Современные проблемы науки и производства в области горного дела
..pdfПрактически вся сфера материального производства служит цели ограждения человека от природной среды, от непосредственного с ней контакта.
Взаимодействие человек – природная среда раскрывается в реальности значительно более сложным образом, а именно: человек – искусственная среда – природная среда. Искусственная среда («вторая природа») как бы представляет человека, многократно увеличивая мощь и разнообразие его воздействия на естественную природу, повышая интенсивность преобразовательной деятельности.
Двойственная (биологическая и общественная) сущность человека предполагает двойственность в представлениях о факторах его уязвимости (или безопасности) со стороны изменяющейся в неблагоприятную сторону природной среды и недостаточной для существования при таких изменениях среды техногенной.
Объекты материального производства расширяют возможности человека как существа общественного, они же представляют собой компоненты среды его обитания как существа биологического, увеличивая роль негативных экологических последствий урбанизации.
Материально-техническая, экономическая и социальная значимость экологических взаимодействий с участием человека послужила отправным пунктом для дальнейшего развития экологии как науки, вследствие чего возникли новые понятия (одновременно и объекты изучения) – природно-техническая, социаль- но-экологическая, природно-экологическая, природно-экономическая системы и др., названия которых сконструированы по такому же принципу.
Для горных наук оправданно обобщение их всех понятием «геосистема», изучение которой может быть актуальным с производственной, технической, экономической, географической, социальной и других, в том числе и экологической, точек зрения в связи с освоением недр.
Важность в том, что для экологического изучения геосистем, уже не может считаться достаточным изучение локальных экологических взаимодействий системных элементов со средой «по одному», механическая сумма полученных таким образом научных результатов недостаточна для получения необходимых научных знаний. Геосистемы в освоении недр – целенаправленно развивающиеся объекты; параметры любой из них распределены территориально и во времени. В геосистемах имеет значение многоуровневое строение. Они, помимо этого, большие системы (с точки зрения числа взаимодействующих объектов) и сложные (с точки зрения разнообразия их видов, параметров состояния объектов, режимов функционирования – процессов, выражающих их существование – каждой из них, многообразия взаимосвязей элементов и аспектов рассмотрения).
Поэтому каждый результат локального изучения должен получать системную оценку с учетом состояния и развития всей геосистемы.
Рассматривая под этим углом зрения накопленные экологические знания, имеющие наибольшее значение для горных наук, следует отнести современный
141
ELIB.PSTU.RU
период развития горно-экологических знаний в целом ко времени первоначального накопления, обобщения, интерпретации научных фактов.
Постепенное признание того факта, что решение экологических проблем, по сути, состоит в организации безопасной в биологическом смысле жизнедеятельности, имеет следствием стремление включить в область экологического знания достижения чрезвычайно широкого ряда наук. Тем самым складывается положение, когда экология принимает на себя ответственность за объяснение и прогнозирование всех явлений, наблюдаемых во взаимодействии всего природного, биотического, с одной стороны, а с другой – искусственного, антропогенного, техногенного, инициируемого человеком.
В общественном сознании пока не утвердилась какая-либо конкретная общеприменимая экологическая концепция; обсуждаемые концепции (концепция «зеленых», научно-технического прогресса, защиты окружающей природной среды, умеренного развития экономики и др.) весьма общие, поэтому трудно представить сейчас механизм и последствия их реализации, а следовательно, их осуществимость и реальную научную и практическую ценность. В своей постановке некоторые концепции принципиально расходятся с установившимся общественным мировоззрением и «порядком вещей» и поэтому выглядят чрезмерно радикальными и несбыточными. Устойчивость развития, например, как предлагаемый императив не имеет должного объяснения с экологической точки зрения. Рациональное природопользование, гармонизированное взаимодействие с природной средой, умеренное развитие общества как экологические доктрины или концепции не содержат указаний на меру рациональности (гармоничности, умеренности) и способы достижения подобных состояний.
