Проблемы разработки целостной структуры горных наук и теории горного производства

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.

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: физико­технической 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 гор­нохимического 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 минерально­сырьевого 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, гео-
логии. 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.

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 «Технико­экономическая 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).

Тадлица 2

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 учебно­педагогическом 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 недрове- дение», 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, берил- лиевая, борная, германиевая, редкоземельная, циркониевая, титано-магниевая и т.д. В результате ин- теграции 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 научно­техническим средством для изучения физических полей и глубинного зондирования структур земной коры, разведки месторождений полезных ископаемых.

Большой вклад в решение комплексных научно-технических проблем развития минерально­сырьевого 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 горно­металлургических 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 остовтых задач, стоящих перед гортыми тауками та совреметтом 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 горно­геологическими 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 горно­геологических условий при разработке месторождений.

2. Создание надежной горной техники нового уровня

В рыночной конкуренции нельзя победить только путем масштабного обновления идейно­устаревшего 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.

Организация очистных работ обеспечивает: коэффициент машинного времени по выемке в среднем 0,56-0,6, а в ряде КМЗ — 0,8-0,9; режим работы КМЗ — от 19 смен в неделю (6x3+1) до 4(4x1) с длительностью смен 8-10 часов.

На шахтах США особенностью новой техники является наличие огромных резервов энерговоо­руженности, производительности и надежности во всех звеньях производственного процесса — от очистного забоя до поверхности, что обеспечивает безотказную и безаварийную ее работу.

Можно выделить четыре основные составляющие такого выдающегося результата:

-    особо благоприятные горно-геологические условия разрабатываемых месторождений в отно­шении мощности, нарушенности, углов падения и глубины залегания пластов, прочности вме­щающих пород и количества выделяемого метана;

-    самый высокий в мире уровень энерговооруженности, производительности, надежности и ре­сурса применяемого оборудования;

-    отсутствие ограничений в работе механизированного комплекса по причине инфраструктуры транспортных и вентиляционных выработок выемочного участка и шахты в целом;

-    минимальное число лав на шахте — 1 лава на 75 % шахт и 2 лавы на 12-13 % шахт, что позво­ляет в наибольшей степени реализовать технический потенциал механизированных комплек­сов.

По энерговооруженности и ряду других важных технических параметров зарубежные машины (США, ФРГ) намного превосходят отечественные, не только применяемые, но и создаваемые в на­стоящее время. Объясняется это тем, что задача механизированного комплекса или отдельных в его составе машин, которые были бы рассчитаны на стабильную и долговременную добычу из одного очистного забоя 7-10 тыс. т угля в сутки, до последнего времени перед отраслью практически не ста­вилась. Поэтому ни проектные, ни машиностроительные организации к ее решению оказались не подготовлены.

По мнению немецких специалистов, для повышения нагрузки на забой в течение 10 лет необхо­димо добиться большей концентрации очистных работ (в 2 раза), решительно переходить к выемке обратным ходом и разработать предложения по обеспечению соответствия технологии и техники тя­желым горно-геологическим условиям. В том числе по комбайновым комплексам повысить общую энерговооруженность комбайнов в 1,5—1,6 раза, с повышением скорости подачи до 15 м/мин. По за­бойным конвейерам необходимо перейти на став шириной 1000-1200 мм вместо 880 мм, повысив мощность привода до 2,4 тыс. кВт и скорость цепи с 1,43 м/сек. до 1,93 м/сек.

По механизированной крепи — повысить несущую способность в 1,25-1,75 раза, по перегружа­телю — увеличить ширину става с 880 мм до 1200-1400 мм и повысить скорость цепи с 1,93 м/сек. до 2,5 м/сек, по ленточному конвейеру — увеличить ширину ленты с 1200 мм до 1400 мм и повысить скорость ленты с 2,5-3,3 м/сек. до 3,3-4 м/сек [7].

