Участники «Сергеевских чтений» рассмотрели вопросы геоэкологической безопасности разработки полезных ископаемых

В Москве 4-5 апреля 2017 года состоялась 19-я научная конференция «Сергеевские чтения», посвященная памяти выдающегося ученого, одного из основателей отечественной инженерной геологии, академика Российской академии наук Евгения Михайловича Сергеева (1914-1997). Темой чтений, которые на этот раз проводились в рамках Года экологии в России, стали вопросы геоэкологической безопасности разработки месторождений полезных ископаемых.

В мероприятии, проходившем в конференц-зале Государственного геологического музея им. В.И.Вернадского, приняли участие 150 ученых и специалистов, которые представляли 49 научных, учебных и производственных организаций, 20 городов России (Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Пермь, Улан-Удэ, Новосибирск, Иркутск, Магнитогорск, Казань, Уфа, Оренбург, Ростов-на Дону, Саратов и др.), а также Азербайджан, Киргизию и Узбекистан.

В начале конференции по предложению руководителя оргкомитета, председателя Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии, академика РАН Виктора Осипова собравшиеся почтили минутой молчания память жителей Санкт-Петербурга, погибших во время террористического акта 3 апреля 2017 года.

Двухдневная конференция включала одно пленарное заседание и семь секционных. Из предусмотренных программой 38 устных докладов было заслушано 35. Конференция открылась пленарным заседанием, на котором выступили академики Российской академии наук (РАН) Юрий Малышев, Виктор Осипов, Климент Трубецкой, Виталий Адушкин, член-корреспондент РАН Валерий Захаров. От имени академика Леонида Вайсберга с пленарным докладом выступила кандидат технических наук, главный технолог НПК «Механобртехника» Надежда Михайлова.

Значение минерально-сырьевого комплекса

Участники пленарного заседания отметили, что горное дело традиционно играет основополагающую роль в развитии человечества. Согласно данным, которые привел академик РАН Климент Трубецкой (Институт проблем комплексного освоения недр, ИПКОН РАН), минеральное сырье дает исходные материалы и энергетическую основу для производства 70% всей номенклатуры конечной продукции.

Таким образом, получение природных ресурсов является сегодня и в обозримом будущем безальтернативной необходимостью для самого факта существования людей и основой прогресса человеческого общества. На протяжении последних столетий человечество росло темпами, которые намного превышали известные ранее. Это беспрецедентное ускорение стало возможным благодаря еще более быстрому расширению производства материальных благ. Население мира за последние 60 лет увеличивалось примерно на 4,6% в год. При этом добыча полезных ископаемых на каждого жителя планеты росла со скоростью от 12,6 до 19,6% в год.

Вместе с тем, добыча полезных ископаемых оказывает большое влияние на всю окружающую среду. В недрах земли образуется огромное количество полостей и пустот в виде отработанных шахт и карьеров. В результате изменяется сбалансированное за прошедшие эпохи напряженное состояние массивов, нарушается режим подземных и поверхностных вод, деформируется и сама земная поверхность.

Именно по этой причине от того, как в наше время будет организована разработка месторождений полезных ископаемых, какие ограничения будут наложены на развитие этой деятельности, зависит сохранение или необратимое разрушение подвижного равновесия в природной среде.

В этой связи участники пленарного заседания уделили большое внимание вкладу российских ученых в развитие теоретических знаний о биосфере и защите окружающей среды. Директор ИПКОН РАН, член-корреспондент РАН Валерий Захаров привел цитату из трудов академика Вернадского, который писал, что человечество – это единственный вид, который преобразует природу под себя и, создавая ноосферу, оно обязано задумываться о том, чтобы она развивалась в гармонии с природой и не переходила в то состояние, когда она не может сама себя восстанавливать. Президент Государственного геологического музея им. В.И.Вернадского, академик РАН Юрий Малышев в свою очередь отметил, что Евгений Михайлович Сергеев рассматривал инженерную геологию именно как науку о ноосфере, которая изучает земную кору, среду жизни и деятельности человека. Им было разработано учение об экологической среде, её функциональном использовании и охране.

