Введение к работе
Актуальность. Развитие современной цивилизации основано на минеральном сырье, получаемом из литосферы. Геологическая заданность расположения месторождений полезных ископаемых приводит к тому, что добывающие предприятия играют роль авангарда техногенного вторжения в естественную биоту Земли. Между числом месторождений и количеством находящихся в них запасов устанавливается довольно строгая математическая зависимость: чем крупнее месторождение, тем оно реже встречается, и, наоборот. Эта зависимость имеет универсальный характер и указывает на постоянно расширяющуюся перспективу увеличения числа маломасштабных месторождений. Именно поэтому величина и характер экологических последствий их освоения в значительной степени определяют условия изменения биотопов и возможности сохранения естественной биоты.
Разработка любого месторождения в экологическом плане всегда представляет собой развитие во времени и пространстве природно-технической системы, в которой обе составляющие находятся в антагонистическом противоречии. При этом все экологические ограничения определяются законами развития природы, а возможности выполнения этих ограничений связаны с особенностями и свойствами применяемых геотехнологий. Поэтому в рамках поиска общей концепции совместного и бесконфликтного развития техно- и биосферы особую актуальность приобретает проблема коренного изменения самого подхода к созданию геотехнологий и формирования концептуально новой методологии их построения на принципах устранения причин экологических опасностей.
Объект исследований – процесс совершенствования природно-технических систем освоения маломасштабных месторождений.
Предмет изучения – изменение геотехнологии в условиях ужесточения экологических ограничений.
Цель диссертации – обосновать геотехнологические методы повышения экологической безопасности подземного освоения маломасштабных рудных месторождений.
Идея диссертации заключается в том, что в природно-технических системах подземной разработки месторождений защита природной составляющей обеспечивается путем трансформации принципов её функционирования в техническую составляющую.
Основные научные задачи:
исследование структуры природно-технических систем освоения маломасштабных месторождений и особенностей взаимодействия их природной и технической компонент;
обоснование требований к геотехнологиям в условиях экологического императива и биогенных путей их выполнения;
разработка методологии трансформации биогенных принципов в геотехнологию;
обоснование и исследование способов реализации биогенных принципов построения экогеотехнологий подземного освоения маломасштабных месторождений;
создание методических основ оценки экологических и экономических последствий применения экогеотехнологии.
В работе использован комплексный метод исследований: анализ и обобщение материалов литературных и фондовых источников, структурно-функциональный анализ и синтез, графоаналитический и гомеостатический методы, натурный эксперимент и аналитическая обработка его результатов.
Защищаемые научные положения:
определение понятия маломасштабного месторождения должно включать в себя экологическую составляющую в виде ограничения размера зоны техногенного поражения естественной биоты условиями развития процесса самовосстановления фитоценоза по короткопроизводному циклу;
экологическая безопасность природно-технических систем освоения маломасштабных месторождений определяется степенью единообразия принципов функционирования природной и технической составляющих этих систем;
при разработке маломасштабных месторождений выбор рациональных параметров экогеотехнологии определяется не только общепринятыми горногеологическими факторами, но и величиной показателя сложности формы рудных тел и степенью его анизотропии по падению и простиранию;
экогеотехнология освоения маломасштабных месторождений, построенная по биоинженерным принципам, даёт возможность изменения структуры экологического воздействия на естественную биоту и устранения наиболее опасных для биоты техногенных факторов.
Достоверность научных положений подтверждается соблюдением преемственности в отношении научных положений, обоснованных учеными-предшественниками и апробированных в процессе многолетнего применения в науке и практике; надёжностью применяемых традиционных методов исследований; достоверностью и представительностью используемой в расчетах информации; апробацией результатов на производстве и в широком кругу специалистов.
Научная новизна основных результатов диссертации заключается в теоретическом и методическом обосновании геотехнологических путей обеспечения экологической безопасности освоения маломасштабных месторождений.
В работе впервые:
систематизированы особенности строения природно-технических систем освоения маломасштабных месторождений, определяющих характер экологических последствий;
разработана классификация техногенных факторов горного производства при разработке маломасштабных месторождений;
установлены закономерности обращения вещества литосферы в процессе разработки маломасштабных месторождений;
обоснованы биоинженерные принципы построения экологически безопасных подземных геотехнологий
разработана методика количественной оценки изменчивости формы рудных тел жильного типа, выбора технологии очистных работ и параметров очистной выемки;
предложены концепция экологической цены продукции горного производства, метод её определения и критерий оценки степени экологической безопасности геотехнологии.
Научное значение диссертации. Разработан новый подход к решению проблемы экологической безопасности освоения маломасштабных месторождений, основанный на биоинженерных принципах построения геотехнологий и созданы теоретические основы выбора параметров этих геотехнологий с учётом локальной изменчивости формы рудных тел и неравномерности их оруденения.
Практическое значение диссертации заключается в создании типоразмерного ряда вариантов систем разработки с выемкой руды по простиранию, в конструкции которых учтены как технико-экономические требования, так и экологические ограничения.
Результаты работы могут быть использованы:
в практике научно-исследовательских и проектных институтов, связанных с проблемами освоения маломасштабных месторождений;
в практике оперативного руководства природоохранной деятельностью на предприятиях;
в качестве методического обеспечения при организации учебного процесса при подготовке специалистов в области геоэкологии и геотехнологии.
Личный вклад автора состоит: в выборе и научном обосновании методов исследования, разработке технологических способов реализации биогенных принципов построения экогеотехнологий подземного освоения маломасштабных месторождений, научной интерпретации полученных результатов и проведении промышленных испытаний технологии выемки жил вертикальными прирезками по простиранию. Все результаты, включенные в диссертацию, получены лично автором и с достаточной полнотой отражены в публикациях.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований обсуждались на научных конференциях и симпозиумах: "Проблемы геотехнологии и недроведения (Мельниковские чтения)" (Екатеринбург, ИГД УрО РАН, 1998), "Экологобезопасные технологии освоения недр Байкальского региона" (Улан-Удэ, 2000), "Научные и практические аспекты добычи цветных, редких и благородных металлов" (Хабаровск, ИГД ДВО РАН, 2000), "Физические проблемы разрушения горных пород" (Абаза, 2003), "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, РГГРУ, 2005), "Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых" (Москва, РГГРУ, 2006), "Неделя горняка" (Москва, МГГУ, 1999-2007).
Публикации. Результаты исследований отражены в 23 опубликованных работах; в изданиях, рекомендованных ВАК – 13. Новизна технологических решений защищена авторским свидетельством СССР и патентом РФ.
Структура и объем работы. Диссертация работа изложена на 162 страницах текста и состоит из введения, четырёх глав, заключения. Содержит 32 рисунка, 19 таблиц, список литературы из 119 наименований.
