Перспективные научные задачи горнопромышленной геологии

Комплексные геологические исследования техногенных массивов хранилищ отходов рудообогащения с целью обоснования их последующего использования с обеспечением экологической безопасности. Получение необходимых результатов возможно при решении комплекса вопросов гидрогеомеханического, гидрохимического, инженерно-геологического, технологического и геолого-технологического характера.
До последнего времени отношение к хвостохранилищам как к своеобразным свалкам горного производства не позволяло (за редкими исключениями) проводить представительные исследования этих специфических объектов.
Прежде всего целесообразно осуществлять раздельный подход к геологопромышленной оценке заполненных, формируемых и проектируемых хвостохранилищ исходя из реальных возможностей оперативного учета геологической информации при обосновании технологии разработки техногенных месторождений и переработки вторичного рудно-минерального сырья.
Хранилища отходов рудообогащения являются объектами повышенной экологической опасности из-за их негативного воздействия на воздушный бассейн, подземные и поверхностные воды, почвенный покров на обширных территориях. Наряду с этим хвостохранилища - малоизученные техногенные месторождения, использование которых позволит получить дополнительные источники рудно-минерального сырья при существенном уменьшении масштабов нарушения геологической среды в регионе. Ежегодно в мире в хранилища отходов рудообогащения черных и цветных металлов укладывают около 3 млрд м3 хвостов, при этом только на укладку 1 млн м3 хвостов требуется от 3 до 8 га земли. Мощность массивов отходов рудообогащения достигает десятков метров, а площади измеряются тысячами гектар. Общий объем отходов рудообогащения в хвостохранилищах лишь железорудных предприятии России составляет к началу XXI века около 1 млрд м3. Рост использования отходов рудообогащения сдерживается наличием в них главных и попутных компонентов, хотя и в незначительных концентрациях, но уже доступных для извлечения новейшими технологиями с определенным экономическим эффектом. Производство продукции из техногенных месторождений, как правило, в несколько раз дешевле, чем из специально добываемого для этого сырья, и характеризуется быстрой окупаемостью капиталовложений. Однако сложный химический, минералогический и гранулометрический состав хвостохранилищ, а также широкий набор содержащихся в них полезных ископаемых (от главных и попутных компонентов до простейших строительных материалов) затрудняют расчет суммарного экономического эффекта от их переработки и определяют, с одной стороны, индивидуальный подход к оценке каждого хвостохранилища, а с другой - создание методики геолого-промышленной оценки хвостохранилищ.
Хвостохранилище как горно-геологический объект представляет собой геотехническую систему, т.е. совокупность взаимодействующих природных и технологических элементов. Системный подход к исследованию хвостохранилища предусматривает его декомпозицию на ряд подсистем, состоящих из набора конкретных элементов. Состояние хвостохранилища как геотехногенной системы определяют группы элементов, относящиеся к физико-географической, минералого-геохимической, инженерно-геологической, гидрогеологической, технологической и экологической подсистемам.
Решение проблемы охраны подземных вод в горнодобывающих районах включает изучение и прогноз качества подземных вод, изменяющегося под влиянием хвостохранилищ и гидроотвалов. Здесь представляется целесообразным использование концепции контролируемого загрязнения подземных вод, в соответствии с которой гидрогеологические исследования должны включать:
- прогноз гидродинамического режима подземных вод под влиянием технических водоемов;
- определение фильтрационных свойств отложений, экранирующих ложе хвостохранилищ, для выявления граничных условий фильтрации и участков возможного поступления загрязненных вод;
- анализ гидрохимического режима подземных вод по району в целом и тенденций его изменения во времени;
- оценку условий и прогноз миграции загрязненных вод от хвостохранилищ на основе опытных работ, позволяющих оценить интенсивность массопереноса в подземных водах;
- разработку схемы рационального использования подземных вод с обоснованием режимной гидрогеологической сети, выполняющей контрольно-предупредительные функции и обеспечивающей повышенную достоверность оперативных прогнозов.
Вопросы оценки качества и использования техногенных месторождений как источников сырья для строительной промышленности достаточно детально разработаны. Вместе с тем, оценка хвостохранилищ как техногенных месторождений основных и попутных компонентов является весьма актуальной проблемой из-за сложности агрегатного состояния хвостов, нетрадиционности опробования и отсутствия экспресс-методов определения плотности, гранулометрического состава и содержания компонентов.
Геолого-промышленная оценка намывных массивов должна обеспечить получение данных для минерало-геохимического картирования, с помощью которого становится возможным установление влияния технологии формирования этих массивов на пространственно-временные изменения качественных показателей.
Для обоснования экологически безопасных технологий формирования хвостохранилищ и их последующего освоения в качестве техногенных месторождений необходимо:
- выполнить полевые и лабораторные эксперименты по определению водно-физических и механических свойств техногенных отложений и на основе полученных результатов - инженерно-геологическое районирование хвостохранилищ;
- обобщить гидрогеологическую информацию по объектам исследований и на этой основе сделать уточненный прогноз загрязнения подземных вод под влиянием хвостохранилищ;
- провести геолого-геохимические исследования отложений хвостохранилищ для выявления их зональности по вещественному составу;
- разработать методическую документацию по геотехнологической оценке и картированию техногенных месторождений;
- выполнить проектные решения по намыву хвостохранилищ, обеспечивающему управление их геолого-геохимической зональностью;
- подготовить инструктивно-методические документы по геоэкологическому мониторингу хвостохранилищ.
Таким образом, горнопромышленная геология - область знаний, которые связаны с изучением геологической среды. Возникновение этой области знаний относится к периоду качественных изменений горно-геологических условий освоения недр. Современный этап развития горнопромышленной геологии характеризуется особенно сложными условиями разработки природных и техногенных геологических объектов и эксплуатации горных сооружений.
Этот этап совпал с периодом резкого повышения технического и технологического уровней горного производства, основными чертами которого стало массовое использование комплексно-механизированных и автоматизированных систем и вычислительной техники.
В ближайшей перспективе получение новых горно-геологических знаний обусловлено ориентированием исследований на геологическое обеспечение комплексного освоения и сохранения недр. Это предполагает выявление в природных и формирование в техногенных геологических объектах новых полезных качеств, требуемых для обеспечения безопасности и экономической эффективности горного производства.

---