Исследование, классификация и оценка эффективности комплексного освоения недр

МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ИТОГОВОМУ КОНТРОЛЮ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «КОМПЛЕКСНОЕ ОСВОЕНИЕ НЕДР» ДЛЯ СТУДЕНТОВ ГРУППЫ ГИ-17(з) ЛЕКЦИЯ 3. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ИССЛЕДОВАНИЮ, КЛАССИФИКАЦИИ И ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ РЕСУРСОВ НЕДР (2 часа). Методологические подходы к исследованию, классификации и оценке эффективности комплексного освоения ресурсов недр. Комплексное освоение как предполагаемое, прогнозируемое, планируемое, организуемое или начальное использование какого-либо ресурса недр. Классификация основных групп ресурсов земных недр по их видам М.И. Агошковым. Классификация Ю.Д. Дядькина природных ресурсов недр по их назначению, распространению, и условиям естественного воспроизводства Государственный учет минерального сырья. До недавнего времени недра земли в научной литературе и на практике рассматривались почти исключительно как источник минерального сырья, хотя с древности человек использовал пещеры, воду колодцев, тепло термальных источников, строил подземные культовые сооружения и т.п. Понятие «комплексное освоение недр», т.е. всей совокупности их ресурсов, впервые было выдвинуто акад. Н.В.Мельниковым в начале семидесятых годов прошлого века, т.е. всего три десятилетия назад. Акад. А.И.Агошков отмечает, что за короткий период еще не вполне сформировались сущность, смысл и значение нового понятия. Имеются разноречивые суждения, допускаются отождествления понятий «комплексное освоение» и «комплексное использование» недр, месторождений и полезного ископаемого (минерального сырья). Поскольку, полезное ископаемое является только составной частью месторождения, которое, в свою очередь, представляет лишь один из главных видов полезных ресурсов недр земли. Иными словами это взаимосвязанные, соподчиненные объекты-системы разных уровней иерархии, имеющие много общего, но полное отождествление которых недопустимо. В то же время термины «освоение» и «использование» представляются достаточно близкими, взаимосвязанными, соподчиненными, и уж во всяком случае, не противоречивыми. Различие между ними имеет, в основном, временной характер. Прежде чем рационально использовать чтолибо (продукт, ресурс, технологию, аппарат, энергию, явление) даже при наличии инструкции необходимо познать и освоить новинку. С другой стороны, приступая к освоению непознанного нужно, как минимум, предполагать, что его использование будет полезным. И только последующая практика, возможно не с первой попытки, покажет - насколько предположение окажется обоснованным. Таким образом, освоение можно трактовать как предполагаемое, прогнозируемое, планируемое, организуемое или начальное использование какого-либо ресурса недр. После освоения проектной мощности добычи и потребления любого нового ресурса недр в любой отрасли народного хозяйства, через 2-3 года логичнее говорить о хозяйственном использовании, как свершившемся факте, а не освоении этого ресурса. Вместе с тем, учитывая начальный этап выявления, изучения и освоения разнообразных ресурсов земных недр, и для разграничения объектов исследования допустимым представляется одновременное использование терминов «комплексное освоение ресурсов недр (КОРН)» и его составной части «комплексное использование минерального сырья (КИМС)» или комплексное использование любого другого ресурса недр. С другой стороны, понятие «комплексное освоение и (или) использование» относится не только к минеральному сырью, но и к любому растительному, биологическому, сельскохозяйственному и т.п. сырью, в более общем смысле, к природному или искусственному (техногенному) ресурсу любой ресурсной среды. Комплексное использование сырья в зависимости от конкретной цели можно рассматривать обособленно на любой стадии производства готовой продукции. Но относить его «в горном производстве только к завершающей стадии промышленного освоения месторождений – переработке добытого полезного ископаемого (минерального сырья)» нецелесообразно. Общеизвестно, что развитие комплексного использования минерального сырья позволяет экономически эффективно вовлекать в эксплуатацию более бедные по содержанию отдельных ценных компонентов руды и, таким образом, существенно расширяет ресурсы недр, непосредственно оказывает влияние на параметры всех стадий производства, включая геологоразведочные и добычные работы. Экономически оптимальный уровень комплексного