Для горной экологии в настоящее время характерны: богатая эмпирическими фактами история, фрагментарность знаний и отсутствие обобщающих теорий, существование проблем развития аналитических расчетных методов, а также инструментальной и информационной базы. Результаты исследований не сопровождаются, как правило, оценками достоверности и пока отсутствуют в целом возможности как для синтеза, обеспечивающего управление экологической ситуацией в районах освоения недр, так и для декомпозиции, дающей представление о приоритетных направлениях научного поиска и необходимых для подобного управления решениях.
Целостное научное понимание и устойчивые оценки экологических проявлений техногенных воздействий на природную среду складываются в большинстве случаев лишь на весьма высоких уровнях обобщения, чаще всего это глобальный уровень.
На уровне конкретной деятельности, в границах отдельных территорий, производств, населенных пунктов и соотносимых с ними природных объектов, природных ресурсов и экосистем, несмотря на значительные усилия ученых и имеющиеся результаты, до настоящего времени не обоснованы положения, достаточные для того, чтобы ввести деятельность по освоению недр в экологи-
142
ELIB.PSTU.RU
чески осмысленные границы с пониманием всех экологически значимых сопутствующих освоению обстоятельств. Решение экологических проблем чаще всего сводится к достижению временных компромиссов в интересах горных предприятий и в ущерб состоянию природной среды.
Повышение экономических требований к горным предприятиям в связи
сухудшением экологической ситуации не сопрягается сегодня в должной мере
срасширением возможностей использования экологических факторов в качестве инструментов экономической рыночной деятельности. В силу этого горные предприятия не выступают заинтересованными, активными участниками решения проблемы обеспечения экологической безопасности освоения недр.
Это положение дел находится в противоречии с тем фактом, что в горнодобывающих регионах окружающая среда приобрела значение влиятельного фактора производства, и это обстоятельство делает его учет в деятельности предприятия в той же степени обязательным и детальным, как и традиционных производственных факторов (запасов минерального сырья, инвестиций, трудовых ресурсов, техники, материалов и др.).
Освоение недр осуществляется с учетом широкого ряда требований геологоразведки, маркшейдерии, правил технической эксплуатации, безопасности труда и охраны недр, планирования производства, проектирования, экономики и т.д.
При освоении недр экологическая безопасность может быть достигнута лишь в том случае, если предприятия будут на деле являться и «несущей конструкцией», и одновременно «реализующим механизмом» в деле оздоровления экологической обстановки. Через предприятия приводится в действие механизм охраны окружающей среды, и только они реально могут выступать гарантами обеспечения экологической безопасности.
Обоснование природоохранных мероприятий предполагает их выбор, исходя из критерия минимума экологических издержек. Этот минимум достигается при таком варианте мероприятий, который обеспечивает максимум предотвращенного экономического ущерба от экологических нарушений над требуемыми для этого природоохранными затратами.
3.3.4. Новые идеи и категории горной экологии
Дальнейшее развитие горной экологии, осуществляемое с системных позиций, требует выдвижения новых идей. Плодотворная работа может быть начата с творческого осмысления и развития таких категорий горных наук, как ресурсы недр (георесурсы), недра, комплексное освоение недр.
Рациональное научное ядро, содержащееся в этих категориях, откуда горная экология может воспринять необходимые импульсы развития, заключается в следующем.
Все ресурсы недр, понимаемые как потенциально полезные для общества в текущем времени, а также в ближайшем и отдаленном будущем аномалии
143
ELIB.PSTU.RU
всвойствах горных пород и горных массивов, генетически взаимосвязаны; эта природная взаимосвязь предполагает при освоении недр взаимосвязь технологическую, за которой следует взаимосвязь экологическая.
Потребность общества в ресурсах недр со временем в целом неизменно возрастает и становится все более разнообразной, поэтому нельзя допустить, чтобы результатом пользования недрами стал перевод одного участка недр за другим
всостояние, исключающее в дальнейшем возможность обращения к ним по причине их исчерпания, т.е. отсутствия каких-либо полезных свойств, поскольку к полезному следует отнести и такое свойство недр, как их способность собственной субстанцией, обладающей сложнейшей вещественно-энергетической структурой, поддерживать в каждом из своих участков баланс всех тех частей природных геосфер, которые составляют собственно биосферу.
