CC BY
43
УДК 622
ОБОСНОВАНИЕ ГОРНОЙ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ КАК НОВОЙ
СМЕЖНОЙ НАУЧНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
RATIONALE OF MINING ENGINEERING GEOLOGY AS A NEW SCIENTIFIC
DISCIPLINE RELATED
Г.В. Секисов, Институт горного дела Дальневосточного отделения
Российской академии наук, г. Хабаровск alexsoboll@mail.ru
G. Sekisov, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences, Khabarovsk
Публикация посвящена постановке и исходному обоснованию горной инженерной геологии в качестве новой научной дисциплины в системном комплексе смежных горно-геологических наук и, прежде всего, как важной составляющей общей инженерной геологии.
Представлен структурированный состав самой инженерной геологии, как, своего рода, «материнской» научной дисциплины, а также горной инженерной геологии в качестве ее научной субдисциплины.
Отмечен вклад известных отечественных ученых в развитие и использование основных положений инженерной геологии Ф.П. Саваренского, Г.Н. Каменского, М.М. Филатова, H.H. Маслова, И.В. Попова, Е.М. Сергеева, М.П. Семенова и других, которыми косвенно предопределены отдельные важные положения для формирования горной геологии
Ключевые слова: инженерная геология, горная инженерная геология, научная дисциплина, новая научная дисциплина, состав общей инженерной геологии, состав горной инженерной геологии, научные направления, научные субдисциплины, смежные научные дисциплины и субдисциплины
The publication is devoted to the formulation and justification of the original mining engineering geology as a new discipline in the system related complex geological sciences, and above all, as an important component of general geology.
The very structured composition of engineering geology, as a kind of «parent» a scientific discipline, as well as mining engineering geology as its scientific sub-discipline is presented.
The contribution of Russian scientists in the development and use of the main provisions of engineering geology F.P. Savarensky, G.N. Kamensky, M.M. Filatov, N.N. Maslov, I.V. Popov, E.M. Sergeeva, M.P. Semenov and some other well-known Russian scientists, which indirectly predestined some important provisions for the formation of Mining Geology is paid attention to and described in the article
Key words: Engineering Geology, Mining Engineering and Geology, scientific discipline, new scientific discipline, composition of General Engineering Geology, Rock Engineering Geology, research areas, research disciplines, related scientific disciplines and sub-disciplines
Современным геологическим и горным наукам, как и ряду других наук, свойственна перманентная интеграция и их дифференциация, хотя с меньшими темпами по сравнению, например, с физическими, биологическими и некоторыми другими естественными науками.
В меньшей степени подвергнута данному процессу инженерная геология, как важная составляющая геологических наук, хотя ее дифференциация в современных условиях неизбежна и в определенной мере давно назрела. Это предопределяет необходимость и целесообразность постановки
и обоснования выделения в составе инженерной геологии, как горно-геологической науки, научных субдисциплин.
В связи с этим, инженерная геология должна рассматриваться как «материнская» научная дисциплина, в становление и развитие которой, как современной науки, большой вклад внесли отечественные ученые и в их числе Ф.П. Саваренский, Г.И. Каменский, Н.И. Маслов, И.В. Попов, Е.М. Сергеев, М.П. Семенов, М.Н. Филатов и др. [1].
Сущность и состав инженерной геологии определяются в ряде научных и
справочных работ. В частности, в «Горной энциклопедии» инженерная геология представлена как «наука о строении, свойствах и динамике геологической среды, об ее рациональном использовании и охране...» [1]. В соответствии с этим определением, возможно представить исходный состав общей инженерной геологии [2] как одной из мезогеологических дисциплин [3], причем в некоторых основных аспектах ее проявления.
В аспекте исходных научных дисциплин ее состав, как общей науки, схематически представлен на рис. 1.
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
Наука о строении геологической соелы
Наука о динамике геологической среды
Наука о свойствах геологической среды
Наука об охране геологической среды Наука о рациональном использовании геологической среды
Рис. 1. Схема исходного состава инженерной геологии как одной из мезогеологических наук, выделяемой в аспекте ее специфических объектов приложения
В то же время с позиций основных функций общей инженерной геологии и на основании [7] целесообразно представить ее исходный состав схемой на рис. 2.
ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
Инженерно-геологическая съемка
Инженерно-геологическое картирование Инженерно-геологическое районирование
Инженерно-геологическое опробование
Инженерно-геологические процессы
| Инженерно-геологические исследования
Инженерно-геологические изыскания
Рис. 2. Схема состава инженерной геологии в аспекте ее научно-практической функциональности
С позиций научно-производственного назначения общий состав инженерной геологии представлен автором в виде схемы (рис. 3), выделены в ней основные научные субдисциплины.
При этом в составе общей инженерной геологии, как горно-геологической науки, нами впервые выделяется научная специфическая субдисциплина — «Горная инженерная геология», которая становится в
дальнейшем главным предметом нашего рассмотрения и обоснования как новая наука.
Необходимость и целесообразность использования горной инженерной геологии в качестве новой научной субдисциплины предопределяется совокупностью ряда факторов и тенденций, к числу которых, в первую очередь, следует отнести:
— значительное сокращение месторождений твердых полезных ископаемых,
вовлекаемых в освоение и разработку, с относительно простым геологическим строением и инженерно-геологическими условиями;
— вовлечение в освоение месторождений со сложными инженерно-геологическими особенностями, требующими современного надежного научного обеспечения;
— отсутствие формирования (тем более, развития) горной инженерной геологии как фундаментально-прикладной науки и одной из смежных научных дисциплин в составе общей инженерной геологии, исходя из ее сущности и назначения.
ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
Строительная инженерная геология
Геологоразведочная инженерная геология
Мелиоративная инженерная геология
Средоохранная инженерная геология
Горная инженерная геология
Рис. 3. Схема исходного состава общей инженерной геологии в аспекте научно-производственных сфер ее применения
Как смежная горно-геологическая наука, горная инженерная геология в своем становлении, формировании и развитии должна иметь тесную связь с рядом других смежных научных субдисциплин общей инженерной геологии [1; 2; 3], а также горной геомеханикой [4], горнотехнологической геологией [5], горной геофизикой [6], горной геохимией [7], физикой горных пород и некоторыми другими научными дисциплинами и субдисциплинами.
Как общая понятийно-терминологическая категория, горная инженерная геология может быть представлена серией, своего рода, частных составляющих ее терминологических категорий: научная; научно-техническая; научно-производственная; горно-производственная и др.
Горная инженерная геология, как один из новых подразделов общей инженерной геологии, является специфической горно-геологической наукой о строении, свойствах, динамике, использовании и сохранении горно-геологической среды.
Объект изучения горной инженерной геологии — горно-геологические свойства, структура и изменения (динамика) разномасштабных природных, природно-техно-генных и техногенных образований горных пород при освоении и разработке месторождений полезных ископаемых.
Предмет изучения горной инженерной геологии — состав, структура, свойства горных пород локальных массивов, их изменение и поведение под влиянием горных работ и природных явлений, а также прогнозирование этих изменений и явлений.
Основные задачи горной инженерной геологии:
— изучение горно-геологических условий при осуществлении горных работ и разработке месторождений в целом;
— оценка этих условий в аспекте безопасности и надежности осуществления горных работ;
— изучение структуры, свойств и геодинамического состояния (включая напря-женно-доминированное) массивов горных пород, слагающих месторождение и его участки, с позиций определения их влияния на надежность и устойчивость во времени и производственном пространстве горно-геологических объектов;
— установление текущих и прогнозирование предстоящих геодинамических изменений в зоне осуществления горных работ;
— обеспечение безопасного осуществления горных работ на основе обоснованных и разработанных охранных инженерно-технических средств и методов.
Методической основой горной инженерной геологии являются теоретические
положения и предметные методы смежных научных дисциплин — геологии, горных наук и, прежде всего, горной геомеханики, физики, общей механики, математики и в определенных аспектах химии, а в наиболее тесной связи — мерзловедения, гидрогеологии.
Как и в общей инженерной геологии [1], основой горной инженерной геологии должна служить таксонометрическая система инженерно-геологических единиц.
При этом ее общий состав целесообразно определить на базе системного комплекса признаков (рис. 4).
КОМПЛЕКС БАЗОВЫХ ПРИЗНАКОВ
Структурные
Морфологические
Генетические
Интенсивность и характер геологических и техногенных процессов
Гидрогеологические Физико-географические
Петрографические
Рис. 4. Схема системно-иерархического комплекса основных признаков, предопределяющих общий состав единиц районирования горной инженерной геологии
Наиболее характерные признаки в области специализированного горного инженерно-геологического районирования связаны с открытым способом разработки месторождений. К ним относятся, в частности: физико-механические свойства горных пород; проявления горно-геологических процессов, тектоники и динамической геологии; основные параметры и структура массивов вскрышных пород; уровень об-
водненности эксплуатационных горизонтов месторождений и др.
