Комбинированная геотехнология: становление, достижения и реальные перспективы

М.В. Рыльникова
Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация
Горная Промышленность №3 / 2025 стр. 31-34

Резюме: В статье в исторической ретроспективе дан анализ становления и развития комбинированной геотехнологии как одного из эффективных направлений горной науки, обеспечивающего решение вопроса наиболее полного и безопасного освоения и сохранения недр Земли, реализованного в ходе проведения в течение 25 лет серии тематических конференций, приведших к формированию под руководством чл.-корр. РАН Д.Р. Каплунова одноимённой научной школы, а также совокупности технологических решений по комплексному освоению природных месторождений и сопутствующих техногенных образований с сочетанием технологических процессов физико-технических и физико-химических способов добычи твёрдых полезных ископаемых. Представлены основные достижения при реализации комбинированной геотехнологии на крупных месторождениях России и перспективы развития этой прогрессивной геотехнологии на базе цифровизации и роботизации технологических процессов с ростом их энергоэффективности.

Ключевые слова: комбинированная геотехнология, месторождение полезных ископаемых, комплексное освоение, сочетание процессов, цифровизация, роботизация, энергоэффективность

Для цитирования: Рыльникова М.В. Комбинированная геотехнология: становление, достижения и реальные перспективы. Горная промышленность. 2025;(3):31–34. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-3-31-34

Информация о статье

Поступила в редакцию: 30.03.2025

Поступила после рецензирования: 27.05.2025

Принята к публикации: 27.05.2025

Информация об авторе

Рыльникова Марина Владимировна – доктор технических наук, профессор, Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-9984-5980; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Введение. Исторический аспект становления комбинированной геотехнологии

Идея формирования принципиально новой стратегии освоения мощных месторождений твёрдых полезных ископаемых зародилась в ИПКОН РАН в середине XIX века под руководством академиков Николая Васильевича Мельникова и Михаила Ивановича Агошкова [1]. В этот момент она представляла принципиально новую концепцию освоения месторождения и была направлена в первую очередь на крупномасштабное освоение месторождений промышленно-значимого региона России – Курской магнитной аномалии (КМА) – с обеспечением возможности многократного увеличения объёмов добычи железных руд в центральном регионе России, что было необходимо для восстановления промышленности страны в послевоенный период.

Научно-методическое становление этой идеи – формирование принципиально нового научного направления развития горных наук произошло в 70–80-х годах прошлого века, когда под руководством академика РАН Климента Николаевича Трубецкого и члена-корреспондента РАН Давида Родионовича Каплунова была разработана и получила организационное подтверждение комплексная целевая программа освоения мощных рудных месторождений KMA [2], базирующаяся на концепции трёхъярусной отработки месторождений, когда верхняя часть запасов извлекается открытым способом, с последовательным переходом на отработку открыто-подземного яруса высотой 180–220 м сочетаннем технологических процессов и горного оборудования открытых и подземных горных работ, а затем был предусмотрен переход на подземную отработку запасов с применением мощного самоходного оборудования и комбинированного транспорта [3].

В работе программы участвовали научные коллективы институтов РАН и горных вузов. Ими были развиты идеи комбинированной открыто-подземной технологии применительно к условиям освоения месторождений апатитовых руд Кольского полуострова [4], железорудных месторождений Кривбасса [5], медно-колчеданных месторождений Урала [6], алмазных месторождений Якутии [7]. Выполнение программы сопровождалось проведением научно-методических совещаний в Губкине на базе Стойленского и Лебединского ГОКов, в Кривом Роге в Криворожском горном институте на базе крупного Криворожского месторождения железорудных кварцитов, в Апатитах в Горном институте КНЦ РАН.

Несмотря на то что в базовом варианте концепции трехъярусной открыто-подземной отработки месторождений KMA так и не удалось реализоваться в силу недостаточных возможностей на тот момент буровэрынной техники, не- способной осуществлять качественную буровэрывную подготовку массива с бурением глубоких скважин станками открытого типа, проводилась дальнейшая модификация технологических схем комбинированной разработки месторождения различного типа руд с сочетаннем технологий буровэрывной подготовки массива из карьеров и подземных выработок, технологий штольневой подготовки запасов за контуром карьерной выемки с применением наклонных съездов, вертикальных и наклонных восстающих и рудоспусков, выпуском руды с вывозом ее в карьер, технологий этажного и подэтажного обрушения, руды вмещающих пород различных слоевых и этажно-каменных систем разработки с твердеющей комбинированной закладкой выработанного пространства [8].

