История развития горной науки

6. Взаимосвязь горных и других наук
Наибольшее взаимодействие горные науки имеют с науками геологическими, геофизическими и геохимическими, черпают из них новые знания о строении и формировании земной коры, эволюции геодинамических процессов, физико-химических закономерностях образования минералов, горных пород и коры Земли. В более широком смысле речь идет об исследовании географических и геохимических основ образования месторождений полезных ископаемых [3].
В горном недроведении знания многих разделов математики и механики применяются при решении задач по оконтуриванию горных объектов (месторождений, их участков, сооружений, различного рода аномалий в массивах пород), геомеханики, разрушения горных пород, рудничной аэрогазодинамики, горной теплофизики. Сложность решения этих задач, как и других, например, задач горной экологии, состоит в их большой размерности и нелинейном характере изменения параметров. Она в значительной мере преодолевается при использовании современных методов как вычислительной математики (в сочетании с компьютерными технологиями), так и математической статистики.
В геотехнологии следует активно использовать научные достижения математики и физики для решения вопросов деформирования горных пород в различных физических полях - механических, тепловых, радиационных, комбинированных, взаимодействия разрушаемых и разрушенных горных пород с горными машинами и горными сооружениями. На развитой физико-химической основе построена геотехнология, предполагающая извлечение георесурсов из недр через скважины с предварительным выщелачиванием полезных компонентов, их расплавлением или изменением свойств горного массива путем его упрочнения цементацией, смолоинъекцией, замораживанием и другими способами.
Без использования различных разделов физики и химии невозможна разработка важнейших научных проблем обогащения полезных ископаемых. Разделение и концентрация минералов, направленное изменение их свойств и агрегатного состояния предполагает изучение физических, физико-химических и химических, гравитационных, магнитных, электрических, радиационных, ультразвуковых, электрохимических, механических, плазменных и других процессов, протекающих в минеральных средах. Законы массопереноса, теория разделения, а также закономерности физико-химической механики - общие для всех обогатительных процессов.
При переработке полезных ископаемых с субмикрозернистым срастанием минералов целесообразно комбинирование гидро- и пирометаллургических процессов. А это предполагает использование горняками-обогатителями научных достижений в области металлургии.
Горные науки в областях геотехнологий и обогащении полезных ископаемых немыслимы без применения разнообразной новой горной, транспортной и обогатительной техники. Решение проблем машиностроения, автоматизации, энергетики, управления производственными процессами имеет большое значение для развития этих наук.
Не менее важны для горных наук учет экономических знаний, использование их при освоении недр. В горном недроведении это сопряжено с изучением георесурсов как фактора общественного развития (при оценке источников георесурсов, например, месторождений полезных ископаемых, их отдельных качественных характеристик и георесурсного потенциала в целом).
В горной системологии экономические знания необходимы ученым для подсчета георесурсов как системообразующего горного фактора в производстве, для оптимизации структуры, параметров функционирования, пространственного размещения и организации взаимодействия геосистем различного уровня.
Аналогичную по значимости роль в развитии горных наук играет геоэкология. Практические результаты научных исследований здесь в большей или меньшей степени воздействуют на окружающую природную среду. Экологическая оценка различных аспектов этого воздействия, учет многообразия георесурсов, масштабов и технологических особенностей освоения, а также возможностей сохранения недр составляют основное содержание взаимодействия горных наук и геоэкологии.
Геосистемы по всем признакам относятся к категории сложных. В этой связи в горных науках активно используются общенаучные подходы, базирующиеся на системном анализе и современных информационных технологиях. При этом наибольшее применение находит разработка банков данных и баз знаний в различных предметных областях, автоматизированное проектирование и гибридных, в том числе имитационных многоуровневых моделей.
В горном производстве особое место занимают социальные проблемы и факторы экологической безопасности. Весьма трудоемкое освоение недр требует привлечения значительных трудовых ресурсов. При этом труд горняков тяжел физически, опасен и не относится пока к числу наукоемких. В то же время обеспечение и нынешнего и будущего общества минеральными ресурсами требует рассмотрения всех вопросов в контексте фундаментальной социальной проблемы - устойчивого общественного развития.
Все известные виды преобразования горного производства обязательно должны предполагать улучшение экологической обстановки. Это означает установление и соблюдение экологически безопасных параметров для всех элементов, подсистем и всей системы производства на всех иерархических уровнях и стадиях процесса комплексного освоения георесурсов и сохранения недр.
При пользовании недрами должны быть в полной мере учтены два императива: социальный и экологический. Это обстоятельство требует кардинального повышения наукоемкости горного производства и создает предпосылки для гуманизации труда горняков и повышения общественного статуса и престижа деятельности по освоению недр.
Мерой наукоемкости для горного производства должна стать и степень осуществления разнообразных ресурсовоспроизводящих технологий воздействия на минеральную среду. Именно они призваны сейчас обеспечить "рекультивацию" недр в пространственных границах преобразуемого участка литосферы с учетом его свойств, требований и экологических нормативов. В этих технологиях должны быть использованы новые знания о свойствах природных и техногенных геосистем.
Необходим поиск радикальных решений, которые выводят горное производство на высший уровень совершенства. Наибольший рост его эффективности (с точки зрения социально-экономических и технических характеристик) ведет к созданию новых функциональных структур и появлению новых сфер применения.
Новая целевая ориентация горных наук открывает перед специалистами широкие возможности преобразования горного производства. Главное - создание новых функциональных и экономических структур, которые обеспечивали бы наивысшую эффективность преобразования. Особое значение имеет создание таких технологий, которые предполагают активное воздействие на горный массив с помощью физических, химических и других методов и направлены на изменение условий залегания, агрегатного состояния, качества природных и техногенных образований, на создание или воссоздание полезных аномалий в свойствах минеральных сред.
В нынешних условиях важное значение имеет разработка новой ресурсовоспроизводящей технологии производства угольных суспензий, гидродобычи металлических руд через скважины, складирования и хранения некондиционного минерального сырья.
При комплексном освоении недр нужно использовать не только полезные ископаемые, но и ту часть сырья, которая именуется ныне "отходами", а по сути является вторичными, не полностью использованными георесурсами. Спрос на последние пока невелик.
Изучение глубинных явлений и закономерностей необходимо для разделения минеральных комплексов и введения в практику горного дела технолого-минералогических оценок месторождений. Она позволяет создать эффективные технологии для первичной переработки руд сложного химического состава.
Эффективность добычи полезных ископаемых зависит от новых форм освоения недр. Так, их использование для размещения радиоактивных и токсичных отходов обеспечивает практически единственную возможность решения одной из наиболее острых экологических, социальных и экономических проблем. Необходимость создания подземных сооружений различного назначения также предполагает новые направления использования недр Новые пути исследований и соответствующая их переориентация на сохранение недр Земли, комплексность и экологическая сбалансированность освоения всего многообразия георесурсов открывают широкие возможности для реализации наиболее радикальных идей по совершенствованию горного производства.