В будущем для повышения технического уровня очистных работ до мирового следует осущест­вить специальные меры, такие как:

• применение высокопроизводительного и надежного оборудования, ориентированного на дли­ну очистных забоев до 250-300 м и суточные нагрузки до 5-8 тыс. т и рациональные техноло­гические схемы, обеспечивающие достижение высоких показателей и кратное снижение тру­дозатрат на концевых операциях;
• перестройка горного хозяйства шахт, обеспечивающая увеличение размеров выемочных по­лей до 1500-2000 м и более, повышение сечений выработок для свободного размещения обо­рудования и пропуска необходимого количества воздуха для эффективного проветривания за­боев, безаварийную работу транспорта;
• отказ от разработки угольных пластов со сложными условиями залегания; концентрация очи­стных работ, обеспечивающая переход на технологические схемы «лава-шахта» или «лава- пласт», с тем чтобы количество действующих очистных забоев не превышало одного-трех за­боев;
• своевременное воспроизводство очистного фронта на основе совершенствования технологии горно-подготовительных работ с широким внедрением анкерного крепления и высокопроиз­водительного проходческого оборудования.

Для дальнейшей интенсификации очистных работ угольных шахт настоятельно требуется за­вершение работ по повышению надежности горношахтного оборудования и комплекса работ по дис­танционному и автоматизированному, в том числе с применением робототехнических систем, управ­
лению механизированными крепями, выемочными и доставочными машинами. Переход на дистан­ционное или автоматизированное управление способствует повышению коэффициента машинного времени работы выемочных машин, так как при этом существенно возрастает скорость крепления очистного забоя, являющаяся главным ограничителем рабочей скорости подачи выемочной машины (табл. 3).

Таблица 3

Примечание. Источник — данные работы [7].

Таким образом, при автоматизированном управлении механизированными комплексами воз­можно реально повысить интенсивность выемки в 3-4 раза, что существенно для высокопроизводи­тельной работы очистных забоев.

3. Снижение влияния усложняющихся горно-геологических условий на технологию горных работ и эффективное использование техники

В перспективе особенности производственного процесса добычи угля подземным способом пре­допределяют как постоянную генеральную линию развития угледобычи вообще и главное направле­ние решения проблемы роста производительности труда в частности — всемерное повышение техни­ческой вооруженности труда. Оно означает необходимость непрерывного технического совершенст­вования угольных шахт с темпами, обеспечивающими рост производительности труда, превышаю­щий неблагоприятное влияние на нее изменения обстоятельств горно-геологического фактора. Разу­меется, что при этом должны осуществляться все необходимые меры по обеспечению соответствую­щего уровня квалификации труда работающих, организации производства и труда, совершенствова­ния стимулов к труду.

Кроме того, нужно иметь в виду и то, что повышение производительности труда и безопасности горных работ возможно лишь при благоприятной геомеханической, газо- и гидрогеологической си­туации, выражающейся в устойчивости горных выработок и выработанного пространства, возможно­сти поддержания общего равновесного состояния в пределах геотехнического пространства недр, в прогнозируемости опасных горно-геологических явлений. В теории о горном давлении и управлении напряженно-деформированным состоянием породного массива необходим новый подход, позволяю­щий устранить или свести к минимуму концентрацию напряжений в районе ведения горных работ, снизить способности приконтурного массива к накоплению больших запасов потенциальной энергии упругого деформирования. Тогда в сочетании с технологическими будут решены многие вопросы по долговременному сохранению подготовительных и капитальных выработок, предотвращению опас­ных проявлений горного давления и геодинамических явлений, сохранению инженерных и природ­ных объектов на земной поверхности.

Здесь очень важна роль физики и механики горных пород — составной части горных наук, на базе которой можно активно внедряться в технологии управления горным давлением и предотвраще­ния горно-геодинамических явлений путем изменения свойств и деформирования массива, замедле­ния процесса разрушения пород вблизи выработок, использования эффектов памяти пород и т.д. Раз­вивая экспериментальную геомеханику, можно будет подойти к центральному вопросу — управле­нию процессами в недрах Земли.

4. Широкомасштабное внедрение информационных технологий во все области горного дела

Составной частью экспериментальной геомеханики и горных технологий становится геокон­троль, в задачу которого входят долговременная и оперативная оценка влияния объекта на окружаю­щую среду, воздействия природных явлений на эксплуатацию объекта, влияния деятельности челове­ка на работу объекта. При этом все большее внимание будет уделяться прогнозу отдаленных послед­ствий и установлению условий исключения катастрофических последствий инженерной деятельно­сти при освоении недр.