Базовая технологическая схема трехъярусной открыто-подземной разработки месторождений и развитие ее модификации

В базовой технологической схеме трехъярусной открыто-подземной разработки, предусматривающей освоение крупных железорудных месторождений KMA (рис. 1), была предусмотрена выемка запасов верхней зоны месторождения на глубину 300–350 м открытым способом с применением на верхних вскрышных уступах бестранспортной системы разработки с использованием мощных вскрышных роторных и цепных экскаваторов и транспортированным пород вскрыши конвейерными транспортно-отвальными мостами на отвалы вскрышных пород. Затем был предусмотрен переход на буровэрывную подготовку горной массы, перемещаемую автотранспортом, а в последующем комбинированным автомобильно-железнодорожным транспортом на вскрышные отвалы или перерабатывающую фабрику.

Рис. 1 Технологическая схема трехъярусной открыто-подземной разработки (заложена концепция трехъярусной отработки месторождения открытым, открыто-подземным и подземным способами)

Fig. 1 Layout of a three-tier open-pit and underground mining system based on the concept of three-tier mining of the deposit using surface, combined and underground methods

Внедрение передовой на тот момент технологии переработки руд с восстановлением железа и получением металлизованных брикетов позволило достичь самых высоких в мире показателей эффективности горно-металлургического производства на Лебединском ГОКе [9]. Эта технология была реализована под руководством директора Лебединского ГОКа, доктора технических наук А.Т. Калашникова.

В последующем концепция трёхъярусной разработки месторождения предусматривала последовательный переход на отработку высокого открыто-подземного яруса, причём обуривания открыто-подземного уступа высотой 180–220 м буровыми станками открытого типа с применением посекционного взрывания и выпуском руды в подземные выработки для транспортирования комбинированным транспортом на поверхность.

К сожалению, ограничения возможностей буровых станков на тот момент не позволили в полной мере реализовать эту прогрессивную идею при разработке месторождений KMA, но она получила своё развитие в различных модификациях технологических схем при освоении месторождений медно-колчеданных руд Южного Урала, месторождений апатитов Кольского полуострова, алмазных месторождений Якутии, месторождений железных руд Кривбасса, вольфрамо-молибденовых руд Тырнывуза [10].

Возможность обеспечения благоприятных сочетаний технологических процессов различных физико-технических и физико-химических геотехнологий, особенно в неблагоприятных для применения традиционной геотехнологии условиях при разработке запасов за предельным контуром бортов карьеров, в охранных и предохранительных целиках различного назначения, в зонах обрушения, в сформированных закладочных массивах позволила реализовать эти прогрессивные идеи [11].

В результате запасы за контуром Учалинского карьера были доработаны с применением комбинированной схемы вскрытия из карьера и временного закладочного комплекса (рис. 2). Эта схема в различных модификациях была применена в доработке запасов Молодёжного месторождения (Учалинский ГОК), Гайского месторождения (Гайский ГОК), Джезказаганского месторождения (Каэгидромедь) и др.¹.

Рис. 2 Схема вскрытия Учалинского месторождения: 1 – пройденные выработки; 2 – проектные выработки

Fig. 2 Scheme of the Uchaly deposit development: 1 – existing mine workings; 2 – planned mine workings

Развитие научной школы комбинированной разработки под руководством члена-корреспондента РАН Давида Родионовича Каплунова

Продвижение и успешная реализация идей комбинированной геотехнологии были обеспечены в ходе проведения под руководством Д.Р. Каплунова международных научно-практических конференций, организованных ИПКОН РАН совместно с Магнитогорским техническим университетом имени Г.И. Носова и проводимых один раз в два года в течение 25 лет с 2001 г.² .

Возможность достичь наиболее благоприятного сочетания технологических процессов, физико-технических (открытых, подземных способов разработки, гидродобычи) и физико-химических геотехнологий (растворения и вышелачивания) определила многоплановость тематики конференции: развитие теоретических основ проектирования с учетом специфики геомеханических процессов (2001); масштабы и перспективы применения комбинированных геотехнологий (2005); развитие технологий добычи минерального сырья в аспекте обеспечения безопасности горных работ (2003); совершенствование физико-химических геотехнологий (2007); повышение комплексности освоения месторождения в целях сохранения недр Земли (2009); теория-практика комплексного освоения недр (2011); масштабы добычи и качества сырья при комплексном освоении месторождений твердых полезных ископаемых (2013); устойчивость горнотехнических систем при экологически сбалансированном освоении недр (2015); ресурсосбережение и энергоэффективность (2017); проблемы перехода к новому технологическому укладу горнодобывающих предприятий (2019); риски и глобальные вызовы при освоении и сохранении недр (2021); комплексное освоение техногенных образований с базовыми месторождениями твердых полезных ископаемых (2023); роботизация и цифровизация геотехнологических процессов (2025).

На фоне многоплановости тематики конференций отличительной чертой их проведения явилось осуществление консультаций соискателей учёных степеней, кандидатов и докторов технических наук по горным специальностям, проводимых ведущими профессорами в этой области. Результатом этого явилась защита участниками конференции и под их руководством 21 диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук и 86 диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук.

