CC BY
38
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 99» МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99_______
Д.П. Лобанов, проф., Н.Г. Малухин, проф., МГГА
ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ УРАНОВАЯ ШКОЛА мОСКОВСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНОЙ АКАДЕМИИ
Рождение, становление и развитие новой ветви в науках о Земле органически связаны с историческими событиями в мире начала ХХ века, всей логикой научно-технической революции, естественными появлениями новых идей, стимулирующий прогресс цивилизации, коэволюцию человека и биосферы.
Значение открытия явления радиоактивности (1896 г., Бекке-рель) первым в мире оценил (1922г.) академик В.И. Вернадский. Он прозорливо указал не только на огромные созидательные возможности атомной энергии, но одновременно ставил вопрос: «Сумеет ли человек воспользоваться этой силой, направить на добро, а не на самоуничтожение? Дорос ли он до умения использовать эту силу, которую неизбежно должна дать ему наука?
И это сказано за 23 года до атомного варварства США в Хиросиме и Нагасаки (1945г.), начавшегося атомного шантажа и суровой необходимости в кратчайшее время обеспечить безопасность Родины надежным атомным щитом.
Хотя первая урановая руда в России и была получена еще в 1918 г. (рудник Тюя-Муюн), в 1932 г. был открыт уран в Майли-су, а с 1943г. осуществлялась добыча на Табашарском руднике, урана нам катастрофически не хватало и практически не было разведанных его запасов.
Лучшие геологи, горняки, металлурги были мобилизованы на решение острейшей сырьевой задачи, но специалистов очень недоставало и тогда была организована их специальная подготовка в ряде вузов страны.
Ровно 50 лет назад (1949 г.) в б. Московском институте цветных металлов и золота им. М.И. Калинина (МИЦМиЗ) на вновь образованных кафедрах Подземная разработка месторождений редких и радиоактивных металлов (зав. кафедрой проф. Попов Г.Н.) и Геологии, минералогии и разведки месторождений руд редких и радиоактивных элементов (зав. кафедрой проф. Стрелкин М.Ф.) по специальному учебному плану началась целевая подготовка горных инженеров-геологов и горняков, а на металлургическом и технологическом факультетах (акад. Боч-вар А.А. и проф. Мурач Н.Н.) -инженеров по переработке уранового сырья.
В августе 1963 г. геологи и горняки из МИЦМиЗ в полном составе были переведены в Московской геологоразведочный институт им. Серго Орджоникидзе (МГРИ) где и продолжают свою деятельность сегодня.
Своевременно предпринятые государством энергичные меры позволили за короткий период 5060-х годов на территории б. СССР разведать столько запасов урана, сколько имел весь остальной мир вместе взятый. На их базе были построены первоклассные рудники и заводы, а также с помощью наших специалистов созданы урановые предприятия в б. ГДР и Чехословакии, Болгарии, Румынии.
Уранодобывающая отрасль, возглавляемая выдающимся государственным деятелем, талантливым металлургом Е.П. Славским (выпускник МИЦМиЗ, 1933г.) не только вобрала тогда все лучшее из мировой и отечественной практики, но стала генератором новейших уникальных технологий в
разведке, добыче и получении урана, включая использование огромной энергии его атомов в народно-хозяйственных целях.
Шестидесятые годы в развитии сырьевой базы урана ознаменовались научным обоснованием перспективности гидрогенных урановых месторождений разработкой их методом скважинного подземного выщелачивания (СПВ). В этом событии огромная роль принадлежала П.Я. Антропову (выпускник МГРИ, 1932г.), работавшим заместителем министра у Е.П. Слав-ского. Этот уникальный тандем металлурга и геолога, их удивительное предвидение огромных экономических, экологических и социальных преимуществ нового направления в добыче урана, энергичная поддержка инициативы ученых, производственников позволили СПВ занять достойное место в уранодобывающей отрасли.