Новый уровень геоинформационного обеспечения производства должен дать возможность ре­шать задачи раннего обнаружения и предупреждения опасных явлений, оценки соответствия пара­метров состояния объектов разработки проекту, заблаговременного выявления различных видов не­однородностей в геотехническом пространстве, автоматизации управления горной техникой.

Для решения проблемы управления геомеханическими процессами в масштабах горного пред­приятия или региона необходима программа разработки и использования систем автоматизированно­го информационно-измерительного мониторинга, которые открывают возможности для оценки уров­ня сейсмической активности и величин деформируемости в толще породного массива в пределах от­рабатываемого месторождения или шахтного поля.

Опыт использования сейсмических, наклономерных и геодезических станций уже показал целе­сообразность выявления зональности напряженно-деформированного состояния и направления пере­распределений в геотехническом пространстве под действием горных работ, зарождения сдвижений и опускания приповерхностных толщ, формирования техногенных динамических явлений. На основе этой информации своевременно корректируется развитие очистных работ, определяется направле­ние проведения капитальных и подготовительных выработок, предлагаются способы разгрузки или упрочнения участков массива, выбираются режимы отработки месторождения.

При меньшем масштабе охвата геотехнического пространства недр автоматизированные систе­мы геоконтроля прогнозируют вероятность подготовки и развития опасного горно-геологического явления при планируемом порядке развития горных работ, проводят слежение за активностью разви­тия опасных событий, сигнализируют об опасной (аварийной) ситуации, определяют ресурс устойчи­вого состояния объекта [8].

В ближайшем будущем все работы в этом направлении должны объединяться в системах общего информационного мониторинга о недрах, воде, воздушной среде горных предприятий.

5. Создание экологически чистых технологий и способов утилизации отходов производства

В последнее время критики горнодобывающего комплекса в Казахстане говорят об экологиче­ском ущербе, уже нанесенном окружающей среде в геопромышленных регионах. К отрицательным тенденциям относятся прогрессирующий рост отходов горного производства, наличие опасных неза­крепленных подземных пустот, развивающиеся нарушения на земной поверхности и др.

Значительную проблему представляют откачиваемые воды горных предприятий. При этом уже многим понятно, что водоочистку на горных предприятиях следует вести не только стационарными методами на поверхности, но и под землей, где ведутся горные работы и имеется потребность как в удалении воды, так и в использовании ее в качестве технической. Для этого должны быть созданы локальные передвижные комплексы водоочистки, размещаемые вблизи источника поступления воды.

Отходы в виде вскрышных пород и хвостов обогащения должны использоваться для производ­ства строительных и закладочных материалов (породные заполнители, цемент, керамзит, шлако-вата и другие), а также подлежать вторичной переработке для доизвлечения полезных компонентов, включая золото и редкоземельные элементы. Породные отвалы и хвостохранилища сегодня рассмат­риваются в качестве техногенных месторождений, которые в будущем будут составлять крупную часть минерально-сырьевой базы. Важные экологические решения связаны с проблемами «подземной энергетики» (извлечение метана из месторождений угля, использование горячих подземных вод, го­рячих пород и т.д.), предотвращения техногенных землетрясений, выбросов.

В настоящее время шахтами Карагандинского бассейна ежегодно выбрасывается на поверхность до 1 млрд м³ метана, из которых 180 млн м³ приходится на дегазацию и только 16 млн м³ использует­ся на хозяйственные нужды. Основной же объем газа выбрасывается в атмосферу. Главной причиной низкой доли использования газа является отсутствие постоянного дебита скважин, их разобщенность в пространстве и отсутствие необходимого оборудования. Более половины дегазационных установок угольных шахт выдает на поверхность газовоздушную смесь с содержанием метана менее 30 % (не­кондиционный газ), промышленное использование которой ввиду ее взрывоопасности практически невозможно [9].

