Формирование концептуальной модели рационального недропользования
Ф.Д. Ларичкин
Основное содержание исследования
Минеральное сырье обеспечивает исходные материалы и энергетическую базу производства 70% всей номенклатуры конечной продукции человеческого общества, являясь безальтернативной основой существования и развития современной цивилизации. Ежегодный мировой объем добычи составляет около 280 млрд т руды, горючих ископаемых и строительных материалов, а также более 600 млрд т вмещающих пород [1].
В недрах Земли образовалось огромное количество полостей, пустот, на поверхности - отвалов горных пород, отходов обогащения, химической и металлургической переработки, сточные воды и газовые выбросы загрязняют гидро - и атмосферу, негативное воздействие испытывают все элементы биосферы. Нарастающий техногенный прессинг на природные экосистемы приводит к их быстрому и часто необратимому разрушению, которое по своим масштабам постепенно принимает глобальный характер.
Россия занимает ведущие позиции в мире по разведанным запасам и объемам добычи важнейших видов полезных ископаемых. Экономика страны имеет ярко выраженный природно-ресурсный, сырьевой характер. Доля природно-ресурсного комплекса отраслей (добывающая, энергетика, сельское, лесное и охотничье хозяйство, рыбная и т.п.) составляет более 50% в валовом внутреннем продукте (ВВП) России, около 17% в общей численности занятых в народном хозяйстве и около 70% в объеме экспорта [2]. Причем, доля отраслей, непосредственно связанных с добычей и первичной переработкой полезных ископаемых, в ВВП по разным оценкам составляет от 20 [2] до 50% [3,4].
В период административно-плановой экономики в стране сложился экстенсивный ресурсозатратный механизм развития. За годы рыночных реформ положение усугубилось. В расчете на единицу ВВП (в сопоставимых ценах) возросли удельная добыча многих видов минеральных ресурсов, забор воды из природных источников и сброс загрязненных сточных вод, образование токсичных отходов. Существенно сократились затраты на геологоразведку, объемы добычи полезных ископаемых восполняются геологоразведочными работами лишь на 40-60%, почти прекращены работы в области космической и морской геологии. Резкий рост тарифов естественных монополий на энергию и транспорт обусловил перевод значительного количества балансовых запасов полезных ископаемых в забалансовые. Падение обеспеченности запасами горнодобывающих предприятий в ряде регионов ставит под вопрос перспективы существования целых хозяйственных комплексов и городов, усиливает социальную напряженность.
Удельный расход природных ресурсов на единицу ВВП в России в 2-3 раза выше, чем в экономически развитых странах [5], соответственно выше выбросы в окружающую среду отходов. Цены на сырье в стране возрастают быстрее, чем цены на товары, услуги и капитал, причем темпы роста внутренних цен существенно выше мировых.
Россия, обладая значительным природно-ресурсным потенциалом, при рациональном его использовании в течение относительно значительного времени (30-50 лет) будет иметь преимущество по сравнению с экономически развитыми странами, где природные ресурсы менее значимы и в значительной мере исчерпаны. В перспективе все будет зависеть от того насколько рационально будет использовано это временное преимущество, насколько эффективно будет решена проблема интеграции естественных ресурсов и достижений научно-технического прогресса с использованием современных ресурсосберегающих технологий переработки природного сырья и производством высококачественной конкурентоспособной продукции [4].
Для решения задачи удвоения ВВП потребуется удвоение добычи и переработки сырья, что в короткие сроки невозможно, поэтому необходима коренная реструктуризация, интенсификация минерально-сырьевого комплекса, всемерное ресурсосбережение, разработка и реализация рациональной системы недропользования.
В последние годы в научном и прикладном плане природно-ресурсная значимость земных недр пересматривается и существенно повышается, в повестку дня выдвигается концепция расширения и комплексного освоения всей совокупности ресурсов недр.
Каждый из ресурсов недр нуждается в многостороннем описании, многофакторной классификации, обусловливающих специфику технологических приемов их освоения, включая процессы изъятия из соответствующей ресурсной среды, комплексной переработки и потребления, утилизации или нейтрализации образующихся отходов и отрицательных последствий при соблюдении экологических стандартов. Такая работа осуществляется в рамках соответствующих, прежде всего, горных наук и отраслей производства, связанных с использованием природных ресурсов.