использования сырья можно выявить только в рамках системного подхода, при учете всех стадий производства. Таким образом, допустимо говорить как о комплексном освоении, так и о комплексном использовании любого полезного ресурса недр и в отдельности, и всей их совокупности в целом. Причем необходимым обоснованно считается междисциплинарный или мультидисциплинарный подход при исследовании и решении любых генетических или прикладных задач применительно к недрам Земли. По мере исследования проблемы комплексного освоения недр пополняется и уточняется перечень ресурсов недр, пересматриваются принципы их группировки и классификации, перспективы хозяйственного использования и, соответственно, научные проблемы горных и других наук. Так, акад. М.И. Агошковым два десятилетия назад предложено выделить шесть основных групп ресурсов земных недр по их видам: 1) месторождения полезных ископаемых; 2) горные породы вскрыши; 3) отходы обогатительного и металлургического производства; 4) глубинные источники пресных, минеральных и термальных вод; 5) внутреннее – глубинное тепло недр земли; 6) природные и созданные человеком (техногенные) полости в земных недрах. Кроме того, автором упоминаются практические примеры разработки морских месторождений полезных ископаемых на больших глубинах, делается вывод о необходимости, экономической эффективности и перспективности интенсивного развития работ на таких месторождениях, хотя в предложенной классификации ресурсов недр они не отмечены. Наибольшие успехи достигнуты в области комплексного использования только месторождений полезных ископаемых (собственно минерального сырья), практический интерес к освоению горнопромышленных отходов возник только в 1970-х годах. Остальные три группы полезных ресурсов недр до 1980-х годов не входили в комплекс ресурсов недр, являющихся предметом горных наук и горного производства, хотя отдельные примеры успешного их исследования и обособленного (непосредственно не связанного с горным производством) хозяйственного применения в различных отраслях имелись, в том числе в древности. Другие подходы к классификации ресурсов недр предложены в работах проф. Ю.Д. Дядькина, где приведена классификация природных ресурсов недр по их назначению, распространению, и условиям естественного воспроизводства, соответствующая, в основных чертах, развивающая и конкретизирующая общепринятую, более общую, классификацию всей совокупности природных ресурсов, используемую в природопользовании. Такой подход, несомненно, вполне оправдан, поскольку «в отличие от таких ресурсных сред, как мировой океан, атмосфера и космос, земные недра обладают не только максимальной плотностью и труднодоступностью, но и наибольшей «ресурсонасыщенностью», т.е. являются превалирующей частью природных ресурсов по их объему, ценности и разнообразию. Весьма важными представляются уточнения перечня ресурсов и принципов их группировки, убедительные эпизодические примеры практического использования человечеством разнообразных ресурсов недр в разные эпохи и, особенно, развитие представлений об особенностях изучения и освоения этой ресурсной среды. Принципиально важными, представляются следующие предложения:  выделение в классификации возобновляемых (водные, микробиологические) и, особенно, неисчерпаемых (геотермальные, пространственные, информационные и стройматериалы) ресурсов. До этого общераспространенным было мнение о невозобновляемости ресурсов земных недр, рассматриваемых, по преимуществу, только как вместилище полезных ископаемых; тесная взаимосвязь и пространственное взаимопроникновение различных по назначению природных ресурсов, что делает принципиально невозможным абсолютно селективное и полное извлечение из ресурсной среды любого из них без потерь, ущербов качеству и загрязнению, без «непреднамеренного» извлечения других ресурсов;  выделение информационных ресурсов о вещественном составе, свойствах горных пород, особенностях строения и условиях проникновения в земные недра, которые накапливаются с древних времен, являются неисчерпаемыми и «обеспечивают повышение экономической и экологической эффективности любых горных работ по овладению всей совокупностью богатств земных недр»;  принципиальное значение имеет уточнение терминов «ограниченность» и «невозобновляемость» минеральных ресурсов, означающих не факт строго фиксированного их объема в недрах (запасы воды на Земле тоже не беспредельны), «а лишь то обстоятельство, что темпы продолжающегося естественного воспроизводства этих ресурсов намного (на несколько