Урановые месторождения Дев-ладово (Украина) и Уч-Кудук (Узбекистан) были пионерными в постановке, проведении исследований и их промышленном освоении на территории б. СССР. Главный инженер Новоийского горнометаллургического комбината (НГМК) А.П. Щепетков, главный гидрогеолог Величенко А.М., инженеры Якушев Н.А., Петросян С.О., Лунев Я.И. в 1960 г. обосновали, в 1962 г был введен в эксплуатацию опытный участок СПВ на залежи №30, а в 1963 г. эти работы по новейшей технологии приобрели масштабы промышленного рудника. Высокие техникоэкономические показатели, экологичность, высокий уровень безопасности работающих на СПВ позволили НГМК сегодня осуществлять добычу урана только этим, геотех-
нологическим способом, отказавшись полностью от традиционных.
Отметим, что творческий поиск замечательного производственника, горного инженера А.П. Щепет-кова в 1971 г. воплотился в блестяще защищенную кандидатскую диссертацию первую по проблеме скважинного подземного выщелачивания.
Для работы на комплексах СПВ требовались специально подготовленные инженеры и в 1963 г. МГРИ выпустил первых гидрогеологов-геотехнологов, включился в научно-исследовательские работы в этой области, развернул широкую помощь производственным предприятиям усилиями созданной в 1971 г. единственной в России и мире кафедры Геотехнологии руд редких и радиоактивных металлов (зав. кафедрой проф. Лобанов Д.П. до 1992 г. ив настоящее время зав. кафедрой проф. Малухин Н.Г.).
За 28 лет (1971-1999 гг.) ка- 1 федра Геотехнологии МГГА выкристаллизовалась в уникальный учебно-научно-методический центр подготовки горных инженеров-геотехнологов, способных осваивать месторождения и техногенные образования урана, редких, цветных металлов, золота, алмазов, ряда нерудных полезных ископаемых, постановки научных поисков во все расширяющейся области геотехнологических методов (ГТМ), воспитании молодой научной смены в новом направлении в науках о Земле, оказании помощи заинтересованным отечественным и зарубежным вузам и предприятиям.
Дипломы горных инженеров-геотехнологов в МГРИ-МГГА получили более 400 соотечественников, а также студенты из Болгарии, б. Чехословакии, Германии, Венгрии, Монголии, Китая, Югославии. Ливии. Высокий профессиональный уровень их подготовки базируется на естественнонаучных, общеинженерных и горногеологических циклах дисциплин, научно-творческой и практической системе обучения. Вся программа
обучения изначально ориентирует на создание ресурсосберегающих экологически чистых безотходных наукоемких технологий. обеспечивающих безопасные и комфортные условия жизнедеятельности, принципиально отличные от труда на карьерах и рудниках с традиционный технологией.
Большое место в обучении и научной работе занимают проблемы устойчивого развития современного минерально-сырьевого комплекса (МСК), мониторинга природной среды, менеджмента, создания и функционирования малых акционерных, разведочноэксплуатационных геотехнологи-ческих предприятий в условиях складывающихся рыночных отношений.
Фундаментальные знания и практические навыки горных ин-женеров-геотехнологов реализуются в широком поле МСК по нескольким направлениям: Геотехнологическое выщелачивание металлов (ГВМ).
В настоящее время ГВМ осуществляется и ведутся изыскания в следующих вариантах:
♦ скважинное подземное выщелачивание (СПВ);
♦ шахтное подземное выщелачивание (ШИВ);
♦ кучное выщелачивание (КВ);
♦ бактериальное выщелачивание (БВ);
♦ комбинированное СИВ, ШИВ, КВ и БВ;
♦ комбинирование традиционных способов разработки и ГВМ.
Объектом этих технологий сегодня являются урановые гидрогенные и полиэлементные месторождения со сложными горногеологическими условиями и недоступные для эффективной отработки традиционными способами. Иолучение металлов из бедных, беднобалансовых и забалансовых руд и минерализованного литохимического ореола залежей на действующих и погашенных карьерах и рудниках, а также из техногенных минеральных образований (отвалов вскрыши и разубоженной рудной горной массы, эфельных и галечных отвалов дражных поли-
гонов, хвостов обогатительных фабрик, вторичных продуктов горно-металлургических производств и другие источники метал-лосырья).
