабов горных предприятий в различных географо-экономических и климатических районах страны, позволяющих применять современную технологию горных работ на базе высокой механизации и автоматизации. При этом прогрессивные тенденции увеличения мощности как подземных рудников, так и карьеров сдерживаются рядом трудностей организационного и технического характера, обусловленных главным образом ростом глубины горных работ.

Уместно отметить, что, например, в Канаде разработка руд достигла глубины 2 км, в США -- 3 км, в Индии -- 3,5 км, в ЮАР -- свыше 4 км. Рост глубины разработки полезных ископаемых, интенсификация их выемки способствуют возникновению повышенных напряжений и разрушению части массива горных пород вблизи горных выработок (техногенных пустот), что в конце концов приводит к горным ударам. Поэтому решение проблемы разработки месторождений на больших глубинах требует прежде всего достоверной количественной оценки величины природного поля напряжений горного массива на соответствующих глубинах ведения горнодобычных работ.

Переработка руд черных и цветных металлов сопровождается в настоящее время уменьшением содержания в них рудообразующих компонентов, что приводит к снижению технико-экономических показателей работы обогатительных фабрик. В настоящее время не разработаны методики и нормативно-техническая база для эффективного проведения контроля за охраной недр при переработке минерального сырья.

Обобщенные данные о потерях металлов на разных стадиях технологического процесса разработки месторождений и переработки минерального сырья говорят о том, что более 50 % из них приходится на потери при обогащении руд. Вместе с тем, по оценке специалистов [5], потери при обогащении руд, в частности цветных металлов, могут быть существенно сокращены при условии рационального использования совокупности новых технологических решений по управлению качеством руд и рудоподготовке, совершенствованию технологических режимов обогащения и оптимизации расхода реагентов по ионному составу пульпы, применению комбинированных схем комплексной переработки минерального сырья.

Анализ технико-экономических показателей работы горно-обогатительных и горно-металлургических комплексов свидетельствует о том, что большая часть потерь металлов является следствием неудовлетворительной подготовки и оценки месторождений для комплексной их разработки и комплексной переработки рудного сырья. Это обусловлено несовершенством методов и технологических средств разведки, невысоким качеством изучения вещественного состава, баланса распределения рудообразующих компонентов по формам их нахождения, технологии комплексной переработки минерального сырья.

В ближайшем будущем технический и социальный прогресс общества потребует дальнейшего роста производительных сил, что выдвигает на передний план новые задачи перед науками о Земле.

Систематизация остовных задач, стоящих перед горными науками та современном этапе

Рассмотрим ряд актуальных задач, стоящих перед горными науками на современном этапе.

1. Повышение производительности труда

В настоящее время производительность труда на горных предприятиях Республики Казахстан еще не достигла уровня передовых стран Запада (США, Англии, Швеции), что часто объясняют несовершенством используемой отечественной техники. На самом деле, главной причиной являются сложные горно-геологические условия разработки месторождений. Это выражается в большой глубине разработки (800 м и более), значительном горном давлении и развитой тектонике, в сложном характере залегания полезного ископаемого, высоком уровне газовыделения, геодинамической активности, наличии агрессивных вод и т.д.

Особенно наглядно это проявляется в угольной промышленности, где объективными факторами производительности труда являются горно-геологические условия месторождения, техника и технология производства, квалификация труда работающих, организация производства и труда.

Горно-геологические условия месторождения характеризуют свойства главного предмета труда угольного производства. Обстоятельствами этого фактора являются: марка, средняя плотность и крепость угля; структура, мощность, угол падения, газообильность, пыльность пласта, склонность его к самовозгоранию, к внезапным выбросам угля и газа; крепость и температура горных пород и склонность их к горным ударам; нарушенность, обводненность и размеры запасов месторождения.

На современном уровне научно-технического прогресса величина производительности труда рабочего по добыче угля пока еще предопределяется главным образом горно-геологическими условиями, как при подземном, так и при открытом способе добычи. Это связано с тем, что большинство обстоятельств горно-геологического фактора производительности труда при данных технике и технологии производства оказывает существенное (непосредственное и косвенное) влияние на трудоемкость большинства процессов угледобычи и, следовательно, на производительность труда рабочего по добыче угля. И вместе с тем часть горно-геологических условий оказывает влияние на выбор способов добычи угля (подземный или открытый) и при данном способе -- на выбор техники и технологии производства.

Обстоятельства горно-геологического фактора не являются постоянными не только в пространственном (различные бассейны, различные месторождения, различные участки одного и того же месторождения), но и во временном аспекте. Изменчивость обстоятельств горно-геологического фактора обусловлена не только различием данных самой природой свойств, но также техникой и технологией производства, поскольку реакция предмета труда с данными его природными свойствами различна при различных орудиях воздействия на него в процессе труда для достижения одной и той же цели.

Обстоятельства горно-геологического фактора изменяются в целом в направлении, снижающем производительную силу труда. Темпы и степень изменения неодинаковы, если их рассматривать в масштабе страны, бассейна, месторождения; наибольшие изменения за равный промежуток времени возможны в масштабе конкретной шахты.