В условиях возрастающего дефицита органических энергоресурсов проблему интенсивного из­влечения метана из угленосных толщ следует считать одной из актуальных в деле повышения эффек­тивности комплексного использования сырьевых ресурсов. Полное использование шахтного газа, каптируемого при добыче угля, не только создает предпосылки для повышения эффективности рабо­ты угольных предприятий, получения дополнительного, попутно добываемого топлива, но и способ­ствует улучшению окружающей среды. Для этого необходимо широко внедрить метод дегазации подрабатываемых угольных пластов и выработанных пространств с помощью скважин, пробуренных с поверхности. Этот способ дегазации технически эффективен, когда глубина разрабатываемого пла­ста составляет 600-900 м.

Основным направлением использования газа, каптируемого в дегазационные системы угольных шахт, является применение его в качестве топлива. Наиболее простой и распространенный способ утилизации метана — сжигание его в топках паровых котлов для нагрева технической воды на собст­венные нужды.

Для дальнейшей интенсификации извлечения газа из углепородного массива необходимо разра­ботать новые способы увеличения срока службы и эффективности дегазационных скважин, пробу­ренных с поверхности. Одним из путей решения данной задачи является использование направлен­ных скважин.

Для обеспечения потребителей стабильным объемом и концентрацией метана необходимо обеспе­чить его сбор в промежуточные емкости, а также обогащение или усреднение концентрации метана.

Для сбора и хранения метана необходимо подготовить соответствующие емкости за счет созда­ния коллекторов газа в рассолениях пород, не имеющих связи с горными работами и образующихся при ведении горных работ, используя старые горные выработки, при тщательной их изоляции от дей­ствующих горных работ; проходкой специальных горных выработок.

Для обеспечения надежного снабжения потребителей теплом и энергией тепловые и энергети­ческие котлы должны быть приспособлены для совместного сжигания угля и газа при возможном дефиците метана или его отсутствии. Такие котлы с вертикальной щелевой горелкой разработаны и опробованы на практике.

Вышеперечисленные принципы и подходы к решению тех или иных задач требуют проведения научных исследований по отдельным позициям.

Особо следует остановиться на проблеме использования подземного выработанного пространст­ва в связи с объективной необходимостью закрытия низкорентабельных, устаревших рудников, шахт и карьеров. Включение его в природоохранный комплекс в качестве объекта для размещения отходов поможет регионам в охране окружающей среды, создаст некоторые финансовые поступления на счет предприятия и сохранит ряд рабочих мест.

Эффект от использования подземного пространства горных предприятий будет достигнут, когда прибыль, получаемая от удаления и складирования отходов с земной поверхности под землю (за счет региональных расходов на нейтрализацию вредного воздействия отходов производств на окружаю­щую среду), превысит все затраты на подготовку подземных полостей в послеэксплуатационный пе­риод, доставку отходов или других материалов и их размещение, на долговременное поддержание безопасного гидро- и геомеханического состояния всего горнотехнического тракта, обеспечивающего транспортирование, разгрузку и подземное захоронение. При этом важную роль при выборе техноло­гических решений имеют виды отходов, их технологические и гигиенические свойства.

Новые интересные решения по безотходной технологии возможны на месторождениях, где со­вмещают отработку открытым и подземным способами или отработку ведут с предварительной пере­работкой и обогащением полезных ископаемых.

6. Внедрение геотехнологических методов добычи и переработки минерального сырья

С развитием НТП потребность в наиболее редких элементах (индий, таллий, галлий, германий и др.) будет расти. Отсюда возникает серьезная научно-техническая проблема организации производ­ства по их извлечению при переработке концентратов, содержащих эти компоненты, на рациональ­ной технологической, экологической и экономической основе. В этой связи особую значимость при­обретает внедрение геотехнологических методов добычи и переработки минерального сырья.

Геотехнологические методы, широко используемые при подземной выплавке серы, выщелачи­вании металлов, гидродобыче угля, растворении солей, позволяют в условиях рыночной экономики повысить эффективность разработки месторождений бедных руд, решить ряд социальных, экологи­ческих и экономических проблем. Геотехнологические методы добычи и переработки минерального сырья существенно снижают затраты на вскрытие месторождения, исключают присутствие людей под землей, ликвидируют отвалы пород и хвостохранилища. Внедрение геотехнологических методов особенно важно для Казахстана в условиях рыночной экономики, когда разработка значительной час­ти ранее разведенных запасов различных методов минерального сырья с применением традиционных технологий (учитывая мировые цены на конечную продукцию) нерентабельна.