Извлечение из недр одних георесурсов, изменение их качества в связи с потребностью общества неизбежно приводит к изменению других георесурсов и состояния недр в целом на территории освоения. Это порождает свойственную каждому случаю экологическую обстановку. Соблюдение экологических требований при освоении недр достижимо в том случае, если будут сохранены возможности для того, чтобы за счет естественных восстановительных сил или искусственным образом поддержать требуемый с экологической точки зрения баланс биосферных составляющих как условия существования и устойчивого развития экосистем.
Излагаемые далее новые идеи горной экологии, следующие логике этих положений, имеют единый смысловой стержень, а именно единство недра–горные технологии–экологическое состояние территории освоения недр.
1.Исследования показывают, что решение экологических проблем состоит не столько в активизации работы по обоснованию и реализации дополнительных, мер, направленных на охрану окружающей среды, и во всемерном понуждении к этому предприятий, сколько в создании механизма экологического управления самим производством при освоении недр.
Горное производство реализуется сейчас как результат управления производственными ресурсами: минерально-сырьевыми, финансовыми, материальнотехническими, трудовыми, энергетическими.
Общим для них всех свойством является то, что наличие каждого ресурса – совершенно необходимое условие для осуществления производства, а имеющиеся количество и качество ресурса определяют технологию, интенсивность и эффективность освоения недр.
Владение и распоряжение производственными ресурсами со стороны предприятия обеспечено развитой системой законодательных положений, подзаконных актов, экономических и других видов нормативов, ведомственных и более низкого уровня инструкций, руководств, правил и иных документов.
Структура горного предприятия предполагает индивидуальное (для каждого производственного ресурса) и сводное управление их запасами (количест-
144
ELIB.PSTU.RU
вом), состоянием, качеством, эффективностью использования и другими параметрами. Это достигается соответствующими каждому ресурсу видами обеспечения производственной деятельности: для минерально-сырьевого – геологическим и маркшейдерским; для финансового – экономическим, в том числе бухгалтерским; для трудового – экономическим и обеспечением охраны и безопасности труда; для материально-технического – техническим обеспечением и т.д.
В организационной структуре управления предприятием предусмотрены службы главного геолога, главного маркшейдера, главного энергетика, главного механика, главного бухгалтера и т.д. По всём этим направлениям управление осуществляется в строгом соответствии с разрабатываемыми детальными регламентами.
Итак, управление горным предприятием исходит из необходимости соразмерного управления основными производственными ресурсами, поскольку именно они являются источниками различных ограничений и основой для повышения эффективности производственной деятельности.
Говорить о таком управлении имеет смысл только в том случае, если окружающую природную среду признать за своеобразный, особый, но все же производственный ресурс. Основания для этого имеются достаточные, поскольку в горнодобывающих регионах с развитием промышленности и соответственно с возрастанием нагрузки на среду она приобретает все признаки именно такого ресурса:
–особенности и состояние природной среды в обязательном порядке учитываются в технологических и производственных параметрах освоения недр;
–затраты на выполнение экологических требований в полном объеме влияют на экономику производства;
–здоровье и работоспособность трудящихся зависят от качества природной среды, и их нарушения в связи с изменениями в среде имеют очевидные производственные последствия.
Требования к охране природных объектов во многом определяют порядок, интенсивность освоения недр и технологические схемы работ.
Но в данном случае управление таким специфическим производственным ресурсом, как окружающая природная среда, должно стать составной частью системы управления всеми другими производственными ресурсами.
Ксожалению, сделать это сейчас в должной мере невозможно по причине практически полного отсутствия необходимого регламента. Его создание зависит, в свою очередь, от результатов исследования освоения недр, осуществляемого различными целостными объектами – геосистемами.