2. Скважинная гидротехнология (СГТ), охватывающая значительную сферу приложения труда и ума человека:
♦ скважинная гидродобыча
(СГД),
♦ подземное растворение солей (ИРС),
♦ подземная выплавка серы (ИВС),
♦ подземная газификация углей (ИГУ),
♦ скважинное гидравлическое технологическое опробование (СГТО),
♦ разуплотнение горных пород (РГИ),
♦ освоение тепловой энергии недр земли - геотермальные технологии (ГТТ),
♦ гидроподъем и гидропневмотранспорт (ГПМ),
♦ комбинирование СГТ и ГВМ. Область применения СГТ уже
довольна широка и постоянно расширяется. Иолучены практические результаты СГД фосфоритов, титан-цирконовых песков, богатых железных руд, асфальтитов, полиметаллических руд кор выветривания, янтаря, россыпного золота, угля, отбор крупномасштабных технологических проб разведуемых месторождений, интенсификация ГВМ и нефтегазодобычи проходкой протяженных коллекторов, сооружение подземных емкостей, свай фундаментов, противофильтрационных экранов, дренажных систем, крепление грунтов. Использование энергии искусственного создаваемых вихревых потоков открыли возможность на принципиально новой основе решать задачи очистки подводных объектов от илистых и других отложений, углубление и планировку русел рек, раскольмата-тацию скважин различного назначения, интенсификации геотехно-логических процессов.
3. Иереработка продуктов геотехнологии (продуктивных рас-
творов, гидросмесей, газо-жидких и других систем) с использованием современных гидрометаллургических методов, безфильтраци-онно-сорбционных процессов и экстракционного аффинажа, биологического и электрохимического выщелачивания, а также извлечения металлов из минеральных образований в воздушной и водных средах. Этот раздел в науке и практике является не только органической составляющей, но и во многом определяющим экологоэкономическую эффективность геотехнологии.
4. Снижение трудоемкости технологических процессов в горно-геологическом производстве на основе новых идей и созданных на их основе агрегатов.
Геотехнологичесие отечественные объекты, специализированные отраслевые научные лаборатории и проектные институты, а также аналогичные подразделения в Германии, Болгарии, Чехословакии, Венгрии были прекрасной производственно-научной базой кафедры Геотехнологии для развития геотехнологических методов, подготовки инженеров и научных кадров геотехнологов. Вобрав все ценное, что было известно в мире, за сравнительно короткое время напряженных и, одновременно увлекательный творческий труд молодых исследователей увенчался фундаментальными и прикладными научными работами и защищенными диссертация, внесшими заметный вклад в геотех-нологическую науку и практику.
В рамках статьи невозможно дать хотя бы краткую оценку вклада каждого геотехнолога в нашу школу и потому упоминаются лишь их имена и общая итоговая характеристика полученных результатов.
В области геотехнологического выщелачивания металлов в нашей научной школе стали признанными докторами технических наук Лунев Л.И., Абдульманов И.Г., Сергиенко И.А., Бчко Э.А., Тедеев М.Н., Гольдмана Е.Л.. Отдельные аспекты проблемы ГВМ были ус-
пешно решены в кандидатских диссертациях Осмоловского И.С., Каше М.Н., МаркеловаС.В., Пучкова Н.А., Толкунова Б.Я., Дуду-калова П.П., Давыдова В.Н., Попова Н.Г., Попова В.Н., Лобанова П.Д., Замазкина Н.А., Саенко В.Ф., Рудакова В.М., Дорожкина
В.М., Пискунова С.А., Созонова
А.Г., Абрамова В.А., Марченко И.В., Волкова В.П., Бикбаева Я.Ш., Рысева В.П., Пеньковского О.В., Дорошенко А.И., Атакулова Т., а также наших воспитаников из Болгарии - Табакова В.Т., Мирчева Д.А., Монасиева М.С., Марчева Х.Н..
Трудами этих ученых, горных инженеров - геотехнологов, на основе обобщения богатейшего опыта развития ГВМ, раздвинуты границы области его эффективного применения, дана научно обоснованная геотехнологическая классификация систем разработки рудных урановых месторождений, расширена область графо-аналити-ческого прогнозирования основных показателей добычи металла, условий применения, физикохимических основ исследований процессов выщелачивания.