7. Системтое проектироватие гортодобывающих предприятий

Оно должно предусматривать изучение и освоение методов и приемов целенаправленного ис­пользования знаний, современных научных достижений и умение применять их для решения практи­ческих вопросов разработки месторождений полезных ископаемых. Системное проектирование должно основываться на углубленном анализе всех аспектов деятельности горнодобывающего пред­приятия с учетом совокупности взаимосвязей в пределах отрасли и особенностей региональных рын­ков сбыта продукции. Необходимо стремиться к полному использованию всего, что добывается из недр Земли, и всех свойств недр. В проектах горнодобывающих предприятий необходимо обязатель­но рассматривать возможность повторного использования выработанного пространства для целей, не связанных с добычей полезных ископаемых (прежде всего для утилизации и депонирования отходов горнодобывающих предприятий).

Системное проектирование горнодобывающих предприятий является областью высокой интел­лектуальной сложности, поскольку требует решений на основе выбора перспективной продукции, анализа творческого процесса «генерирования» идей при создании новых типов горных предприятий, применения методов рационального выбора проектных решений, оптимального взаимного согласо­вания характеристики всех звеньев единой функциональной системы горнодобывающего предпри­ятия, анализа и усовершенствования конструкций и объемно-планировочных решений, применения новых технологий добычи полезных ископаемых и высокопроизводительного оборудования.

В целом проектирование горнодобывающих предприятий — это творческий процесс, где прояв­ляется тесная связь между теорией проектирования и горными науками. Проектирование предпри­ятия как системы сводится к определению ее структуры и функции. Основой структуры горнодобы­вающего предприятия является способ вскрытия и подготовки шахтного или карьерного поля. Как показывает опыт, структура системы довольно стабильна, функция же ее подвижна и отражает дина­мику работы. Так, система шахты может достаточно долго и нормально функционировать при изме­нении технологических процессов и оборудования в очистных и подготовительных забоях. Структу­ра может изменяться при реконструкции предприятия, подготовке нового горизонта или модерниза­ции и техническом перевооружении для сохранения или изменения функции системы.

Современные проекты горнодобывающих предприятий необходимо выполнять на основе ком­плексного, системного подхода, обеспечивающего устойчивую работу с проектными технико­экономическими показателями при изменяющихся условиях работы. Чтобы узнать, насколько хоро­шо разработан проект, нужно оценить проект, подвергнув его экспертизе для определения техниче­ского и экономического уровня и выявления соответствия проекта современным требованиям. Это позволяет выявить соответствие проектных решений основным направлениям науки и техники на перспективу, нормам технологического проектирования, правилам безопасности, строительным нор­мам и правилам.

Количественными измерителями качества проекта являются удельные величины, взвешенные по общим объемам применения технических средств или схем в соответствующих горно-геологических условиях. Комплексный показатель технического уровня проекта нового или реконструируемого предприятия состоит из сумм удельных показателей качества по каждому технологическому элемен­ту. Сопоставление проектных решений по комплексным показателям обеспечивает оперативный ло­гический и инженерный анализ решений по «отстающим» технологическим элементам (комплексам и звеньям) и позволяет разработать рекомендации по улучшению качества проектов [10].

Все крупные проекты горнодобывающих предприятий затрагивают многие стороны жизни стра­ны, их реализация может иметь серьезные экономические и социальные последствия. Все они долж­ны тщательно анализироваться на этапах разработки и реализации проекта.

8. Создатие таучто обостоваттой стратегии развития митеральто-сырьевой базы и гортодобы­вающих предприятий страты в условиях рыточтой экотомики

В условиях рыночных отношений для горнодобывающих предприятий следует разрабатывать и иметь внутреннюю и внешнюю стратегию развития производства.

