CC BY
20
© С.М. Рахимбсков, 2013
УДК 622.243 С.М. Рахимбсков
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ НОВОЙ ГОРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Предложен подход на основе системного метода, эффективно применяемого во многих отраслях знаний. Предлагаемые подходы и выработка управляющих принципов действия в системном методе адекватны и способствуют решению проблемы устойчивости и сбалансированности рассматриваемой нами системы «природа — человек».
Ключевые слова: технология, очистные работы, блоки, система разработки, новая горная технология.
сновным законом ноосферы — целостной планетной оболочки Земли, по В.И. Вернадскому является закон гармоничного сосуществования общества и природы [1], который можно считать общей задаваемой системной целевой функцией проблемы природопользования. Такая постановка проблемы природопользования обусловила содержание всех, до сей поры сформулированных задач научного недропользования.
Основой системного метода, по существу, полно и эффективно применяемого во многих отраслях знаний, являются достижения философии, диалектически верного способа мышления, отсюда предлагаемые подходы и выработка управляющих принципов действия в системном методе адекватны и способствуют решению проблемы устойчивости и сбалансированности рассматриваемой нами системы «природа — человек». При этом необходимо четко определить составляющие гармоничного сосуществования общества и природы, этих двух основных взаимосвязанных и взаимодействующих компонента системы, нераз-
делимо движущихся в направлении выработанной общей системной целевой функции. Так, например, добыча полезных ископаемых, прежде всего определяется потребностями человеческого общества в нем, и, в то же время потребность — движущая сила горной техники и технологии. Обеспечение необходимой потребности в полезных ископаемых достигается обдумыванием способа действий, иначе предложением способа разработки, выбора горной технологии. Очевиден тот факт, что сущность горного дела и различных горнотехнических задач; заключается в удовлетворении наших человеческих потребностей в условиях общественной жизни, очевидна и необходимость их целостного охвата, например, совпадение потребностей общества со структурой и объемами выпуска продуктов от переработки также и отходов производства и потребления. При всем этом человек характеризуется как непрерывным ростом своих потребностей, так и использованием орудий производства. Развитию потребностей человека сопутствовало и развитие этих орудий.
Пока природные и другие условия для добычи несложны, постоянно совершенствуемые кайло и лопата делали свое нужное для человека дело. Постепенно, с усложнением всяческих условий, обеспечения требуемых критериев разработки, а именно безопасности разработки (в особенности экологической), наименьшей себестоимости каждой тонны добытого полезного ископаемого, полноты извлечения, обеспечения заданной производственной мощности, становились все более затруднительными. Выход искали в постоянном совершенствовании горной техники, технологии, т.е. шли по пути всеобъемлющего технического прогресса (НТП), обеспечения все возрастающей производительности труда посредством все более мощной проходческой, самоходной, бурильной и другой техники. Эволюция горнотехнических систем представляла собой непрерывные количественные изменения их характеристик, в свою очередь отражающих приспособление к меняющимся природным и другим условиям. В таком совершенствовании горной технологии заключалось ее качественное изменение. Такое приспособление с каждым годом становится все более дорогим, факт невыгодности извлечения полезных компонент из недр может стать обычным явлением для многих месторождений с ухудшающими условиями.
Между тем хорошо продуманная общественная потребность в полезных ископаемых должна содержать в себе анализ, выявление и определение всевозможных критериев, которые должны быть в первую очередь верными, т.е. социально признан-
ными. Уже в процессе проектирования сложных горнотехнических объектов должны быть установлены все «кричащие» о себе нежелательные явления, экологические последствия, вызываемые действием этих объектов. Этот факт также свидетельствует о том, что существующая доктрина направления развития горной технологии должна быть пересмотрена, по своей сути она несколько консервативна, хотя и прослеживается в ее развитии и прежде всего в ее совершенствовании вполне определенная логика и последовательность. Так, горная технология на определенном этапе развивается до тех пор и постольку, поскольку природные и другие условия соответствуют возможностям этой технологии приспосабливаться к колебаниям и изменениям этих условий. Таким образом, горная технология, в особенности ее разные подсистемы, можно сказать, развивались рывками, в такт изменениям природным и внешним, в том числе конъюктурным, условиям. Но в целом, такое развитие часто заходит в тупик, в ряде случаев неоправданно, так как эффективное ее функционирование в современных условиях становится все более затруднительным, а в некоторых случаях и невозможным, затраты становятся несопоставимыми с извлекаемой ценностью. Все проектные решения по выбору все более усложняющейся горной технологии также генерируются и далее оптимизируются, только исходя из разных условий, специфики, индивидуальных особенностей каждого конкретного месторождения, исчерпаемости запасов. Месторождения полезных ископаемых представляют собой колоссальнейшее разнообразие, и отличаются
индивидуальностью, непохожестью на другие, ранее уже известные и успешно разрабатываемые месторождения. Поэтому, зачастую, ошибочным, а в ряде случаев и опасным бывает типовое проектирование в горном деле, называемое также проектированием по аналогии, т.е. копирование ранее запроектированных и успешно примененных на других месторождениях горных технологий. Безусловно, опыт проектирования полезен, и хорошо, если опыт проектирования был разнообразным, если приходилось проектировать разработку совершенно разных месторождений. Спасает положение факт горного искусства горняка, его постоянная профессиональная привычка учитывать индивидуальность, специфичность месторождения.