2. Выбор природоохранного мероприятия, предполагающий в принципиальном плане отыскание оптимума, что может быть выполнено и на основе экономи- ко-математического моделирования, не в полной мере учитывает сложный и динамично изменяющийся производственный контекст и временную динамику.
145
ELIB.PSTU.RU
Обеспечение экологической безопасности фактически представляет собой процесс управления параметрами с целью их минимизации, т.е. для сведения всех колебаний в пределы некоторой окрестности точки, характеризующей исходное состояние системы горное предприятие–окружающая среда.
Это должно быть обеспечено технически и организационно, в этом состоит производственный аспект управления экологической ситуацией.
С математической точки зрения задача подобного управления может быть сведена к оценке устойчивости движения системы горное производство– окружающая природная среда. Выход системы за пределы заданной окрестности исходной точки означает ее переход в неустойчивое состояние с экологоэкономической точки зрения, что требует введения управляющих воздействий, достаточных для возвращения системы в состояние устойчивости.
3. Если продолжать следовать традиционным путем, то природоохранная деятельность должна иметь своим конечным результатом сооружение некоего «саркофага», возводимого над горным предприятием и состоящего по преимуществу из технических средств и сооружений, в прямом смысле имеющих средозащитное назначение и отделяющих экологически грязное производство от природной среды, сохраняемой в идеале в неприкосновенности.
Такая экологическая политика выглядит утопией по многим причинам, хотя бы потому, что основные и наиболее опасные экологические последствия освоения недр имеют неустранимый и необратимый характер.
Экологическое управление освоением недр должно содержать в своей основе установление экологически безопасных характеристик горного производства, при этом необходимо достигнуть экологической сбалансированности параметров горных предприятий и освоения недр в целом.
Во многом решение этой проблемы связано с получением возможности управлять составом, количеством и свойствами того, что мы сейчас именуем отходами производства.
Понятие отходов сформировалось из-за противопоставления товарного продукта тому, что уже не может быть таковым при переработке данного исходного сырья.
Недра – средоточие очень широкого ряда георесурсов весьма разнообразного назначения: металлургического, сельскохозяйственного, энергетического, водохозяйственного, оборонного, бальнеологического, научного, культурно-эсте- тического, а с учетом важной природоорганизующей функции недр – также рекреационного, климатологического, курортологического значения. С недрами связывается во многих случаях решение вопросов обеспечения безопасности при размещении некоторых видов производств и эффективного использования такого ресурса, как территория.
Все георесурсы регионального местонахождения взаимосвязаны генетически, а их освоение – технологически и экологически.
146
ELIB.PSTU.RU
Поэтому получение товарного продукта из одного георесурса сопровождается часто неуправляемыми изменениями состояния, качества, количества других сопряженных с ним ресурсов недр и природных ресурсов в целом. Это выражается в нарушении целостности массивов горных пород, изменении гидрологического режима района освоения, видоизменении географического и геохимического ландшафтов. Становятся другими климатические характеристики района, поверхность Земли заполняется складируемыми горными породами, не предназначенными изначально для использования и т.д.
Фактически следствием узко спрофилированного освоения недр, что является сейчас типичным, становится преждевременное извлечение, нарушение природного качества, некомплексное использование многих георесурсов. Техногенно измененные, они представляют собой, по сути, ресурсы вторичного использования. Это подземные выработки, в которых возможно размещение опасных отходов, складирование различных материальных ценностей, строительство производственных и других объектов; отвалы и хвостохранилища – как источник минерального сырья для жилищного, дорожного строительства или иных областей использования в будущем или как площади под строительство, сельскохозяйственное или иное обустройство; деформированные участки земной поверхности – в качестве площадей под бытовой и строительный мусор. К ресурсам вторичного использования следует причислить в целом те ресурсы недр, доступ к которым оказался закрытым вследствие предшествующей производственной деятельности или качество которых существенно ухудшилось.
Многие подобные ресурсы по своему происхождению являются преждевременно или неполностью освоенными ресурсами, спрос на которые отложен.
