Квалиметрия недр новое направление в горных науках Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ВТОРЫЕ ЕРШОВСКИЕ ЧТЕНИЯ ПО ГОРНОПРОМЫШЛЕННОЙ ГЕОЛОГИИ К 60-летию со дня рождения профессора В.В. Ершова

М.Е. Певзнер, проф., д.т.н., В.Н. Попов, проф., д.т.н.,

МГГУ МГГУ

КВАЛИМЕТРИЯ НЕДР - НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В ГОРНЫХ НАУКАХ

В 1997 г. была разработана новая классификация горных наук как системы знаний об освоении и сохранении недр, изложенная в монографии [1]. В соответствии с этой классификацией горные науки разделены на 4 группы: горное недроведение,

горная системология, геотехнология и обогащение полезных ископаемых. Давая характеристику горным наукам, объединенным в группу «Горное недроведение», авторы указывают, что они «включают исследования свойств пород, горных массивов, георесурсов и недр в целом как средоточе-ния различных, находящихся во взаимосвязи друг с другом природных и искусственно создаваемых образований. Их исследование осуществляется с точки зрения изменения свойств и качества георесурсов (разнообразия, пространственной локализации, агрегатного состояния, экономических и экологических параметров и др.) под действием техногенных преобразований.»

В группе «Горное недроведение» выделено 6 наук, в том числе «Геометрия и квалиметрия недр». Каждая из них достаточно подробно описана авторами монографии. Однако, при рассмотрении науки «Геометрия и квали-метрия недр» основное внимание было уделено только «Геометрии недр», а сущность «Квалиметрии недр» осталась нераскрытой

Прежде чем подвергнуть анализу объект, предмет, цель, применяемые методы и направления исследований, проводимых в рамках «Квалиметрии недр», рассмотрим соответствующий понятийный аппарат.

Принято считать, что квали-метрия (от латинского qualis - какой по качеству и от греческого

34

metreo - измеряю) - это отрасль науки, изучающая и реализующая методы количественной оценки качества продукции. С этой формулировкой согласны, по существу, и ведущие специалисты, занимающиеся проблемой повышения качества продукции и управления им. Так, проф. В.В. Бойцов определяет квалиметрию как область практической и научной деятельности, связанную с разработкой теоретических основ и методов количественной оценки качества продукции. А.В. Гличев считает, что квалиметрия - это научная область, объединяющая методы количественной оценки качества, используемые для обоснования решений, принимаемых при управлении качеством и стандартизации.

Проблема управления качеством продукции в горном деле достаточно подробно рассмотрена в работах члена- корреспондента РАН Д.Р. Каплунова, проф. Г.Г. Ломоносова, проф. Ф.Г. Грачева и других ученых. Так, в частности, Г.Г. Ломоносов под качеством продукции горной промышленности понимает [2] совокупность свойств продукции, определяющих степень ее пригодности для использования по назначению. По его мнению, качество продукции определяется исходными (природными) свойствами полезного ископаемого, которые с позиций потребляющего производства рассматриваются как полезные и вредные. Полезные свойства (содержание металла в руде, теплотворная способность угля, прочность щебня и пр.) определяют основное функциональное назначение ископаемого сырья. Вредные свойства полезных ископаемых (зольность угля, содержание фосфора и серы в железных рудах и пр.) усложняют технологический

процесс переработки и использования, удорожают стоимость продукта, часто приводят к ухудшению его эксплуатационных и потребительских качеств. Управление качеством продукции, по Г.Г. Ломоносову, это комплекс мероприятий организационно-технического и экономического характера, целенаправленно воздействующих на качество продукции.

Применительно к науке «Ква-лиметрия недр» эти определения имеют важное, но локальное значение, поскольку в недрах размещаются не только месторождения полезных ископаемых, но и другие виды ресурсов.

Академик АН СССР М.И. Агошков следующим образом классифицировал [3] ресурсы недр (георесурсы):

♦ комплексные месторождения твердых жидких и газообразных полезных ископаемых;

♦ горные породы вскрыши, размещаемые при открытой разработке месторождений в породных отвалах, часть которых может быть использована для получения строительных материалов, и раздельно складируемые в отвалах добытые забалансовые по качеству полезные ископаемые;

♦ отходы горно-обогатительного и металлургического производства, в том числе техногенные месторождения, а также отработанные воды, содержащие полезные ископаемые;

♦ глубинные источники пресных, минеральных и термальных вод;

♦ глубинное тепло недр Земли;

♦ природные и созданные человеком (техногенные) полости в земных недрах.