Основной вклад в разработку научных основ рационального недропользования, комплексного освоения и использования минерального сырья, других ресурсов недр с геологических, технологических, экономических, экологических и социальных позиций внесли отечественные ученые и специалисты М.И. Агошков, А.Х. Бенуни, В.И. Вернадский, А.Д. Верхотуров, Э.В. Гирусов, И.М. Грацерштейн, В.Т. Калинников, Г.Д. Кузнецов, В.Н. Лексин, Н.В. Мельников, Н.Н. Мельников, С.А. Первушин, И.К. Плаксин, В.А. Резниченко, А.М. Сечевица, Е.А. Соловьева, К.Н. Трубецкой, В. А, Федосеев, А.Е. Ферсман, В.А. Чантурия, Н.Н. Чаплыгин и многие другие. Точки зрения исследователей по фундаментальным и прикладным аспектам комплексного недропользования высказаны в различные годы, в разных социально-экономических условиях, в значительной степени несут отраслевой отпечаток, не всегда совпадают, некоторые проблемы остаются неясными, поэтому нуждаются в теоретическом переосмыслении, обобщении и развитии применительно к формируемой в России рыночной экономике.
Формирование эффективной системы недропользования на основе комплексного освоения и использования всей совокупности ресурсов недр, применения малоотходных ресурсосберегающих технологий, экологизации производства и обеспечения конкурентоспособности продукции минерально-сырьевого комплекса на мировом рынке не может рассматриваться как одноразовое действие. Это сложный многоэтапный непрерывный итерационный процесс, требующий глубоких теоретических, методологических исследований, обобщений, моделирования и практических проработок, диагностики, мониторинга, координации, контроля и коррекции. При этом необходим учет специфики и закономерностей комплексных производств, пересмотр традиционных подходов и понимания многих экономических категорий, принципов, методов, оценок.
Различные парадигмы (модели) рационального недропользования с позиций комплексной переработки минерального сырья по материалам выдающихся отечественных ученых сформулированы и охарактеризованы В.А. Резниченко [6, с.9-22]. В последующем они дополнены А.Д. Верхотуровым с точки зрения минералогического материаловедения [7]. В работах указанных авторов [6,7] проблема исследуется, главным образом, с позиции комплексной переработки уже добытого минерального сырья. Другие ресурсы недр, комплексное их освоение и собственно процессы недропользования, извлечения ресурсов из недр не рассматриваются, хотя и упоминаются.
В зависимости от конкретных целей и условий любой элемент системы может исследоваться обособленно. Однако для выявления оптимального варианта комплексного использования минерального сырья более продуктивным будет подход с включением в систему конкретного участка недр в его природном состоянии и совокупности необходимых технологических процессов и видов работ для извлечения полезного ископаемого (других ресурсов недр.) на дневную поверхность. Эти важные дополнительные элементы во многом определяют как общий объем природно-ресурсного потенциала недр (границы промышленных запасов), так и эффективность комплексного его использования и всей системы рационального ресурсосберегающего и экологосбалансированного недропользования.
В соответствии с необходимостью целостного системного рассмотрения проблемы автором, на основе изучения и обобщения работ в области рационального комплексного недропользования академиков Н.В. Мельникова, М.И. Агошкова, Н.К. Трубецкого, В.А. Чантурия и других ученых и специалистов [6-24], сформулированы и введены еще две модели недропользования, предусматривающие недостающие элементы эффективного извлечения минеральных и других ресурсов из недр земли.
В соответствии с этим в табл.1 приведена, как представляется, достаточно полная характеристика эволюции моделей недропользования c кратким описанием их сущности, а графическая интерпретация некоторых из них на рис.1 и 2.
Безусловно, основоположником научного недропользования, как части природопользования, является В.И. Вернадский в рамках его основополагающего философского учения о ноосфере как целостной планетной оболочки Земли, населенной людьми и рационально сознательно преобразованной ими в соответствии с законами сохранения и поддержания жизни для гармоничного сосуществования общества и природы [9].