порядков) ниже темпов их потребления. В действительности, в результате геологоразведочных работ, освоения новых районов на континентах и шельфе, а главным образом, как следствие снижения кондиционных требований под влиянием изменений в экономике и успехов технического прогресса в добыче, обогащении и переработке горючих ископаемых и руд, их ресурсы расширяются». Расширение минеральных ресурсов и борьба с их истощением возможны лишь на пути совершенствования горной технологии;  прогрессирующее загрязнение водных ресурсов планеты и возрастающее значение ресурсов подземных вод (особенно пресных), к актуальным задачам горной науки относят развитие такой технологии, которая исключала бы опасность катастрофической подработки водоносных горизонтов, их дренирования и загрязнения водных ресурсов. Одновременно необходимо развитие оборотного водоснабжения, использование старых выработок или проходка специальных подземных камер для аккумуляции воды, что, как отмечает автор, считали необходимым еще в древнем Египте;  весьма перспективными считаются неисчерпаемые геотермальные ресурсы недр, идея освоения которых высказана в 1898г. К.Э.Циолковским, развита в 1920г. акад. В.А.Обручевым и подтверждена зарубежными экспериментами 1970-1980-х годов. При этом масштабы будущей геотермальной энергетики почти целиком определяются развитием технологии бурения скважин (на глубину 3-4км), крупномасштабного разрушения горных пород (порядка 0,2-0,3 км3) и управления физическими процессами в горячем горном массиве. В 1977г. фонтан пара из скважины с обширной трещиной гидроразрыва горячих гранодиоритов (3км, 185 С) положил начало длительным испытаниям первой геотермальной циркуляционной системы (ГЦС) в штате Нью-Мексико США. В 1983г. там же при гидроразрыве на глубине около 4км при температуре более 300С создана зона трещиноватости (искусственный геотермальный коллектор)  высотой 1150м при ширине 800 и мощности до 150м. Вслед за этим в Великобритании проведен гидроразрыв в Корнуолле с образованием системы вертикальных трещин протяженностью 2,5км. Аналогичные опыты проводятся в Японии, Германии, Франции, готовятся в ряде других стран, в том числе подготавливаются в России Санкт-Петербургским государственным горным институтом (техническим университетом) совместно с Тырныаузским вольфрамо-молибденовым комбинатом, Гипроникелем и ПГО «Недра»;  особое внимание уделяется обоснованию перспектив освоения пространственных ресурсов недр и разработке детальной классификации природно-технологических систем комплексного освоения подземного пространства по назначению и соотношению природных и технологических элементов, в том числе не связанных с добычей полезных ископаемых. Подземное строительство обходится, как правило, дороже, чем строительство аналогичного, по назначению и функциональным параметрам, объекта на поверхности, а по текущим затратам на его эксплуатацию имеет неоспоримые преимущества (энергозатраты сокращаются на 30-50%). Во многих случаях подземный вариант строительства принимается не в целях экономии, а по соображениям безопасности в случае вооруженных конфликтов или террористической угрозы, а также из-за невозможности создания аналогичной системы на поверхности (метрополитены крупных мегаполисов, транспортные тоннели под Ла-Маншем, в высокогорных районах и т.п.). Никакие наземные конструкции по прочности не могут сравниться с прочностью породного массива. Кроме того, надежность, прочность, долговечность, безопасность и, особенно, экологические преимущества подземного расположения многих объектов и необходимость учета этих обстоятельств в методологии экономической оценки освоения подземного пространства, слабо еще разработанной;  наиболее эффективным является совместное комплексное освоение двух и более видов ресурсов земных недр. Актуальность освоения возобновляемых техногенных месторождений постоянно возрастает для пополнения ограниченных ресурсов минерального сырья и с точки зрения решения экологических проблем, что в совокупности, по принципу обратной связи, существенным образом влияет на техникоэкономические параметры промышленных запасов и эксплуатации месторождений. Комплексное освоение по определению предполагает максимально полное выявление и учет всех видов, разновидностей, специфических особенностей, возможных областей и направлений полезного использования ресурсов недр во всем их многообразии, включая нетрадиционные. Только на этом пути можно выявить экономически оптимальные направления и варианты освоения отдельных участков недр