Выбор и реализация стратегии включают следующие основные элементы [11-14]:

-    прогнозирование возможных вариантов будущего развития с учетом цикличной неравномер­ности и взаимодействия циклов в смежных и отдаленных областях, выявление, оценку и пред­видение изменений фаз циклов;

-    выбор приоритетов, целесообразных и возможных вариантов изменения направлений разви­тия, определение стратегических целей и путей их достижения;

-    построение стратегических планов и целевых программ по реализации избранной стратегии, увязывающих их с наличными ресурсами, обеспечивающими эффективность реализации стра­тегий;

-    выработка гибкой тактики выполнения стратегических планов и программ, их увязка с непро­граммным сектором плана и рыночной деятельностью, учет текущих ситуаций рыночной конъюнктуры;

-    отслеживание эффективности реализации стратегии, отклонений от нее, своевременное преду­преждение о необходимых уточнениях в тактике или смене стратегии, если круто изменилась ситуация;

-    формирование целевых оргструктур, требуемых для реализации выбранной стратегии, и под­контрольных, чтобы избежать опасности монополизации, закостенения, обеспечивающих про­должение стратегического курса, когда потенциал его уже исчерпан.

При реализации внутренней стратегии на предприятиях следует регулярно проводить анализ технико-экономических показателей работы. Анализ должен способствовать изменению ориентации экономической политики предприятия от преимущественно затратной к ресурсосберегающей и эко­логически безопасной: в настоящее время важен не масштаб производственного потенциала сам по себе, а сколько создается конечного продукта, какого качества, какой ценой и насколько технология его получения безопасна для окружающей среды. Действенность анализа зависит не только от со­вершенства методов, но и от оперативности его проведения. При современных темпах развития необ­ходимо быстро воздействовать на производство. Отсюда основными требованиями анализа являются его системность, комплексность и оперативность.

Все технико-экономические показатели работы горных предприятий можно разделить на не­сколько групп показателей; организационно-технического уровня производства; использования средств труда, минерально-сырьевых ресурсов, труда и заработной платы; выполнения плана произ­водства и реализации продукции; себестоимости продукции; прибыли и рентабельности.

Горнодобывающие предприятия в условиях рыночных отношений должны выделить и разрабо­тать тактические цели для отдельных цехов, участков, реализация которых обеспечит высокую сте­пень рентабельности и позволит действовать на основе внедрения достижений научно-технического прогресса, безотходных, ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий. В связи с этим следует проводить более тщательную технико-экономическую оценку ранее выявленных запасов по­лезных ископаемых; вовлекать в производство нетрадиционные методы и технологии извлечения их; изменять структуры действующих предприятий; создавать мелкие предприятия по распространенно­му за рубежом принципу 4x100 (около 100 трудящихся, 100 тыс. т в год добычи, 100 тыс. долл. кап­вложений, 100 % рентабельности) [15].

Внутреннюю стратегию горнодобывающего предприятия следует разрабатывать по следующим направлениям:

а)   расширение минерально-сырьевой базы;

б)   использование новых технологий для добычи и комплексной переработки полезных ископаемых;

в)   совершенствование существующей техники и технологии;

г)   повышение качества добываемого сырья и реализуемой продукции.

При реализации первого направления целесообразно осуществить технико-экономическую оценку вовлечения в разработку запасов, ранее отнесенных к забалансовым, что будет являться од­ним из путей расширения минерально-сырьевой базы и иметь цель поддержания или увеличения производительности по добыче и переработке минерального сырья и выпуску конечной продукции.

Основанием для постановки вопроса об использовании забалансовых запасов является вынуж­денное снижение добычи балансовых запасов, наличие резерва производственной мощности у горно­го и перерабатывающего цехов предприятия, возможность применения новой технологии добычи и переработки руды, позволяющей эффективно использовать запасы, отнесенные к забалансовым, а также изменение цен на товарную продукцию. Добычу забалансовых запасов следует рассматривать в качестве альтернативы освоению новых месторождений или более интенсивной добыче балансовых запасов на рассматриваемом месторождении.