Они во многих случаях могут обладать ценностью, но лишь тогда, когда будут соответствующим образом рекультивированы: подземные выработки целевым образом переоборудованы, деформированные горные массивы укреплены, отвалы и хвостохранилища сформированы с учетом возможного использования и свойств материала (физико-механических, агротехнических, геомеханических и др.), гидрологические режимы подземных вод и гидрографическая сеть преобразованы исходя из экологических требований и нужд населения и т.д.
Это уже находит применение при формировании складов забалансовых руд и промпродуктов, селективном складировании пустых пород с учетом их агротехнических свойств, формировании экологически сбалансированных техногенных ландшафтов. Однако необходимое экологическое управление освоением недр должно предполагать управление воздействием на все ресурсы недр и другие природные ресурсы, вовлекаемые в производственный процесс и техногенно изменяемые с приданием им новых потребительских свойств, т.е. их рекультивации.
4. Товарные продукты и рекультивированные георесурсы, спрос на которые временно отложен, должны рассматриваться как материальные ценности – объекты рыночных отношении.
147
ELIB.PSTU.RU
Возможность для горных предприятий стать активными участниками рыночных отношений по поводу рекультивированных георесурсов – техногенно измененных ресурсов недр с искусственно приданными им новыми полезными качествами – это реальная экономическая основа оздоровления экологической обстановки в районах освоения недр.
Научный подход к созданию основы для регулирования подобных экономических отношений может быть в принципиальных чертах следующим.
Окружающая среда, как уже отмечалось выше, приобрела отличительные признаки фактора производства, ограничивая его развитие, когда качество среды опускается до некоторого критического уровня.
Соблюдение норматива качества требует затрат. На рынке, формирующем в стране или регионе среднеобщественные условия производства определенного товарного продукта освоения недр, которые включают в себя и условия для обеспечения необходимой экологической обстановки, за счет разницы в затратах по причине территориальной дифференциации качества природной среды при эксплуатации недр может быть получена дополнительная прибыль. Эта дополнительная прибыль, получаемая на территориях средних и лучших по качеству природной среды, выступает как основа дифференциальной экологической ренты.
Следовательно, дифференциальная рента по экологическому фактору появляется в том случае, если имеется различие в затратах на обеспечение требуемого качества окружающей среды на лучших и средних по этому фактору территориях по сравнению с худшими территориями, где более высокие эти затраты формируют рыночную цену продукта. Величина ренты соответствует такому различию и выступает как общественная экономическая оценка условий устойчивого функционирования экосистемы и здоровой жизни населения на территории освоения недр.
Экологическая стратегия развития территории состоит в максимизации дифференциальной экологической ренты.
Экономическая стратегия освоения георесурсов заключается в максимизации экономической (горной) ренты.
Очевидно, что реализация одной из этих стратегий влечет за собой деградацию той или ной области жизнедеятельности. Поэтому, принимая во внимание взаимно противоположный характер изменения дифференциальной ренты обоих видов, согласование двух стратегий следует производить как сопряжение функций одного аргумента – предстоящих затрат на обеспечение необходимого качества среды в районе освоения недр.
Значения экологической и экономической дифференциальной ренты, фиксируемые при достижении такого качества, характеризуют базовое экологическое состояние территории.
Отклонения от этого состояния могут служить оценкой нарушения качества среды, в минимизации отклонения состоит цель экологического управления горным производством.
148
ELIB.PSTU.RU
Такое базовое состояние можно рассматривать как равновесное состояние данной природно-хозяйственной системы. Равновесность в этом случае представляет собой баланс эффективности, достигаемый в результате как экономического использования ресурсов недр и природных ресурсов, так и при обеспечении качества окружающей природной среды, отвечающего экологическим требованиям.
3.3.5.Приоритетные научные направления
вобласти горной экологии
Содержание современной горной экологии как науки раскрывается в последовательном воплощении следующей идеи: решение экологических проблем освоения недр может быть достигнуто лишь в процессе экологического управления собственно производством на всех его стадиях (создания, функционирования, прекращения деятельности и устранения его последствий).