В своем полиаспектном проявлении горная инженерная геология, как новая и специфическая научная дисциплина, может быть представлена рядом научных субдисциплин (рис. 5), выделяемых автором в аспекте ее основных исходных объектов изучения.
ГОРНАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
Горная инженерная геология горных пород и массивов
Горная инженерная геология разномасштабного районирования
Горная инженерная геология геодинамических процессов
Рис. 5. Схема основных общих научных субдисциплин горной инженерной геологии, выделяемых в аспекте исходных ее объектов
Объектом горной инженерной геологии горных пород и массивов являются скальные горные породы, а также почвы в пределах месторождений полезных ископаемых (как объектов освоения или разработки).
Горная инженерная геодинамика своим объектом имеет как геологические про-
цессы, так и техногенные, возникающие при воздействии горных работ на горно-геологическую среду месторождений.
Горная региональная геология (а точнее — горная регионально-локальная инженерная геология) в качестве своего исходного и общего объекта имеет площади и массивы горных пород, а также их
отдельные элементы, слагающие не только месторождение, но и непосредственно прилегающие к его границам территориальные блоки.
/По о
С позиций аква- и континентальной сред приложения горной инженерной геологии как науки ее исходный состав, представлен на рис. 6.
ГОРНАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
Акваториапьная горная инженерная геология
Континентапьно-акваториапьная горная инженерная геология
Континентальная горная инженерная геология
Рис. 6. Схема исходного состава горной инженерной геологии в аспекте среды ее приложения
С позиций общей функциональности исходный состав горной инженерной геологии (рис. 7) в определенной мере анало-
гичен таковому составу общей инженерной геологии.
ГОРНАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
Горная инженерно-геологическая съемка
Горное инженерно-геологическое картирование
Горные инженерно-геологические процессы Горные инжене
Горное инженерно-геологическое опробование Горное инженерно-геологическое районирование
Горные инженерно-геологические исследования эно-геологические
изыскания
Рис. 7. Схема исходного функционального состава горной инженерной геологии
Исходный состав горной инженерной геологии, как научной субдисциплины (на данном этапе ее постановки), с позиций
ее фундаментальности схематически представлен на рис. 8.
ГОРНАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ
Фундаментальная научная субдисциплина
Фундаментально-прикладная научная субдисциплина
~~Г1
Прикладная научная субдисциплина
Рис. 8. Схема общего состава горной инженерной геологии как научной субдисциплины
в аспекте уровня функциональности
Горное инженерно-геологическое лить по назначению, составу, содержанию, картирование целесообразно подразде- проявлению и масштабам.
По основному назначению горное инженерно-геологическое картирование подразделяется на:
1) горное инженерно-геологическое картирование общего назначения;
2) горное инженерно-геологическое картирование специального назначения;
3) горное инженерно-геологическое картирование узколокального назначения.
Карты общего назначения — многоцелевые, отражают горную инженерно-геоло-
гическую информацию о различных типах горнотехнологического освоения месторождения или его отдельных участков в целом.
Общий состав горных инженерно-геологических изысканий и горных инженерно-геологических исследований с позиций их функционального назначения схематически представлен на рис. 9 и 10.
ГОРНЫЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ
Горная инженерно-геологическая изыскательская съемка Горная инженерно-геологическая разведка («вскрытие геологического разреза»)
Горное инженерно-геологическое опробование
Горные инженерно-геологические стационарные наблюдения
Рис. 9. Схема исходного состава горных инженерно-геологических изысканий в аспекте функционального назначения
ГОРНЫЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Горная инженерно-геологическая исследовательская съемка
Горные геофизические исследовательские работы
Исследовательское апробирование
Горные инженерно-геологические полевые и лабораторные работы
Горное инженерно-геологическое | моделирование
Определение инженерно-геологических параметров горной гидрогеологии
Исследование горных инженерно-геологических процессов
Рис. 10. Схема общего состава горных инженерно-геологических исследований
в аспекте функциональности
Горные инженерно-геологические процессы — это совокупность горно-геологических процессов и явлений, которые возникают вследствие воздействия горнотехнических и технологических факторов на природные и техногенные объекты при освоении и технологических разработках месторождений полезных ископаемых.