Вместе с тем базовые положения микроэкономики не срабатывают здесь в полной мере, в них не находят полного отражения особенности, специфика горной технологии, проводимая оптимизация горных проектов. По этим же причинам в каждом горном проекте не срабатывают основные положения, цели и ценности менеджеров проекта, предложивших вполне определенную парадигму, концепцию проекта. Оптимизация в горном деле носит свой, более эвристический характер, имеет «природную целенаправленность».
Эта вынужденная, постоянно применяемая мера коррекции принимаемых решений, генерации новых решений по ходу разработки месторождения и является адаптацией. Напрашивается вывод, не исчерпана ли себя технологически геопотенция существующего развития горной производства, когда требуются бо-
лее совершенная по затратам, экологии и другим критериям, горная технология.
Описанное выше направление в горной технологии, по существу один из путей прироста производства конечной горной продукции за счет совершенствования недропользования. Другой путь, ставший уже также классическим, это путь на основе повышения «производительности ресурсов», иначе резкого повышения эффективности их использования.
Следует при этом заметить, что горная технология на всех этапах своего развития было не что иное как интеллектуальная, упорядоченная энергия горняков — технологов, ученых и проектировщиков. Только на основе знаний эти технологии медленно и верно проходили по пути, зачастую, спонтанного поиска к современным представлениям о минеральных ресурсах. Ведь эти ресурсы это те же знания и энергия, но воплощенные в материальной форме, так как только знания позволили продемонстрировать в интеллектуальном плане разницу в освоении и использовании, например, металлов в эпоху «бронзового века» и нашего «компьютерного», когда эти металлы используются не как орудия, а как элементы в компьютерах, спутниках и т.д.
Это направление, которое заключается в комплексном использовании минерального сырья (КИМС), определено академиком А.Е. Ферсманом [2] и расширено до понятия «комплексного освоения ресурсов недр» (КОРН) академиками Н.В. Мельниковым и М.И. Агошковым [3, 4].
Необходимость поиска экологически безопасных решений внесла в
классическую технологию добычи и переработки полезных ископаемых более безопасные биогенные принципы построения горной технологии, во многом благодаря работам академиков Н.К. Трубецкова, В.А. Чан-турия [5, 6, 7 ,8].
В работах В.А. Резниченко [9] и Ёаричкина Ф.Д. [10] систематизированы самые различные концепции рационального недропользования с позиций комплексной переработки минерального сырья, в последующем они дополнены А.Д. Верхотуровым с точки зрения минералогического материаловедения [11]. Однако все проблемные аспекты рассматриваемой концепции исследуются с позиции комплексной переработки уже добытого минерального сырья. Добыче же полезных ископаемых, как важному и объемному элементу природно-ресурсного потенциала недр и всей системы рационального ресурсосберегающего и экологосбалансиро-ванного недропользования, уделено в литературе мало места. Следует отметить, что, если учесть результаты современных исследований по повышению «производительности ресурсов» на этапе комплексной переработки уже добытого минерального сырья, заманчивы перспективы идти по обратному пути эволюции рудообразования, от сформированного массива, от залежи полезного ископаемого, от обеспечения доступности к обособленному полезному компоненту залежи, изменить сам характер добычи от «куска» к частицам минерального сырья, Тем более, что разделение многокомпонентных ископаемых на отдельные ценные со-
ставляющие (и пустую породу) принципиально осуществляется на разных стадиях его добычи и переработки. Например, селективная выемка сближенных, но пространственно обособленных залежей, либо перемежающихся слоев полезного ископаемого различного состава (при достаточно четких контактах и приемлемых мощностях каждого из слоев). Другой пример
— геотехнологические способы добычи, т.е. перевод полезных ископаемых (ценных составляющих) в результате воздействия различных видов энергии в подвижное состояние и извлечение их на дневную поверхность через скважины. При переходе от механического измельчения к химическому (гидрометаллургическому) вскрытию минералов кислотами, кислыми солевыми растворами, щелочами и т.д. дезинтеграция и контрастность, по крайней мере, части обрабатываемого материала, переходят на более высокий
— «наноразмерный», молекулярный, ионный, атомный уровень.