Изменить обстоятельства горно-геологического фактора в направлении, повышающем производительную силу труда, можно лишь негативным путем, т.е. путем отказа от разработки отдельных пластов, части запасов шахтного поля, целых месторождений с неблагоприятными горно-геологическими условиями.

В отношении целых месторождений такой путь может оказаться экономически целесообразным и возможным в аспекте народнохозяйственной эффективности производства вообще и эффективности живого труда в частности. Условием этого является возможность замены угля иным, более дешевым видом энергии и сырья для тех или иных отраслей промышленности.

В отношении уже действующих шахт этот путь является негативным: за временное улучшение (преимущественная отработка участков пласта и целых пластов с наиболее благоприятными условиями) приходится «расплачиваться» последующим, гораздо более длительным ухудшением производственных и экономических показателей.

Из отмеченных особенностей обстоятельств горно-геологического фактора следует, что для обеспечения неуклонного роста производительности труда при любом способе добычи угля важное значение имеет своевременное, постоянное, как можно более полное изучение известных и вновь появляющихся обстоятельств этого фактора и количественная оценка их влияния на трудоемкость процессов угледобычи. Следует подчеркнуть, что соответствующее познание и учет изменяющихся обстоятельств горно-геологического фактора требуется не только в процессе производственной деятельности, но и при проектировании угледобывающих предприятий [6; 9].

Техника и технология в производственном процессе добычи угля являются теми обстоятельствами производительной силы труда, прогрессивное развитие которых обеспечивает рост технической вооруженности труда и является решающим условием повышения его производительной силы.

Более сложные проблемы возникают при разработке уникальных залежей цветных металлов, алмазов, богатой железной руды на больших глубинах, где проявляются горные удары и выбросы, возрастают газовыделение и температура. Единственный путь безопасной и эффективной работы -- постоянное согласование систем вскрытия и отработки следующих по глубине горизонтов (этажей) с усложняющимися горно-геологическими условиями. Это особенно необходимо при планах повторной отработки залежей, продлении срока службы подземных рудников. Горняки слабо обеспечены объективными геологоразведочными и геофизическими данными о состоянии пород и возможных геодинамических процессах и явлениях на больших глубинах. Необходимо выдвинуть новые требования к уровню и объему первичных знаний о месторождении полезных ископаемых, предоставляемых геологами. При этом следует не забывать, что именно горное дело дает истинные многофакторные данные с глубин, чем постоянно качественно и количественно обновляет представления геологов о земных недрах. Все это, несомненно, позволит компенсировать негативное влияние сложных горно-геологических условий при разработке месторождений.

2. Создание надежной горной техники нового уровня

В рыночной конкуренции нельзя победить только путем масштабного обновления идейно-устаревшего оборудования и машин, нужно широко внедрять высокопроизводительную технику нового уровня.

Генеральной задачей является вывод людей из очистных и подготовительных забоев, ликвидация ручного труда, создание комфортных и безопасных условий на рабочем месте. Необходим переход от отдельной машины к единому технологическому комплексу, объединяющему в себе как производственные операции, так и вопросы жизнеобеспечения и экологии. При этом создание новой техники должно рассматриваться комплексно: повышая удельную производительность добычного комплекса, необходимо во столько же увеличивать мощность транспорта, вентиляции и других обслуживающих систем.

Важной характеристикой горных машин является не только их производительность, но и энергоемкость разрушения породного массива, а также селективность отделения от него горных пород.

Обобщение практики работы угольной отрасли показывает, что на отечественных шахтах есть опыт работы очистных забоев с нагрузкой до 1,5 млн. т угля в год; Эти достижения передовиков производства -- рекордсменов базировались на «выжимании» из техники всего, что она может кратковременно обеспечить, т.е. на предельных технических характеристиках и режимах работы оборудования, что приводило к частым его отказам, высокой аварийности, преждевременному износу и выходу из строя, несмотря на изготовление машин повышенной надежности (по спецзаказу). Поэтому для внедрения на отечественных шахтах высокопроизводительных очистных забоев следует ориентироваться на зарубежный опыт. Дело в том, что показатели работы комплексно-механизированных высокопроизводительных очистных забоев (КМЗ) в таких угледобывающих странах, как США, Германия, Польша, Великобритания и Китай постоянно улучшаются, в том числе за счет повышения концентрации и интенсификации очистных работ с обеспечением высокой степени безопасности их ведения.

Уровень концентрации очистных работ оценивается суточной нагрузкой на забой (т/сут.), а уровень интенсификации -- интенсивностью нагрузки на забой (т/сут. м2), равной произведению суточного подвигания забоя на объемный вес добываемого угля или горной массы.

В последние годы наибольшие успехи в совершенствовании технологии, техники и организации ведения очистных работ достигнуты в США.

Американцы впервые в мировой практике десятилетним успешным опытом доказали, что когда имеешь дело с природными условиями, следует, вопреки сложившейся в европейских странах практике проектирования и не считаясь с высокими капитальными затратами, создать мощное по энерговооруженности, высокопроизводительное и надежное оборудование для очистного забоя, которое не подвержено было бы непредвиденным случайностям (переход тектонических нарушений, вывалы породы из кровли и дp.) или компенсировало бы затраты времени на их преодоление. Исключительно благодаря созданию такого оборудования в США достигли небывалых в мировой практике результатов.