Для того, чтобы общество могло с пользой для себя (при определенной экономической конъ-

ГИАБ

юнктуре) использовать эти георесурсы, они должны обладать заданными потребительскими свойствами, к которым применима количественная оценка их качества. Только при выполнении этого условия, могут быть определены технология извлечения этого георесурса из недр и область его практического использования.

Так, например, чтобы скопление минерального вещества в недрах могло считаться месторождением, оно должно иметь не только определенное содержание полезного компонента, но и необходимое его количество, а также благоприятные для промышленного использования условия залегания.

Как отмечается в работе [1], «по мере изучения и освоения отдельные георесурсы с уточнением их свойств, количественных и качественных характеристик получают различного рода оценки (геологические, технологические, экономические, экологические и др.) и могут стать в зависимости от оценок конкретными объектами общественных отношений на рынке определенных товаров и услуг».

Представляется достаточно очевидным, что в процессе освоения какого-либо ресурса недр его природное качество претерпевает изменение. Это изменение может быть столь существенными, что в ряде случаев сделает нецелесообразным само освоение георесурса. Поэтому для отражения динамики этого процесса «Квалиметрия недр» должна, по-видимому, оперировать с двумя категориями качества: природным или первичным (in situ) и вторичным, характеризующим георесурс в определенный период времени на той или иной стадии его освоения.

Таким образом, выполненный анализ понятийного аппарата, связанного с проблемой квали-метрии, и вышеприведенные соображения теоретического характера позволяют определить «Ква-лиметрию недр» как область знаний, изучающую качество георесурсов, находящихся в природном состоянии (in sity), и за-

кономерности его изменения в процессе комплексного освоения и сохранения недр.

Объект исследований - георесурсы недр, качество которых изменяется в процессе их освоения.

Предмет исследований - закономерности изменения качества георесурсов, методы и технические средства, необходимые для вскрытия этих закономерностей.

Цель «Квалиметрии недр»-разработка теоретических основ, методологии и технических средств проведения ква-лимониторинга георесурсов (квалимет-рического мониторинга), т.е. системы наблюдений, позволяющей получить пространственные и временные количественные оценки качества георесурсов на различных стадиях их освоения.

Результаты квалимониторинга георесурсов используются при разработке технологических методов управления качеством георесурсов.

Для такого георесурса как «Месторождения полезных ископаемых» (первого по классификации М.И. Агошкова) эти вопросы можно считать в большей или меньшей степени решенными. Методология оценки первичного качества этого георесурса, должна, по нашему мнению, основываться на теориях горно-промышленной геологии и геометрии недр и, в частности, на геометрическом анализе геохимического поля. Как отмечает проф. П.К. Соболевский, «геохимичес-кое поле - это совокупность форм, свойств и процессов, связанных между собой единством своего геологического генезиса, являющегося прямым следствием совершавшихся и совершающихся в недрах процессов»

Методология оценки вторичного качества «Месторождений полезных ископаемых» должна использовать теоретический аппарат горно-промышленной гео-

логии и маркшейдерского дела. Технологические методы управления качеством полезных ископаемых при разработке месторождений полезных ископаемых открытым и подземным способами достаточно глубоко проработаны в трудах отечественных и зарубежных специалистов и широко применяются на практике.

Для второго и третьего видов георесурсов (по М.И. Агошкову), объединенных для удобства анализа под общим названием «Отвалы вскрышных и вмещающих пород, отвалы и склады забалансовых полезных ископаемых» категории первичного и вторичного качества также имеют большое значение, поскольку под влиянием природных условий района размещения этих георесурсов и других факторов происходит, как правило, ухудшение их первичного качества. Если же все-таки эти георесурсы предполагается вовлечь в эксплуатацию, то технико-экономические расчеты эффективности их использования должны основываться на вторичном качестве георесурсов. Методология оценки первичного и вторичного качества этих георесурсов принципиально не отличается от той, которая используется для оценки месторождений полезных ископаемых.