Вспомнили докладчики вклад и других ученых в сохранение природы. Например, академика Александра Янушкина, который, фактически, остановил поворот сибирских рек; академика Николая Лавёрова, который уже в новой России отвел магистральный нефтепровод от озера Байкал. Упомянули и вклад академика Трубецкого, которым был разработан и внедряется метод захоронения отходов Курской магнитной аномалии.

Адаптационная теория природопользования

В ходе пленарного заседания председатель Оргкомитета «Сергеевских чтений», академик РАН Виктор Осипов представил доклад на тему «Адаптационная теория природопользования». Он отметил, что хозяйственная деятельность человека (техногенез) является важнейшим фактором воздействия на природную среду и приводит к её деградации. Одним из её проявлений является исчезновение видов живой природы. Считается, что к концу нашего столетия исчезнут 50-60% видов тех обитателей Земли, которые населяли её в период, который предшествовал промышленной революции.

«Многим кажется, что опасные последствия деятельности человека для экологии наступят еще нескоро, однако в действительности деградация природной среды в мире происходит колоссально быстрыми темпами», – сказал Виктор Осипов. В настоящее время считается, что в деградированном состоянии находится примерно 30% Земли. На этих территориях исключено воспроизведение природных ресурсов, они становятся непригодными для проживания. В нашей стране ситуация немного лучше – деградированной считается 15% территории, примерно столько же – частично деградированная территория, которая еще обладает способностью к воспроизводству, и 60% – это чистые и нетронутые природные территории, которые необходимо сохранить.

Виктор Осипов выделил два основных вида взаимодействия человеческого общества с природной средой. Первый вид – природопотребление. Этот процесс приводит к огромным отрицательным экологическим последствиям, но он необходим для существования человеческого общества на Земле. Именно к этому виду взаимодействия относится добыча и переработка полезных ископаемых. Вторым видом взаимодействия является природопользование. Процесс природопользования не сопровождается уничтожением природы и снижением природного потенциала, он предполагает сохранение окружающей среды и, по возможности, её восстановление. В основе процесса природопользования лежит адаптационный принцип. Он заключается в том, чтобы хозяйственная деятельность не противопоставлялась законам развития биосред и не вызывала негативную реакцию со стороны природной среды в виде природных катастроф и других явлений. Хозяйственная деятельность при природопользовании должна адаптироваться к закономерностям развития природы. «Мы должны вписывать техносферу в природную среду, развивать техногенез с учетом закономерностей развития этой сферы и тех процессов, которые идут в природе, не нарушать их, а интегрироваться с ними», – сказал В.Осипов.

По большому счету, цель проведения инженерных изысканий в интересах обустройства месторождений полезных ископаемых как раз и должна состоять в том, чтобы освоение природных ресурсов осуществлялось в максимальной степени в соответствии с адаптационным принципом. Однако до настоящего времени процесс добычи минерального сырья, к сожалению, связан с большим ущербом для природной среды.

В качестве одной из основополагающих технологий природопользования Виктор Осипов назвал районирование территорий по природным условиям. Это природоподобная технология, которая учитывает закономерности развития биосферы и геологической среды. Докладчик подробно рассказал о нескольких видах районирования – инженерно-геологическом, сейсмическом, геохимическом и районировании для складирования отходов.

Технологические задачи экологов и геотехников

Участники пленарного заседания сделали акцент на некоторых направлениях развития технологий добычи полезных ископаемых, которые могут способствовать снижению негативного влияния на окружающую среду и ответить на вновь появляющиеся вызовы. Валерий Захаров обратил внимание на постоянные рост объемов поднимаемой горной массы, а также увеличение объемов отходов и площади техногенных образований, которые формируется в районах интенсивной эксплуатации месторождений. Ежегодно отчуждается порядка 10 тыс га земель, пригодных для сельского хозяйства. В настоящее время промышленными отходами заняты уже более 500 тыс га земель. А с учетом взаимодействия с окружающей средой общая площадь, которая теряется для нормального функционирования и развития, превышает названную в 10-15 раз. «Если мы не изменим подход к эксплуатации минерально-сырьевых ресурсов, то уже в ближайшие 20-30 лет столкнемся с экологической катастрофой», – сказал Валерий Захаров.