При реализации внешней стратегии развития производства необходимым условием является анализ финансовой деятельности предприятия. При этом решаются следующие вопросы: достаточен ли уровень возврата инвестиций; не слишком ли высоки розничные цены; достаточен ли объем това­рооборота; эффективно ли производство; достаточен ли рабочий капитал; точно ли выполняются де­биторские платежи. Анализ финансовой деятельности осуществляется в ходе проверки рентабельно­сти, ликвидности, платежеспособности предприятия.

Эффективное функционирование предприятия невозможно также без разработки и осуществле­ния стратегии специальных методов промышленного маркетинга. В основу последних должен быть положен принцип: продается не столько продукция или оборудование, сколько способ решения той или иной проблемы потребителя; на передний план выдвигаются не технические характеристики продукции, а те выгоды, которые получат потребители, — повышение производительности, рост ка­чества выпускаемой продукции, улучшение условий труда, снижение потребления сырья, энергии, материалов и т.д.

В целях расширения внешнеэкономической деятельности горнодобывающего предприятия сле­дует:

-    обеспечить соответствующее качество товарной продукции (руды, концентрата), простоту и привлекательность тары, удобства при разгрузке с точки зрения потребителя;

-    определить правильно момент продажи продукции и приемлемые для потребителя цены;

-    постоянно обновлять ассортимент и качество предлагаемой продукции в соответствии с теку­щим состоянием потребительского спроса и перспективами его изменения в будущем;

-    наладить гарантированное и четкое проведение консультаций, а также послепродажное обслу­живание поставляемой продукции.

С этой целью многие зарубежные компании организуют сеть распространения продукции за счет создания дилерских компаний, в функции которых входит оказание сервисных услуг, осуществление технической экспертизы, строительство складов, обучение технического персонала [15].

Для успешного функционирования горнодобывающих предприятий в период рыночных отно­шений, помимо четкого проведения внутренней и внешней политики, необходимы поддержка и по­нимание со стороны государства — мягкая государственная налоговая политика на время освоения новых месторождений.

Главная цель создания научно обоснованной стратегии развития минерально-сырьевой базы и горнодобывающей промышленности Республики Казахстан — удовлетворение потребности страны в полезных ископаемых и обеспечение ее устойчивого положения на мировом рынке минерального сырья и энергоносителей. При ее разработке необходимо учитывать, по меньшей мере, три сущест­венных условия:

а)  ограниченные возможности государства финансировать разведку месторождений и их про­мышленную эксплуатацию (экономическое условие);

б)  необходимость сведения к минимуму техногенных нагрузок на окружающую среду при раз­ведке месторождений и их последующем освоении (экологическое условие);

в)  отрицательное отношение населения к строительству крупных объектов горнодобывающей промышленности в местах его постоянного проживания и снижение престижа профессии горняка (социальное условие).

9. Проблема комплексного использования минерального сырья

Важнейшая проблема наук о Земле — вопросы комплексного использования минерального сырья. Необходима стратегия восполнения минерально-сырьевой базы и объемов производства.

Ученые и специалисты США и других индустриально развитых стран считают, что, несмотря на низкое извлечение металлов (Си — 35,5 %, Pb — Zn — 33 %, Sn — 22 %, An — 51 %) из минераль­ных ресурсов техногенных месторождений, переработка этих ресурсов экономически целесообразна. Использование минеральных ресурсов техногенных месторождений компенсирует потери ресурсов баланса кругооборота металлофонда (металлы из первичных минеральных ресурсов + металлы из лома + металлы из отходов лома металла), обеспечит его прирост при малых объемах капвложений и высоком уровне рентабельности, окажет позитивное воздействие на окружающую среду. В США еще в 90-е годы ХХ в. объем производства некоторых металлов из вторичного сырья, включая минераль­ные ресурсы техногенных месторождений, по темпам опережал производство из первичных мине­ральных ресурсов в 1,2 раза. Из этого следует, что экономическое оздоровление минерально- сырьевого и горно-металлургического комплексов, качественный и количественный их прорыв могут быть осуществлены лишь на основе высших достижений НТП в области всех наук о Земле.

10.Правовой мехатизм пользоватия тедрами

В перспективе горное законодательство Казахстана нуждается в координации, т.е. в отделении действующих норм от устаревших, обосновании новых правовых норм по тем вопросам, которые еще не решены законодательно.