Повышению эффективности СПВ на предприятиях НГМК способствовали прогнозирование влияния фильтрационного потока в гидродинамической ячейке, использование противосуффозион-ных свойств пород продуктивного горизонта, интенсификация процесса выщелачивания генерируемыми пневмоизлучателями в гео-технологических скважинах, про-стрелочно-взрывным воздействием в прифильтровой зоне и ряд других мероприятий.
Большой вклад внесен в разрешение проблемы разработки методом ПВ пологозалегающих пластовых гидрогенных рудных залежей, приуроченных к песчаноглинистым породам небольшой мощности с отностительно низким содержанием урана и большим забалансовым ореолом, частым переслаиванием рудных и безрудных контрастных, по степени проницаемости, пород, со сложными
гидрогеологическим условиями и жесткими экологическими требованиями на месторождении Ке-нигштейн (Германия).
В тесном творческом содружестве с производственниками (Кротков В.В., Алексеенко П.Д., Коваленко Е.С., Климов М.Ф., Дорожкин В.И.) была разработана и внедрена технология ИВ без предварительной буро-взрывной подготовки рудного массива скальных урановых месторождений фильтрационным потолком реагента с секционной подачей рабочих и приемом продуктивных растворов в веерах восстающих (нисходящих) скважин на Быкогорском урановом месторождении и на аналогичных урановых объектах Болгарии.
Иоиски путей повышения эффективности добычи урана методом ИВ привели к разработке промышленной технологии гидравлического разрыва пород продуктивного горизонта и гидравлического разрушения, что одновременно позволило расширить область применения этой перспективной технологии ИВ.
Для условий урановых месторождений Тоюрингии (Германии) была решена задача интенсификации процесса извлечения урана при кислотном кучном выщелачивании карбонатных руд с повышенным содержанием сульфидов. На основе улучшения инфильтрации растворов реагента на крупномасштабном отвале забалансовых руд Ириаргунского горнохимического комбината представилось возможным стабилизировать круглогодичную работу этого участка.
Метод КВ урана был успешно перенесен на извлечение золота и серебра из руд Васильковского золоторудного месторождения и проведены лабораторные исследования по разработке новых технологических схем и режимов КВ на Воронцовском месторождении золотосодержащих окисленных руд.
В развитие скважинной гидротехнологии (СГТ) большой вклад внесли своими трудами доктора
технических наук - геотехнологи Бабичев Н.И., Малухин Н.Г., Черней Э.И., а также Брюховецкий О.С., Дробаденко В.И., Лимитов-ский А.М., и кандидаты технических наук - геотехнологи Истошин
С.Ю., Бычков М.И, Кастуев О.М., Кошкалда К.Н., Сысоев В.Н., Га-рифулин В.В., Дмитриев В.А., Шишкин В.И., Мамилов В.В., Мартиросян В.Н., Юройц А.В., Марчев С.В., Кройтор Р.В., Куры-лев А.И., Арбатский М.В., Крикунов М.В., Фролов И.А., Балаев
В.А., Абрамов Г.Ю., Богданов О.Е., Любич Ю.Ю., Федюкин А.Ю., Фомин Ю.Б., Вильмис А.Л., Китаева Т.С., Китаев И.И., Малухин Г.Н.
На первом этапе были разработаны и предложены элементы гидромеханизации при освоении сложного пластового глубокозале-гающего уранового месторождения «Степное», осуществлен предложенный гидромеханизированный способ подготовки и отработки роллового участка урановой залежи месторождения «Сабырсай», решена задача вовлечения в разработку забалансовых руд, практически проверена эффективность механо-гидравлической технологии на маломощных пластах.
Развернутые масштабные работы на Мангышланском урановом месторождении глинистых руд с костными остатками ископаемых рыб позволили исследовать параметры поточной однолинейной скважинной гидротехнологии, особенности проявления горного давления и предельные размеры обнажения кровли камеры, установить оптимальную область применения СГД урана из гидрогенных месторождений по фактору управления горным давлением, определить разрушающие и транспортирующие возможности гидромониторных струй добычных агрегатов.