Результаты апробированных инновационных исследований внедрены на 27 ведущих горных предприятиях России, Учалинском, Гайском и Бурибаевском ГОКак, горных предприятиях АК Апроса, Руссы и группы компаний Южуралзолото, Норильский никель, Русской медной компании и многих других³. За разработку и широкомасштабное промышленное внедрение комбинированных геотехнологий на горных предприятиях России и ближнего зарубежья получены четыре премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники.

XIII Всероссийская научно-практическая конференция: «Комбинированная геотехнология, роботизация, цифровизация геотехнологических процессов» убедительно свидетельствовала, что внедрение роботизированных технологий с нулевым вводом человека в опасную зону ведения горных работ является обязательным условием повышения полноты и комплексности освоения недр и обеспечением требуемого уровня безопасности горных работ. При этом активно разгорелась дискуссия о сроках перехода на роботизированную технику при ведении горных работ. Несмотря на то что мнения специалистов по этому вопросу разделились от периодов 3–5 лет до 20–25 лет, вывод оказался однозначным. Переход на интеллектуальные геотехнологии объективен и требует разработки новых технологических подходов к обоснованию проектных параметров энергоэффективных и безопасных горнотехнических систем с особым рассмотрением вопросов перехода от механизированной геотехнологии к роботизированным, реализуемым в режимах дистанционного управления горной техникой, программируемым и самообучающимся режимам в реальных условиях действующих и вновь вводимых в эксплуатацию горных предприятий [12].

Планы и перспективы развития комбинированной геотехнологии

По общему мнению участников конференции, дальнейшее развитие геотехнологии сопряжено с расширением технологических схем освоения месторождений за счет включения в них новых, не характерных для добычи полезных ископаемых процессов, направленных на формирование техногенных образований в выработанном пространстве недр заданного качества минерального сырья, включая гидроизоляцию, паризацию, окомкование, выщелачивание ценных компонентов, энергопроизводство и другие.

Поэтому темой следующей, XIV конференции «Комбинированная геотехнология», будет «Изыскание и обоснование параметров геотехнологических процессов для вовлечения в эксплуатацию накопленных техногенных образований и вновь формируемых в совместном полном цикле комплексного экологически сбалансированного освоения базовых природных месторождений». Безусловно, вопросы цифровизации, роботизации, энергоэффективности и безопасности горных работ будут являться приоритетными.

Заключение

В целом анализ опыта ясовершенствования и внедрения комбинированных геотехнологий доказал, что наиболее продуктивным путем повышения полноты и комплексности освоения месторождения полезных ископаемых с обеспечением промышленной экологической безопасности горных работ является совместное решение вопросов добычи и глубокой переработки природного и техногенного минерального сырья, расширенным циклом комбинированных геотехнологий на базе цифровизации и интеллектуализации технологических процессов.

Сноски

¹ Гайский ГОК. Производственные отчёты. Гай; 2020.

² Южуралзолото: обзор производственной деятельности. Челябинск; 2022.

³ Комбинированная геотехнология: сб. тр. конф. Магнитогорск-Носов МГТУ, 2001–2023.

Список литературы

1. Мельников Н.В., Агошков М.И. Геотехнологии будущего. М.: Недра; 1983.

2. Трубецкой К.Н., Каплунов Д.Р. Комплексное освоение рудных месторождений. М.: ГЕОС; 1995.

3. Макаров В.А. Подземный транспорт и самоходная техника. Екатеринбург; 2012.

4. Козякаев И.А. Апатитовые руды Кольского полуострова. СПб.: ГМРФ; 2008.

5. Каплунов Д.Р., Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Комбинированные геотехнологии освоения недр. М.: ИПКОН РАН; 2021.

6. Проблемы освоения Кривбасса. Кривой Рог: Криворожский горный институт; 2006.

7. Демидов И.И. Геотехнологии алмазных месторождений Якутии. Новосибирск: СО РАН; 2010.

8. Юн С.Ю. Конструкции твердеющей закладки. М.: Горная книга; 2015.

9. Калашников А.Т. Инновационные технологии Лебединского ГОКа. Горная промышленность. 2004;(4):15–20. Kalashnikov A.T. Innovative technologies of Lebedinsky GOK. Russian Mining Industry. 2004;(4):15–20. (In Russ.)

10. Щелканов Н.Н. Минерагения Тырныауза. М.: Наука; 2018.

11. Замецов С.М. Стабилизация закладочного массива. М.: ИПКОН РАН; 2014.

12. Arvanitis A., Leach M.S. Innovations in underground mining: A global perspective. Mining Engineering. 2019;71(3):42–55.