Ученым-горнякам совместно с юристами необходимо вести работу по подготовке предложений о правовом закреплении новых идей по использованию ресурсов недр.

Задачи, которые были проанализированы нами выше, отнюдь не исчерпывают перечня всех на­учных и практических проблем, стоящих перед горной наукой на современном этапе ее развития. Их успешное решение позволит еще раз продемонстрировать высокий потенциал мировой и отечествен­ной горной науки.

Некоторые итоги

Методология горных наук на современном этапе развития должна обеспечивать целостное рас­смотрение всей совокупности процессов освоения недр Земли, обоснование новых научных направ­лений, поиск эффективных методов освоения на основе совершенствования технологии выработки новых знаний.

Существенного повышения эффективности труда ученых и проектировщиков возможно достичь в результате оптимизации процесса поиска новых решений путем методологически продуманных действий и процедур. Дело в том, что горное дело в техническом и технологическом планах очень инерционно, фондо- и материалоемко. В этой связи принимаемые инженерные решения почти всегда должны быть наиболее рациональны, даже оптимальны. Поэтому сегодня как никогда нужна коорди­нация усилий инженеров и ученых, конструкторов и проектировщиков, чтобы привести горнодобы­вающий комплекс Казахстана к мировому уровню.

Новый подход к первоочередным проблемам развития горнодобывающего комплекса требует быстрого реагирования на происходящее со стороны горной науки и высшего образования. От уровня последних будет зависеть будущее добывающих отраслей, так как в настоящее время минерально­сырьевой, горнопромышленный и металлургический комплексы переживают большие трудности, обусловленные не только недостатком инвестиций, но и ослабленным интеллектуальным их потен­циалом. Необходимы условия для творчества. Возродятся условия для творчества, возродится цикл воспроизводства творческих кадров — будут в Казахстане новые открытия месторождений мирового класса, будет успешно развиваться горная и металлургическая промышленность.

В будущем значимость Республики Казахстан как крупнейшей горнодобывающей державы бу­дет поддерживаться при условии первостепенного внимания к нуждам горного дела со стороны выс­шего руководства страны. Кроме того, необходимо в ближайшее время воссоздать на взаимовыгод­ных условиях единый минерально-сырьевой, горнопромышленный и металлургический комплексы стран Содружества Независимых Государств (СНГ).

Список литературы

1. Агошков М.И., Боярский В.А., Чаповский А.З. Советская горная наука. Периоды и перспективы развития // Известия ву­зов. Горный журнал. — 1985. — № 6. — С. 9-17.
2. Ржевский В.В. Структура горных наук // Известия вузов. Горный журнал. — 1985. — № 5. — С. 14-19.
3. ЛаверовН.П., Трубецкий К.Н. О классификации горных наук // Горный журнал. — 1996. — № 1-2. — С. 5-9.
4. Букритский В.А. Маркшейдерия и геометрия недр в комплексе горных наук // Горный журнал. — 1999. — № 7. — С. 71-73.
5. Быбочкит А.М. Интеграция наук о Земле с минерально-сырьевым и горно-металлургическим комплексами — неотлож­ная задача // Горный журнал. — 1995. — № 9. — С. 6-9.
6. Добрятская Е.М., Сердюк А.И. Научно-технический прогресс и рост производительности труда на шахтах. — М.: Не­дра, 1982. — 207 с.
7. Шаекита Ж.М. Проблемы управления жизненным циклом горных машин. — Караганда: Изд-во КарГУ, 2002. — 419 с.
8. Ямщиков В.С. О формировании современных представлений и задач в горных науках // Горный журнал. — 1995. — № 9. — С. 3-5.
9. Баймухаметов С. Проблемы проектирования и технологического обеспечения безопасной и экономически эффективной работы газоносных угольных шахт // Комплексное использование минерального сырья. — 1993. — № 6. — С. 73-77.

10. Петретко Е.В. Методология горных наук — область высокой интеллектуальной сложности // Горный журнал. — 1995. — № 5. — С. 19-21.

11. Каретов Р.С. Стратегический менеджмент. — Караганда: ИПЦ «Профобразование», 2006. — 362 с.