Принципиальная возможность построения с помощью нанотехнологии материальных структур атом за атомом или молекула за молекулой позволяет перейти в перспективе к идеальной, в принципе, комплексной безотходной горной технологии. Очевидно, таким путем человечество в будущем сможет перейти к экологосбалансированному устойчивому экономическому развитию, научному преобразованию биосферы в ноосферу, сферу разума по В.И. Вернадскому [1]. Конечно, желаемое, еще далеко рано выдавать за действительное, это только рассуждения о перспективах горной технологии.
Наиболее перспективное развитие классического направления горной технологии в настоящее время осуществляется на основе максимального использования информационных ресурсов, заложенных в природно-технической системе. Такая возможность облегчает системный охват горнотехнических проблем. В концептуальной части появляется возможность формулирования самых различных точек зрения и выбора правильной точки зрения на желаемый критерий. При формировании концепции (идеи) развития рудника чрезвычайно важно предвидеть его развитие и окружающей его социально-промышленной и природной среды в будущем, а также возникновение новых факторов, которые могут изменить вырабатываемую точку зрения, т.е., саму систему ценностей. Чем он сложнее, тем большее число и тем разнообразнее характер факторов, которые необходимо учитывать при определении критериев. Поэтому в сегодняшней парадигме развития горной технологии содержатся процедуры периодической адаптации принятых проектных и технологических решений к изменяющимся условиям. Адаптация способов (геотехнологий) освоения месторождений к изменяющимся горно-геологическим, экономическим и экологическим условиям заключается в целенаправленном изменении параметров природно-промышлен-ной системы (параметрическая адаптация), либо ее структуры (структурная адаптация) для компенсации возмущающих воздействий, либо оптимизации параметров управления. Наглядным примером
параметрической адаптации служит изменение объемов добычи и качественного состава рудной массы в зависимости от конкретной экономической ситуации (в частности, от спроса и цены на готовую продукцию), а структурной адаптации — специализация производственных участков по отдельным процессам (буровые, взрывные, погрузочные, транспортные и т.п. работы). Адаптацию целесообразно рассматривать в совокупности с эволюцией систем, представляющей собой непрерывные количественные изменения их характеристик, что в конечном итоге приводит к качественному изменению системы в целом и способствует ее дальнейшему развитию, но уже на новом уровне. Направленность эволюции — приспособление к меняющимся условиям существования от простого к сложному, поскольку все последующее является развитием предыдущего, с добавлением нового. Из этого следует, что горнотехническая система (и именно — природ-но-промышленная) должна иметь возможность для усложнения структуры, поскольку упрощение снижает ее адаптационные возможности. В этой связи развитие сегодняшних геотехнологий можно классифицировать как адаптивную эволюцию с выраженным приспособленческим характером, что наглядно прослеживается на примере освоения многих месторождений, когда эволюционное развитие одного способа разработки после исчерпания адаптационных возможностей сменялось другим способом разработки с новым ресурсом адаптационных возможностей.
Создание самых различных АСУ, АСУТП, САПР в горном деле, как раз и предполагает другой выход — усиление информационной составляющей в классическом направлении горной технологии. Специфика горного производства обуславливает создание развитой информационно-коммуникационной структуры на руднике, требующей выделения немалых средств, кроме того добыча полезного ископаемого складывается из самых различных технологических производственных процессов и приходится в подготовке их информационного сопровождения использовать весьма разнородные модели и алгоритмы их обработки. В двух крайних случаях это приводит, как указывают многие специалисты, либо к очень большому количеству узкоспециализированных программных продуктов и к необходимости иметь связующие программные компоненты. Либо, другой крайний вариант — суперсистема, охватывающая все информационные аспекты производственной жизни предприятия. В чистом виде, как показал анализ соответствующей литературы в горном деле, эти варианты не встречаются, первый в силу того,
что даже изначально ограниченные функционально программы развиваются и расширяют сферы своего действия на смежные участки, второй — по причине крайней сложности проектирования, настройки и обслуживания такой системы.