Таблица 1. Эволюция парадигмы (модели) недропользования на основе работ 1,3,4,6-24
|
№№ п/п |
Авторы моделей |
Краткое описание сущности |
|
|
1. |
В.И. Вернадский |
Рециркуляция металлов и неметаллических полупродуктов, создание сплавов и материалов с учетом не только свойств, но и распространенности элементов в природе (на основе Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, Тi). Рациональное сознательное преобразование биосферы в "ноосферу", сосуществование общества в гармонии с природой |
|
|
2. |
А.Е. Ферсман |
Полное использование всех ценных компонентов минерального сырья, создание комбинированных межотраслевых производств, в которых технологические процессы подбираются к составу сырья |
|
|
3. |
И.П. Бардин |
Отходы одних технологических переделов минерального сырья или производств должны служить сырьем для других |
|
|
4. |
Э.В. Брицке |
Технология производства материалов сосуществует с окружающей средой, когда используется принцип комплексного использования сырья |
|
|
5. |
Н.В. Мельников, М.И. Агошков |
Комплексное освоение недр: достижение оптимальных для народного хозяйства страны и интересов будущих поколений показателей полноты использования всех видов ресурсов недр и участвующих в процессе их освоения трудовых и материальных ресурсов |
|
|
6. |
В.А. Резниченко |
Организация замкнутого комплексного производства: создание межотраслевых технологически замкнутых производств в рамках предприятий, месторождений, регионов, отраслей; рециркуляция материалов; разработка материалов с учетом распространенности элементов в природе, сохранение окружающей среды |
|
|
7. |
А.Д. Верхотуров |
Создание минизаводов в местах добычи сырья с использованием высоких технологий; идеальной схемой безотходного производства, ориентиром на будущие технологии, должна быть разомкнутая схема производства материалов, т.е. с полной переработкой отходов |
|
|
8. |
А.Д. Верхотуров |
Разложение минералов, их восстановление и получение элементов, сплавов и соединений при воздействии на минералы (минеральное сырье) концентрированных потоков энергии (высоких градиентов температур и давлений) в условиях лазерной, электронно-лучевой, электроискровой, электрошлаковой, плазменной обработки, алюмотермии, экстремальных методов порошковой металлургии, а не пиро- и гидрометаллургические процессы |
|
|
9. |
К.Н. Трубецкой, В.А. Чантурия |
Развитие минерально-сырьевого комплекса как составной части процесса устойчивого развития при сохранении естественной биоты Земли путем создания эко-, геотехнологий освоения недр на принципах поточности, малоотходности, ресурсосбережения, ресурсовоспроизведения, повышения контрастности свойств разделяемых компонентов с обеспечением экологической чистоты, аналогичной с функционированием биологических систем |
рациональное недропользование минеральное сырье
Рис.1. Цикл полного использования материалов [7,25]
Большинство приведенных в табл.1 моделей рационального недропользования и комплексной переработки минерального сырья, представляют собой необходимую конкретизацию, дополнение и последующее развитие идей В.И. Вернадского для конкретных условий и стадий производства. С учетом современного уровня научных знаний и практики недропользования, усложнения глобальных экологических проблем и необходимости обеспечения устойчивого развития мирового сообщества при резко сокращающихся запасах невозобновимых минеральных ресурсов и т.п.
Рис.2. Незамкнутый цикл (идеальный) полного использования материалов [7]
Общепризнанным в научной литературе является приоритет академика А.Е. Ферсмана во введении в научный оборот в работе [15] понятия "комплексное использование минерального сырья (КИМС)", определении и характеристики его сущности, направлений, значимости и эффективности, а также конкретных практических примеров организации комплексных природно-ресурсных производств.
Модель Н.В. Мельникова, М.И. Агошкова [8,12,13,23] существенно расширяет перечень видов и масштабы ресурсов земных недр, обосновывает и вводит понятие "комплексного освоения ресурсов недр (КОРН)" соответственно повышает эффективность недропользования.
Модель Н.К. Трубецкова, В.А. Чантурия [1,10,11,14,16-19] ориентирует на преобразование традиционной технологии добычи и переработки полезных ископаемых путем целенаправленного создания экологически безопасных геотехнологий, позволяющих не превышать порога возмущения биоты, допустимого по условиям ее существования. Основными элементами таких биогенных технологий являются: замкнутый цикл обращения твердых, жидких и газообразных отходов; избирательная добыча полезного ископаемого (перевод в подвижное состояние, сегрегация и селективная дезинтеграция горной массы; управление контрастностью свойств минеральных компонентов; предконцентрация руды радиометричекими методами в очистном пространстве); восходящий порядок горных работ с размещением основной части отходов в отработанном пространстве; минимизация экологической цены продукции; ограничение (нормирование) уровня техногенного воздействия на конкретные экосистемы и т.д. Обоснованные биогенные принципы построения горной технологии составляют концептуальную основу "идеальной разработки". И хотя такая технология, как отмечают авторы [14], скорее всего, останется мечтой, но ее формирование укажет основные направления научного поиска экологически безопасных решений