Исходный состав данных процессов представлен схемой на рис. 11 по аналогии в определенной мере с таковыми общей инженерной геологии.
Прогноз и оценку горных инженерно-геологических процессов следует осу-
ществлять по аналогии их развития с геологическими процессами, возникающими в природных условиях. В определенной мере аналогичным образом следует разрабатывать классификации горных инженерно-геологических процессов и явлений и в целом горной инженерной геологии, в том числе ее защитных средств и методов.
При этом необходимо учитывать механизм самих процессов, причин возникновения, а также природную и техногенную среду, в которой они образуются и протекают.
Следует отметить, что с возрастанием природного и техногенного воздействия на
горные инженерно-геологические объекты бы и интенсивность непосредственных про-увеличивается количество типов, масшта- цессов и явлений.
ГОРНЫЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Возникновение оползней горных пород под влиянием горных работ
Интенсификация выветривания горных пород и локальных массивов
Прорывы хвостохранилищ и плотин, сооружаемых при освоении месторождений и обводнений
Просадки в горных породах Деформации горных пород и массивов под под влиянием горных воздействием природных и техногенных работ факторов при освоении месторождений
Рис. 11. Схема исходного состава горных инженерно-геологических процессов и явлений в аспекте их происхождения («генетический состав процессов»)
Горное инженерно-геологическое опробование осуществляется, главным образом, при выполнении горных инженерно-геологических изысканий. Оно направлено на установление исходных данных для определения состава, структуры, состояния и комплекса свойств самих горных пород и слагаемых ими разномасштабных природных и техногенно-природных
массивов как непосредственных объектов горных работ.
Состав горного инженерно-геологического опробования в основных аспектах его проявления представлен схематически на рис. 12 и 13.
С методических и технических позиций осуществления апробирования его состав представлен схемой на рис. 13.
ГОРНОЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОПРОБОВАНИЕ
т
Планирование Физико-техническое опробование
опробирования (технологическое опробование
или собственно опробирование)
1
Обработка и анализ результатов технологического опробования
Рис. 12. Схема общего функционального состава горного инженерно-геологического опробования
ГОРНОЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОПРОБОВАНИЕ
Полевые исследования природного массива горных пород (без отбора проб)
Г
Отбор проб
Лабораторные методы
Натурные наблюдения
1
Средства для отбора и исследования проб
Транспортировка проб
Хранение проб
Изучение проб
Рис. 13. Схема состава горного инженерно-геологического опробования в аспекте технологических стадий его осуществления
Горное инженерно-геологическое районирование — это предметно-последовательное разделение не только самой терри-
тории осваиваемого (предусматриваемого к освоению) месторождения полезных ископаемых, но и всего массива горных пород
на однородные единицы по инженерно-гео- с авторским дополнением исходный состав
логическим условиям. горного инженерно-геологического райо-
В определенной мере по аналогии с нирования в аспекте его общего назначения
составом общей инженерной геологии, но представлен схемой на рис. 14.
ГОРНОЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ
Г
Горное инженерно-
геологическое макрорайонирование
Горное инженерно-
геологическое мезорайонирование
Горное инженерно-геологическое локальное районирование
Рис. 14. Схема исходного состава горного инженерно-геологического районирования
в аспекте его масштабности
/По о
Системный комплекс научных направ- ной геологии в целом, представлен нами да-
лений, как основных составляющих данной лее в табличной форме. научной субдисциплины и горной инженер-
Научные направления, выделяемые в составе горной инженерной геологии и ее субдисциплин
Индекс Системный комплекс субдисциплин и их научных направлений
субдисциплины научные направления
А Горная инженерная геология горных пород и массивов природных и природно-тех-ногенных объектов I. Горная инженерная геология пород и массивов
II. Горная инженерная геология строительных грунтов в пределах месторождений
III. Горная инженерная геология растительно-почвенного покрова месторождений (грунтов)
Б Горные инженерно-геологические условия освоения месторождений I. Формирование и тенденции становления и развития горных инженерно-геологических условий
II. Взаимосвязи между составляющими горных инженерно-геологических условий и их установление
III. Горные инженерно-геологические условия при разработке месторождений
В Горное инженерно-геологическая геодинамика I. Горные инженерно-геологические природные процессы и явления
II. Горная инженерно-геологическая системология
III. Горные инженерно-геологические техногенные процессы и явления
Г Горное инженерно-геологическое прогнозирование I. Прогнозирование инженерно-геологических изменений условий освоения месторождений
II. Горное инженерно-геологическое прогнозирование процессов и явлений
III. Прогнозирование тенденций и особенностей развития горной инженерной геологии
Д Горное инженерно-геологическое районирование Общее районирование при освоении месторождений в целом
II. Районирование при открытой разработке месторождений
III. Районирование при подземном способе разработки месторождений
Е Горно-строительная инженерная геология I. Инженерная геология строительства открыто-пространственных сооружений
II. Горная инженерная геология строительства подземных сооружений
III. Горная инженерная геология строительства специальных сооружений
Ж Способы, средства и методы горной инженерной геологии I. Эксплуатационные техники и технологические методы горной инженерной геологии
II. Социально-экологические способы
III. Организационно-экономические методы горной инженерной геологии
При этом основу горной инженерной геологии, как горно-геологической научной субдисциплины, составляют выявление, изучение и предметно-системное использование закономерностей, а она сама предстает, в определенной мере, новой, весьма актуальной и сложной по своему составу и проявлению специфической смежной наукой.
Список литературы_
В связи с этим необходимо дальнейшее ее обоснование, формирование, развитие и практическая реализация результатов.
Таким образом, представленное обоснование горной инженерной геологии определенно свидетельствует о реальности новой смежной научной дисциплины геологического цикла о Земле.
1. Горная энциклопедия. М.: Изд-во «Советская энциклопедия». 1986. Т. 2. С. 140—142.
2. Сергеев Е.М. Инженерная геология. М., 1982. 245 с.
3. Секисов Г.В. Современный состав наук о Земле и актуальность их развития в Восточно-Российском регионе // Вестник ЗабГУ 2014. № 3. С. 39-48.
4. Секисов Г.В. Формирование междисциплинарного научного направления «Горнотехнологическая геомеханика // Вестник ЗабГУ. 2015. № 3. С. 70-77.
5. Секисов Г.В. Горнотехнологическая геология как новое научное направление в составе горной геологии // Вестник ЗабГУ. 2015. № 8. С. 39-48.
6. Секисов Г.В. Структурированный состав горной геофизики как современной горной науки / / Вестник ЗабГУ. 2015. № 9. С. 39-44.
7. Секисов Г.В. Постановка и обоснование горной геохимии как смежной научной дисциплины // Вестник ЗабГУ. 2015. № 10. С. 13-19.
List of literature_
1. Gornaya entsiklopediya [Mining Encyclopedia]. Moscow: Publishing house «Soviet Encyclopedia», 1986, t. 2, pp. 140-142.
2. Sergeev E.M. Inzhenernayageologiya [Engineering Geology]. Moscow, 1982. 245 p.
3. Sekisov G.V. Vestn. Zab.Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2014, no. 3, pp. 39-48.
4. Sekisov G.V. Vestn. Zab.Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2015, no. 3, pp. 70-77.
5. Sekisov G.V. Vestn. Zab. Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2015, no. 8, pp. 39-48.
6. Sekisov G.V. Vestn. Zab. Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2015, no. 9, pp. 39-44.
7. Sekisov G.V. Vestn. Zab. Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2015, no. 10, pp. 13-19.
Коротко об авторе _ Briefly about the author
Секисов Геннадий Валентинович, д-р техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, чл.-корр. НАН КР, зав. лабораторией, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск, Россия. Область научных интересов: Науки о Земле, горные науки, научные дисциплины и направления: горные технологии, минералопользование и недропользование aleхsoboll@mail.ru
Gennady Sekisov, doctor of technical sciences, professor, Honored Scientist of Russian Federation, corresponding member of National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, head of laboratory, Mining Institute, Far Eastern branch, Russian Academy of Sciences, Khabarovsk, Russia. Sphere of scientific interests: earth sciences, mining sciences, disciplines and areas: mining technology, mineral use and subsoil
Образец цитирования_
Секисов Г.В. Обоснование горной инженерной геологии как новой смежной научной дисциплины // Вестн. Забайкал. гос. ун-та. 2016. Т. 22. № 4. С. 29-37.