.Для четвертого вида георесурсов -«Глубинные источники пресных вод» категории первичного и вторичного качества георесурса отражают динамику изменения запасов и качества подземных пресных вод в результате освоения месторождений полезных ископаемых, техногенных загрязнений и других факторов. Методология оценки первичного и вторичного качества этого георесурса рассмотрена в ряде работ отечественных ученых и, в частности, в трудах члена-корреспондента РАН В.А. Мироненко [4]. Он отмечает, что при наблюдениях за гидрохимическим режимом подземных вод

35

контролируются следующие показатели:

♦ концентрация компонентов и соединений, входящих в состав сточных растворов, а также общая минерализация вод;

♦ качественные показатели, регламентируемые общими санитарно-гигиеническими требованиями к питьевым водам;

♦ прочие физико-химические и микробиологические характеристики, определяющие или отражающие условия развития полей загрязнения подземных вод;

♦ природные и техногенные индикаторы - маркирующие элементы, распределение которых характеризует особености подземной гидродинамики и условия взаимосвязи поверхностных вод с подземными.

Кроме того, особое место должно отводиться изучению параметров гидрогеохимических систем, контролирующих возможные сдвиги в общем химическом балансе подземных вод при их загрязнении.

Методология и технические средства изучения качества пятого вида георесурсов «Глубинное тепло недр Земли» разработаны еще недостаточно. Это связано с наличием на территории Российской Федерации лишь ограниченного числа районов с повышенным геотермическим режимом. Поэтому использование этого георесурса находится пока на опытной стадии. Однако, учитывая значительный интерес, который проявляется за рубежом к использованию глубинного тепла недр Земли, можно предположить, что в будущем и в нашей стране начнется широкая эксплуатация этого вида георесурсов. Следует отметить, что вопросы оценки первичного и вторичного качества термальных вод имеют весьма важное

значение, так как в них присутствуют вредные компоненты, обладающие коррозионными и токсичными свойствами, и их содержание в процессе эксплуатации может измениться неблагоприятным образом.

К шестому виду георесурсов по классификации М.И. Агош-кова относятся «Природные и техногенные полости в земных недрах». В связи с большим разнообразием видов использования этого георесурса требования к его качеству существенно различаются и, в ряде случаев, могут быть прямо противоположными. Так, например, хорошие фильтрационные характеристики массива горных пород являются весьма привлекательными для закачки промстоков и являются недопустимыми при организации подземных хранилищ воды, нефти и газа. В связи с многоцелевым использованием подземных пустот необходимо обобщить и классифицировать методы количественной оценки первичного и вторичного качества этого георесурса, а также участков недр, где этот ресурс расположен (или должен быть расположен).

Авторы работы [1] рассматривают и иные свойства недр в качестве георесурсов (поля тектонической напряженности и гравитационных сил, целики, защитные толщи, бальнеологические георесурсы и др.). Хотя их практическое использование в обозримом будущем вряд ли возможно, однако, исследования по определению требований к качеству этих георесурсов и методам его количественной оценки можно считать актуальными.

Проведенный анализ позволяет определить приоритетные направления научных исследований в области квалиметрии недр:

♦ обобщение и классификация показателей, характеризующих первичное и вторичное качество георесурсов различного вида;

♦ разработка научных основ и технических средств проведения квалимониторинга георесурсов;

♦ разработка методов оценки точности определения первичного и вторичного качества георесурсов;

♦ разработка научных основ прогнозирования изменения качества георесурсов в процессе их комплексного освоения.

Перечисленные направления отнюдь не исчерпывают тематику работ по проблемам квали-метрии недр. Возможно, с развитием технологий комплексного освоения георесурсов в ква-лиметрии недр возникнут новые проблемы. Но решения всех проблем квалиметрии недр должны иметь общую методологическую основу, предполагающую системное единство методов, используемых в геологии и гидрогеологии, геометрии недр и маркшейдерии, горной систе-мологии и геотехнологии для комплексного освоения ресурсами недр.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / РАН, АГН, РАЕН, МИА; Под ред. К.Н.Трубецкого.- М.: Изд-во Академии горных наук, 1997.

2. Ломоносов Г.Г. Формирование качества руды при открытой добыче. М.: Недра, 1971.

3. Агошков М.И. Развитие идей и практики комплексного освоения недр. - М.: ИПКОН АН СССР, 1982.

4. Мироненко В.А., Мольский Е.В., Румынин В.Г. Изучение загрязнения подземных вод в горнодобывающих регионах.-Л.: Недра, 1988.

© М.Е. Певзнер, В.Н. Попов