В то же время, по его словам, следует понимать, что все техногенные образования представляют собой минеральное сырье, которое содержит в некоторых местах практически промышленный объем полезных ископаемых. На сегодняшний день в техногенных отходах накоплено около 20% тех полезных ископаемых, которые были добыты за этот период. Например, золошлаковые отвалы углей Кузбасса содержат до 12% титана, 10% калия, алюминий, железо, обнаруживается практически промышленная концентрация золота. Отходы от сепарации медноколчедановых руд также содержат достаточно большие концентрации полезных ископаемых, которые могут вовлекаться в повторную разработку. В России сейчас около 172 золоотвалов, площадь которых составляет около 28 тыс га. В развитых странах до 90% такого рода отходов перерабатывается. А в России этот показатель не достигает и 30%. Связан столь низкий уровень переработки, вероятно, с тем, что у нас в стране не проработана нормативно-правовая и методическая база в этой области, а техногенные образования реально не оценены – ни по объемам, ни по содержанию. Переработка ведется эпизодически теми же организациями, которые эксплуатируют эти месторождения.

Валерий Захаров указал, что с точки зрения снижения экологических рисков необходимо решать две основные проблемы. Это управление отходами горно-металлургического комплекса и поиск технологий комплексного освоения накопленных техногенных месторождений. Институт ИПКОН РАН разработал концепцию утилизации техногенного минерального сырья, которая предполагает селективное складирование отходов на тех территориях, где они не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду, а также извлечение из них ценных компонентов.

Академик Трубецкой в своем выступлении обратил внимание на продолжающееся на протяжении многих последних десятилетий снижение качества полезных ископаемых на разрабатываемых и большинстве вновь вовлекаемых в эксплуатацию месторождений, а также значительное усложнение горно-геологических и экономико-географических условий освоения. Основным направлением развития горнодобывающей промышленности России остается открытый способ разработки месторождений твердых полезных ископаемых. При этом глубина карьеров постоянно увеличивается. Например, если в первой половине XX века глубина угольных разрезов не превышала 200-300 метров, во второй половине она увеличилась до 500-700 метров. Перспективные карьеры XXI века ориентированы на глубину 900 метров и более. Необходимость обеспечения экономической эффективности освоения глубоко залегающих месторождений потребовала от горных наук оптимизации параметров горных работ, техники, технологий, изучения принципов рационального сочетания различных ресурсосберегающих, малоотходных, ресурсовоспроизводящих технологических процессов. Особенно актуальны технологии с полной утилизацией всех образующихся отходов добычи и переработки, а также организация замкнутого оборота водоснабжения.

Академик РАН Виталий Адушкин (Институт динамики геосфер РАН) рассказал о влиянии на окружающую среду взрывных технологий, которые широко применяются при добыче полезных ископаемых. Взрыв является одним из основных инструментов на самом начальном этапе добычи – в процессе подготовки горной массы для использования. Ежегодно в мире используется 12 млн тонн взрывчатых веществ. Из них 1,5 млн тонн – в России. Применение взрывных технологий приводит к определенным локальным и кратковременным воздействиям. Это образование облаков из продуктов взрыва, сейсмическое действие, электромагнитные эффекты. Имеют место также долговременные и региональные воздействия – нарушение природного ландшафта, газопылевое загрязнение, понижение уровня грунтовых вод. В некоторых случаях в радиусе сотни километров в колодцах исчезает вода, загрязняются подземные воды, возникают техногенные землетрясения.

Главный технолог НПК «Механобртехника» Надежда Михайлова представила доклад о безотходной технологии производства строительного щебня, который был подготовлен совместно с академиком Леонидом Вайсбергом. Была показана инновационная технология, которая позволяет использовать не только основную кубовидную фракцию зерен горной породы, которая образуется при механическом дроблении, но и все остальные.