Очень важным звеном в программе развития СГД явились глубокие теоретические и экспериментальные исследования взаимосвязанных гидродинамических процессов гидравлического раз-
рушения, гидротранспорта, пуль-поприготовления и подъема гидросмесей, совершенствования и повышения КИД гидроэлеваторного подъема.
Одновременно велись поиски и разрабатывалось технологическое обеспечение СГД золотосодержащих песков, исследовались условия их размыва и качества очистной выемки, уровень извлечения тяжелых металлов с помощью кольцевых эжекторов, возможности извлечения золота из талых и мерзлых россыпей.
Все теоретические исследования прошли широкую опытнопромышленную проверку на уникальном комплексе СГД карьерного поля №5 Мангышлакского участка с использованием оригинальных гидродобычных агрегатов ГДА-6 с эффективным радиусом гидроразрушения 10-12м. Крупномасштабные опытно-
промышленные работы по технологии СГД прошли на Верхнеднепровском титано-цирконовом месторождении, югославским горнякам была оказана помощь в осуществлении скважинной гидродобычи кварцевого песка на руднике «Колубара».
На кафедре была выдвинута идея, затем воплощена в технологию и прошла опытно - промышленную проверку использования средств СГД для отбора крупномасштабных геологических проб на разведуемых месторождениях. На Загорской экспериментальнопроизводственной базе кафедры в кратчайшие сроки был спроектирован и создан мобильный комплекс геотехнологического опробования (КГТО-50), давший положительные результаты на раз-ведуемом месторождении алмазов в Архангельской области. Ири отборе технологических проб с глубины 60 м на алмазной трубке «Карпинского-2», представленной автолитовых брекчий, полностью подтвердились предварительные расчеты и большие экономикотехнологические возможности этого метода.
Эта удачная пионе5рная работа послужила хорошим стимулом для широкого использования новой технологии скважинного гидравлического опробования (СГТО) при разведке месторождений самых различных полезных ископаемых. Так, методом СГТО были взяты технологические пробы: ти-тан-цирконовых песков (1700 т) на Туганском месторождении с глубины 50 м; богатых железных руд (около 3000 т) на Большетроицком месторождении КМА с глубины 600-800 м; полиметаллических руд с глубины 50 м из кор выветривания Жна-Аркалыкского месторождения; цирконовых песков на Лукояновском и Тарском месторождениях; асфальтитов в Оренбургской области; фосфатных пород (80 т) с глубины 54 м Унеч-ского рудно-россыпного поля в Брянской области и на других объектах.
Над решением проблем повышения эффективности обогащения и переработки продуктов геотехнологии работали доктор технических наук Небера В.И., доценты, кандидаты технических наук Горюшкина С.Я., Машьянова А.В., Андреева Г.С., Верникова Л.М. и их ученики, кандидаты технических наук Ребриков Д.Н., Четилин Б.С., Алабян И.И., Блудау М.Н., Крюков Е.Н., Ковалев А.А., Лавров А.Ю., Гелев Д., Хан ен Чор.
Их усилиями найдены новые решения интенсификации процессов ИВ и КВ с помощью водорастворимых линейных полимеров (флокулянтов), разработаны мембранные методы выделения металлов из продуктивных растворов, предложены аналоговое и компьютерное моделирование систем орошения и фильтрации растворов ИВ, селективная флокуляция тонких шламов, новые типы моноблочных и колонных флото-машин, применение поверхностно-активных веществ, существенное расширение области применения бактериального выщелачивания в различных геотехнологиче-ских методах.
Существенное место в деятельности школы занимали задачи снижения трудоемкости технлоги-ческих процессов в горно-
гелогическом производстве. Трудами докторов технических наук Экомасова С.И., Бейлина Ю.А., воспитанников кафедры кандидатов технических наук Фонбер-штейна Е.Г., Сокорева А.В., Шлайфера С.М.. Дерябина О.Е., Садыкова Г.С., Шендерова В.И., Лебедева А.А., Идмаркова О.В. были исследованы параметры и эффективность созданных газоимпульсных установок при разработке россыпных месторождений золота, внедрены на ряде предприятий установки с ударно-импульнсным приводом при рыхлении, проведении геологоразведочных канав, шурфов в мерзлых породах, а также при дроблении негабаритов и валунов в карьерах и разрезах. Выявлены закономерности инициирования детонационных волн в бензино-воздушных смесях в трубах малого диаметра и в камерах большого объема на базе чего разработаны основы аналитического проектирования импульсных газодинамических машин для геологоразведочных и горных работ.