Поэтому, в своих исследованиях мы анализируем оба эти направления и склонны считать, что независимо от выбранного направления все же следует выбрать в качестве отправной подсистемы некоторую базовую — технологическую, содержащую основные, влияющие параметры горной технологии. Такая подсистема будет «ядром» оптимизации всей горнотехнической системы.
Таким образом, оценивая современное состояние решаемой научно-технической проблемы создания новой горной технологии можно отметить следующее. Есть значимые предпосылки для создания совершенно новых принципов извлечения полезных ископаемых. Вместе с тем не исчерпаны возможности инноваций в направлении создания избирательной, гибкой горной технологии, включающей мощное информационное обеспечение.
1. Вернадский В. И. Рециркуляция металлов и неметаллических полупродуктов, соз-дание сплавов и материалов с учетом не только свойств, но и распространенности элементов в природе (на основе Б1, А1, Ре, Са, На, К, Мд, Т1). Рациональное сознательное преобразование биосферы в «ноосферу», сосуществование общества в гармонии с природой.
2. Ферсман А.Е. Полное использование всех ценных компонентов минерального
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
сырья, создание комбинированных межотраслевых производств, в которых технологические процессы подбираются к составу сырья.
3 Мельников Н.В., Агошков М.И. Комплексное освоение недр: достижение оптимальных для народного хозяйства страны и интересов будущих поколений показателей полноты использования всех видов ресурсов недр и участвующих в процессе их освоения трудовых и материальных ресурсов.
5. Трубецкой К.Н., Чантурия В.А. Развитие минерально-сырьевого комплекса как составной части процесса устойчивого развития при сохранении естественной биоты Земли путем создания эко-геотехнологий освоения недр на принципах поточности, малоотходности, ресурсосбережения, ресур-совоспроизведения, повышения контрастности свойств разделяемых компонентов с обеспечением экологической чистоты, аналогичной с функционированием биологических систем.
6. Горные науки, освоение и сохранение недр Земли / Под ред. акад. К.Н. Трубецкого. — М.: Изд. АГН, 1997. — 475 с.
7. Чантурия В.А. Основные направления комплексной переработки минерального сырья // Горный журнал. — 1995. — № 1. — С. 50—54.
8. Чантурия В.А. Теоретические основы повышения контрастности свойств и эффективности разделения минеральнык ком-
понентов // Цветные металлы. — 1998. — № 9. — С.11—17.
9. РезниченкоВ.А. Организация замкнутого комплексного производства: создание межотраслевых технологически замкнутых производств в рамках предприятий, месторождений, регионов, отраслей; рециркуляция материалов; разработка материалов с учетом распространенности элементов в природе, сохранение окружающей среды.
10. Ларичкин Ф.Д. Системный анализ экономических проблем комплексного использования минерального сырья // Цветная металлургия. — 2004, № 3. — С. 19—27.
11. ВерхотуровА.Д. Создание миниза-водов в местах добычи сырья с использованием высоких технологий; идеальной схемой безотходного производства, ориентиром на будущие технологии, должна быть разомкнутая схема производства материалов, т.е. с полной переработкой отходов. ШНИ
Проектирование и организация взрывных работ
Б.Н. Кутузов, В.А. Белин 2012 г. 416 с.
ISBN: 978-5-98672-283-2 UDK: 622.233:622.235
Приведены основные положения проектирования взрывных работ в горнодобывающей промышленности, гидротехническом, промышленном и гражданском строительстве, в сельском и лесном хозяйстве, на болотах и реках, при ремонтах доменных и мартеновских печей, разрушении металлических конструкций. Изложены данные по расчету опасное зоны, параметров расположения зарядов, а также подготовке проектной документации. В издании учтены изменения в области проектной документации, а также в расчетных формулах.
Для студентов горных специальностей, а также инженерно-технических работников, занятых ведением взрывных работ и их проектированием.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Рахимбеков С.М. —доктор технических наук, профессор, rahimbekov_s@mail.ru, ИГиЗ, КазНТУ им. К.И. Сатпаева.
ГОРНАЯ КНИГА