Тематические сессии

В рамках конференции состоялось семь тематических сессий:

1. Трансформация природно-технических систем районов освоения месторождений полезных ископаемых

2. Оценка природно-техногенных опасностей и рисков в районах разработки месторождений полезных ископаемых. Безопасность объектов ведения горных работ

3.Геоэкологические проблемы разработки месторождений криолитозоны и Арктики

4.Геоэкологические проблемы размещения и утилизации отходов горнодобывающего комплекса

5. Проблемы загрязнения и комплексный геоэкологический мониторинг природной среды в районах разработки месторождений полезных ископаемых

6.Гидрогеоэкологические проблемы в районах разработки месторождений полезных ископаемых

7. Развитие методов и методологии геоэкологических исследований для обеспечения безопасной разработки месторождений полезных ископаемых.

В ходе итоговой дискуссии по итогам конференции было упомянуто несколько выступлений, которые вызвали наибольший интерес аудитории. В частности, был назван доклад специалистов из Башкортостана А.Травкина (ООО «ПроектИзыскания») и А.Болгарова (ООО НПП «ИГИС») «Влияние зон разработки месторождений на инженерно-геологические условия территорий для строительства (на примере г.Уфы).

Работы по добыче полезных ископаемых в пределах г.Уфы и на сопредельных территориях ведутся с середины XVI века. Во многих районах города присутствуют как заброшенные подземные и поверхностные горные выработки, так и разрабатываемые в настоящее время карьеры. Известны разработки месторождений гипса, алебастра, бутового камня (известняк, доломит, песчаник), глины, суглинка, песка, песчано-гравийных отложений, торфа.

Наибольшую опасность для строительства зданий и сооружений представляют заброшенные подземные выработки гипса и бутового камня, а также сопутствующие им проявления геологических и инженерно-геологических процессов.

Авторами доклада на участке проектируемых 9-14-этажных зданий проводились инженерно-геологические изыскания, в ходе которых была проведена комплексная оценка существующих опасностей. Участок изысканий охватывал пологий склон водораздела рек Уфы и Сутолоки, а также крутой склон долины р. Уфы. Изучались состав и состояние перекрывающих штольни пород, гидрогеологические особенности массива пород, проводился поиск не выявленных при прямом обследовании возможных продолжений установленных выработок. Проведенные геофизические исследования показали, что массив пород изучаемого объекта изысканий характеризуется сложным структурно-тектоническим строением, неоднородным физическим состоянием пород, повышенной степенью закарстованности и трещиноватости, как в карбонных, так и в сульфатных породах. Сульфатный карст проявляется на глубинах 55 м и ниже, а карбонатный развит в интервалах 20-50 метров. Практически везде ослабленные по динамическим признакам зоны в верхних слоях пород соединяются с ослабленными закарстованными зонами в гипсах. По этим зонам происходит фильтрация поверхностных вод вглубь массива.

По результатам изысканий территория разделена на непригодную, ограниченно пригодную и пригодную для строительства.

В ходе обсуждения доклада было высказано мнение о возможном влиянии карстовых и суффозионных процессов на территории города на деформации подземных водонесущих коммуникаций. Актуальность вопроса обусловлена тем обстоятельством, что, по некоторым оценкам, техногенная составляющая стока подземных вод на территории города достигает 30-50%.

Некоторые итоги

Подводя итоги двухдневной конференции, академик Виктор Осипов выступил с критическим анализом представленных докладов и высказал некоторые пожелания, которые касаются направлений дальнейшего развития геоэкологических исследований. По мнению В.Осипова, большинство докладчиков ограничились констатацией существующих проблем, и лишь в некоторых сообщениях был представлен некоторый анализ происходящего с выходом на конкретные предложения. Это связано с относительной молодостью геоэкологии, как науки. Поэтому ближайшими задачами исследователей является концентрация на фундаментальных теоретических проблемах. Также необходимо уделять внимание решению отдельных экологических проблем, связанных с работой конкретных отраслей промышленности. В целом, по мнению Виктора Осипова, геоэкология должна предложить новые подходы к техногенезу, которые учитывали бы новейшие технологические достижения последних десятилетий. Важнейшей задачей является также выработка предложений по внесению изменений в законодательство и нормативные документы.