и соответствующих им ресурсов в конкретный период развития национальной экономики. В соответствии с этим, в таблице представлен возможный вариант развернутой многофакторной классификации ресурсов недр, которая учитывает, и в определенной мере развивает, упомянутые работы в этом направлении. Известные к настоящему времени разновидности ресурсов недр объединены в 8 групп в зависимости от условий образования, местоположения относительно земной поверхности, взаимного пространственного расположения, распространения по территории страны (региона), агрегатного состояния, функционально-отраслевого назначения, степени исчерпаемости и возможного направления использования. Каждая из перечисленных групп включает от 2-х до 18-ти разновидностей ресурсов недр (некоторые, естественно, повторяются в ряде групп), причем наиболее широко представлены возможные направления полезного их использования в различных отраслях экономики. Ряд групп и видов ресурсов недр введены в классификацию заново (почвенно-растительные, озерно-болотные и др.). Такой разноплановый подход к классификации ресурсов недр, как представляется, является особенно необходимым на начальном этапе их изучения. В частности, для отработки и обоснования рациональных направлений исследований по изучению сущности, состава, сходства и специфики свойств каждого из них, обусловливающих создание специальных технологий и комплексов соответствующего оборудования для эффективного извлечения их из ресурсной среды, комплексной переработки и последующего использования разнообразной продукции недр в различных отраслях народного хозяйства. Поэтому по мере накопления новых данных и закономерностей в процессе дальнейших исследований, предложенная классификация должна пополняться и корректироваться. Каждый из перечисленных ресурсов недр нуждается, в свою очередь, 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. Государственный учет минерального сырья. Для государственного учета месторождений и отложений ведется государственный кадастр. Он содержит систему необходимых сведений и документов о ресурсах, количестве и качестве запасов, горнотехнических, гидрогеологических и геоэкологических условиях залегания и разработки месторождений, их геоэкологическую оценку, а также о правовом режиме использования и охраны этих месторождений. Специальному государственному учету подлежат минералогические, палеонтологические и иные уникальные геологические материалы. Государственный учет уникальных геологических материалов ведется с целью создания условий для их изучения, детального описания и рационального использования. Государственному учету подлежат редкие или нехарактерные для данного региона геологические образования, имеющие научную, культурную и материальную ценность и представляющие собой как целостные природные объекты, находящиеся на месте своего формирования, так и необычные геологические явления и процессы, демонстрируемые в образцах. Право пользования недрами представляет собой систему правовых норм, которые регулируют порядок и условия предоставления и использования участков недр, права и обязанности недропользователей (в объективном смысле). Для субъектов недропользования это право представляет собой совокупность конкретных прав и обязанностей, приобретаемых ими в связи с предоставлением участка недр в пользование (право пользования в субъективном смысле). В соответствии со ст. 12 КоН право недропользования подразделяется на следующие виды: • геологическое изучение недр - комплекс исследовательских и прикладных работ, проводимых в целях уяснения строения земной коры и протекающих в ней процессов, поиска и разведки полезных ископаемых, строительства и (или) эксплуатации подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, организации в недрах природного заповедования; • добыча полезных ископаемых; • строительство и (или) эксплуатация подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых (метрополитенов, трубопроводов, хранилищ нефти и газа, захоронения отходов производства, сброса сточных вод и т. д.); • образование особо охраняемых природных территорий и объектов, имеющих научную, историческую, культурно-эстетическую, санитарнооздоровительную или иную ценность; • сбор минералогических, палеонтологических и других уникальных геологических материалов. Недра могут предоставляться в пользование одновременно для геологического изучения (поисков, разведки) и добычи полезных ископаемых. В этом случае добыча может производиться как в процессе геологического изучения, так и