Одним из итогов работы этой группы молодых ученых явилось образование нового научного направления и создание научнотехнического центра «Силовых импульсных систем» в МГГА.
Огромный и эффективный научно-производственный опыт б. СССР по добыче урана и редкоземельных элементов геотехнологи-ческими методами сегодня, в конверсионных условиях работы Минатома России, кафедрой трансформируется для добычи золота. серебра, меди, цинка, свинца, железа, марганца, титана и других металлов, а также неметаллических ископаемых - алмазов, фосфоритов, солей, угля, битумов, янтаря, песка, гравия.
Для уранодобывающей отрасти России в плане Федеральной целевой программы «Уран России» на
кафедре продолжаются исследования методов СИВ, новых конструкций и технических регламентов систем ИВ урана из руд в естественном залегании с более глубоким изучением и максимальным учетом структурных особенностей рудных массивов.
Ирорабатываются для конкретных промышленных объектов концепция комбинирования традиционных способов разработки и геотехнологических методов, технологические решения извлечения металлов из отвалов дражных полигонов и рудников, хвостов обогатительных фабрик, а также техногенных минеральных образований в воздушных и водных средах.
Дальнейший поиск путей развития СГТ на кафедре идем в русле:
♦ реализации новых подходов научного прогнозирования сопутствующих гидротехнологии аэро-гидродинамических явлений;
♦ аналитического обоснования закономерностей распространения струйных течений общей структурной формы и предельной транспортирующей способности потока при непрерывном и цикличном режимах перемещения твердого;
♦ обоснования эффекта эжекти-рования на образование герметичного водяного поршня в камере смешения, что в динамике развития процесса создает максимально возможное разряжение, соответствующее предкавитационному, с учетом потерь в линии всасывания и физического состояния жидкости;
♦ углубления, преложенной ранее, базовой физико-аналитичес-ческой модели процесса эрлифти-рования твердых частиц, в которой адекватно отражается природное явление непрерывного пространственного обмена между всплывающим газом и средой всплывания, объемного вытеснения и структурного обтекания пузыря потоком;
♦ повышение эффективности скважинных геотехнологических методов созданием устойчиво уп-ралвляемого балансного гидроди-
намического равновесия потоков в процессах пульпоприготовления и всасывания.
В этом направлении обновляются лекционные курсы и лабораторные работы, издаются новые учебные пособия, совершенствуется в целом методика учебнонаучного процесса, расширяется аспирантура и связи с производственными, научно-исследовательскими организациями и вузами.
Важным итогом работы кафедры, ее геотехнологической урановой школы является подготовка и издания более 30 учебников и учебных пособий по всем двенадцати читаемым профилирующим учебным курсам, научной фонд страны получил около 700 опубликованных монографий и статей, более 400 авторских свидетельств на изобретения и около 60 патентов, зарегистрированных в России и многих зарубежных странах.
На пороге XXI века геотехно-логическая научная школа МГГА, отмечая достигнутое, осознает большой свой долг перед великими учеными соотечественниками Д.И. Менделеевым, В.А. Обручевым, А.Е. Ферсманом, и В.И. Вернадским, геотехнологические идеи которых совершенно недостаточно были востребованы в уходящем в историю XX веке.
Решение глобальных проблем жизнедеятельности на нашей планете Земля невозможно без коренного поворота Человека к призыву академика Владимира Ивановича Вернадского о превращении биосферы в сферу разума, то есть ноосферу.
XX столетие по праву мы можем связать в научном плане с именем Владимира Ивановича Вернадского и всей силой Разума обеспечить возможность прогресса цивилизации, коэволюцию человека и биосферы. Для геотехнологов МГГА эта задача стала смыслом творческой жизни.
© Д.П. Лобанов,. Н.Г. Малухин