Практика освоения недр дает немало подтверждающих примеров. Создание экологически сбалансированных техногенных ландшафтов; поиски, геологическая разведка и использование особых горных массивов и геологических структур для размещения в них специальных объектов; целенаправленное складирование вскрышных горных пород и отходов переработки полезных ископаемых и последующее их сохранение как складов промпродуктов; внутреннее отвалообразование и многое другое свидетельствует о появлении устойчивой тенденции к тому, чтобы подобное управление было направлено на сохранение и увеличение национального богатства, включая и его природную часть, относящуюся к недрам, при том, что все георесурсы в районе освоения – природные и техногенные – могли бы быть эффективно и экологически безопасно использованы горными предприятиями.
Приоритетные направления научных исследований определяются этими обстоятельствами.
К числу первоочередных направлений относятся следующие.
1. Изучение комплексного освоения недр как фактора экологической опасности
Оно включает в себя:
–изучение и систематизацию фактов (проявлений) и тенденций, выражающих различного рода изменения окружающей среды под действием освоения недр;
–наблюдение и описание процессов геосистемного взаимодействия элементов и подсистем производства и среды;
–выявление и изучение экологических закономерностей техногенного преобразования недр;
–прогноз экологических последствий структурных и технологических изменений в освоении недр;
–анализ локальных, региональных и отраслевых факторов в экологических оценках состояния окружающей среды.
149
ELIB.PSTU.RU
Можно назвать немало примеров, когда недостаточная экологическая изученность освоения недр приводит по прошествии времени к неблагоприятным, а в некоторых случаях и опасным последствиям.
Так, исследованиями Горного института Кольского научного центра (ГОИ КНЦ) РАН показано существование для района Хибин (Кольский полуостров) выраженной связи между масштабом горных работ, а именно накопленным объемом извлеченной из недр и складированной на поверхности породы (в том числе отходов переработки полезных ископаемых) и проявлениями горного давления в динамичной форме.
В период 1978–1990 годов на рудниках ПО «Апатит», более чем через 40 лет с начала подземной добычи, произошло более 20 горных ударов, из них 16 – на Кировском руднике. Сила удара, который классифицирован специалистами как техногенное землетрясение, зафиксированного на Кировском руднике 16 апреля 1989 года, достигала 5,5–6 баллов. Землетрясение записано всеми сейсмическими станциями Скандинавских стран и Европейской части бывшего Союза, оно вызывало нарушения целостности зданий в Кировске и пос. Кукисвумчорр. На самом руднике во всех выработках, пересекаемых тектоническим нарушением, произошли выбросы породы объемом 1–1,5 м3, разрушена крепь, деформированы рельсовые пути и кран-балки, деформированы и смещены проводники и направляющие главного ствола и лифтового восстающего. Разрушены бетонные фундаменты оборудования.
Как показали исследования, в Хибинах большинство землетрясений происходит вблизи действующих рудников и в южной части массива, где созданы большие хвостохранилища обогатительных фабрик и ГРЭС, т.е. где техногенное воздействие на поверхность весьма велико.
Наиболее сильные геодинамические события, подобные землетрясениям и обусловленные освоением недр, отмечены в последние годы также в Германии на калийном месторождении Верра, Остраво-Карвинском угольном бассейне Словакии, на Северо- и Южноуральских бокситовых рудниках, на железорудном Таштагольском месторождении в Горной Шории и др.
Совместно с определенными природными условиями (высокопрочные хрупкие породы с тектоническими неоднородностями в пределах зоны горных работ, гористый рельеф, высокий уровень горизонтальных тектонических напряжений в массиве, зоны с большими градиентами скоростей новейших тектонических движений) крупномасштабное освоение недр и взрывные воздействия при горных работах создают необходимую совокупность условий для формирования техногенных землетрясений.
Известны также случаи мощных подвижек в верхней части земной коры, спровоцированных интенсивной эксплуатацией нефтяных и газовых месторождений.
Изучение природных и техногенных процессов, подводящих к возникновению возможности зарождения и реализации подобного рода явлений, позволит
150
ELIB.PSTU.RU