непосредственно по его завершении. Субъектами права недропользования являются юридические или физические лица, имеющие в соответствии с законодательством право осуществлять хозяйственную или иную деятельность, связанную с пользованием недрами. Пользователями недр для добычи радиоактивного сырья и захоронения радиоактивных отходов и токсичных веществ могут быть только государственные предприятия и организации. Объектами права недропользования являются обособленные в установленном законом порядке участки недр, предоставляемые вышеназванным субъектам в пользование. Они могут выступать в виде горного отвода в случае добычи полезных ископаемых, строительства и эксплуатации подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, или геологического отвода в случае геологического изучения недр. Экономические аспекты комплексного освоения ресурсов недр Экономика КОРН характеризуется большой сложностью и многогранностью, поскольку в определенной мере должна учитывать все многообразие свойств и специфических особенностей каждого и всей совокупности ресурсов земных недр, их тесную взаимосвязь, взаимопроникновение и взаимозависимость. Многие технологические процессы и операции извлечения из недр и последующей переработки являются общими (как и затраты на их осуществление) по крайней мере одновременно для нескольких видов ресурсов. В то же время для эффективного потребления, в подавляющем большинстве случаев, необходимо разделение любого изымаемого объема недр на отдельные его полезные составляющие с получением готовых товарных продуктов, требуемого рынком состава, агрегатного состояния и чистоты (допустимого содержания посторонних примесей). В этой связи крайне необходима разработка методологии стоимостной оценки отдельных и всей совокупности ресурсов недр, оценки ожидаемой и фактической экономической эффективности КОРН в целом при обязательной одновременной дифференцированной оценке эффективности использования каждого ресурса в отдельности. Дело в том, что в специфических условиях комплексного использования совокупности ресурсов не исключены случаи, когда общая высокая эффективность обеспечивается за счет использования какого-либо одного из них, либо неэффективное использование одного из ресурсов может привести к убыточности использования всей совокупности ресурсов. Как отмечено выше, многообразие видов и свойств ресурсов недр и их тесная взаимосвязь, взаимопроникновение в природных условиях обусловливают необходимость применения как общих так и специфических технологических приемов и оборудования для их освоения (разрабатываемых различными науками), характеризующихся разным уровнем и структурой затрат на их осуществление. Однако специфика отдельных ресурсов и технологических приемов их освоения не сказывается на методологии определения экономических параметров и эффективности использования любого из них в рамках комплексного освоения определенной совокупности ресурсов недр. Иными словами определение себестоимости, абсолютной, сравнительной экономической эффективности производства тепловой, электрической энергии на основе одновременно (в рамках одного природоэксплуатирующего предприятия) извлекаемых из недр угля, заключенного в нем метана, нефти, попутного газа или геотермальной энергии в методологическом отношении принципиальных различий не имеет. Отдельные ценные составляющие многокомпонентного минерального сырья – химические элементы (черные, цветные, редкие и др. металлы, сера, фосфор, фтор и т.д.) - с полным правом могут рассматриваться по отдельности как определенные разновидности минеральных ресурсов недр. Каждый из них имеет специфические особенности, проявляющиеся в технологии и уровне затрат на производство, разнообразии областей потребления и т.п. В принципе их освоение и использование может осуществляться изолированно, обособленно, но, несомненно, предпочтительным является комплексное использования всех ценных составляющих минерального сырья (КИМС). Поскольку КИМС, как показано выше, является составной частью КОРН, аналогичные экономические проблемы и способы их исследования и разрешения для частного и целого в методологическом отношении должны быть единообразными. Так как направление КИМС сформировалось в науке и реализовано на практике намного раньше, при исследовании экономических проблем КОРН необходимо в полной мере использовать уже имеющиеся наработки по первому направлению, с необходимой их корректировкой в соответствии с новыми научными данными и конкретными условиями хозяйствования в рыночных условиях.