Зміст
Введення. 3
1. Галузеві особливості природокористування. 4
2. Вугільні родовища та басейни .. 9
3. Геологія вугільного родовища. 11
§ 3.1. Загальна характеристика властивостей та стану масиву. 15
§ 3.2. Зміни в надрах. 17
§ 3.3. Геотехнологія і природа. 19
Висновок. 24
Список літератури .. 26

Введення

Сьогодні це може здаватися парадоксальним, але перші ідеї фізико-хімічних способів видобутку корисних копалин народилися, щонайменше, 6-8 століть назад [1] - в епоху, як часто пишуть, «похмурого і неосвіченого» середньовіччя. Дивно, адже не було ще ні фізики, ні хімії в сучасному розумінні цих наук, а людина вже спробував добувати сіль і метал через свердловини, розчиняючи їх поклади прямо під землею і піднімаючи розсоли і розчини на поверхню.
З іншого боку, ще свіжа в пам'яті конференція з геотехнологічні методам видобутку корисних копалин, де не тільки слухали й обговорювали результати найбільш цікавих досліджень, експериментів, випробувань, але намагалися точно визначити сам термін «геотехнологія», знайти основи її власної мови. Чи це не свідчення молодості науково-технічного напрямку?
Які історичні обставини породили необхідність створення нової галузі гірничої науки і техніки на місці розрізнених ідей і спроб їх практичного використання? Щоб відповісти на це питання, потрібно хоча б побіжно нагадати деякі з основних проблем гірничодобувної промисловості, гірничої справи, на продукції якого грунтується майже сімдесят відсотків усього, що виробляє людство.
Останнім часом багато пишуть про обмеженість мінеральних ресурсів Землі. З достатнім ступенем точності відомі геологічні запаси мінеральної сировини і палива в земній корі. Виявлено і промислові запаси, економічно доцільні для освоєння.
Разом з тим сьогодні можна, по суті, говорити про вибух потреби в мінеральній сировині і паливі. Вибуховою характер цей процес став набувати в основному тільки в останні тридцять років.

1. Галузеві особливості природокористування

До 1970 року на всій планеті було видобуто 7 мільярдів тонн умовного палива - вугілля, нафти, газу. За прогнозами для 2010 року ця цифра зростає до 25 мільярдів. [2]
Наша країна, як відомо, забезпечена власними ресурсами всіх основних видів корисних копалин. У її надрах зосереджено більше половини світових запасів кам'яного вугілля, залізних і марганцевих руд, природного газу, різного гірничохімічної сировини.
У світовому господарстві масштаби залучення в господарський оборот корисних копалин в порівнянні з іншими видами природних ресурсів - земельних, лісових, водних - ростуть набагато швидше. У нашому господарстві ця тенденція ще помітніше: зростання суспільного виробництва відбувається більш швидкими темпами.
Співвідношення між загальним обсягом видобутку і вмістом в ній корисної речовини неухильно змінюється, на жаль, в бік накопичення так званих відходів. Це потребує збільшення обсягів видобутку, а значить, і ще більше відходів. Відходи, якщо вони залишаються такими, - нові гори відвалів, териконів, «хвостів» збагачувальних фабрик, рудничні стоки і стоки збагачувальних фабрик. Вони забирають десятки тисяч гектарів земельних угідь, забруднюють атмосферу і водойми. І вони ростуть, випереджаючи за масою корисні компоненти.
Відходи і втрати збільшують ентропію мінерально-сировинних ресурсів, їх марне розсіювання.
Але тут є і якийсь оптимістичний парадокс: під всезростаючої масі відходів відповідно все більше корисного, що підлягає утилізації.
Зменшення втрат та використання відходів - грандіозний резерв. Розрахунки показують: гірниче виробництво може підвищити вихід продукції за рахунок більш раціонального використання корисних копалин приблизно на 20-25 відсотків. [3]
Вперше в світі на Качканарський гірничо-збагачувальному комбінаті залучені в переробку бідні руди, в них 16-17 відсотків заліза. [4] Попутно стали витягувати найцінніший для народного господарства метал - ванадій. Оригінальний спосіб дозволив удвічі збільшити вилучення рідкісного металу.
Наступним етапом має бути витяг з тутешніх руд ще й титану, платини, паладію. А замкнеться цикл комплексної переробки виробництвом будівельних матеріалів з відходів збагачення. Кількість відходів і солідна будівельна база роблять реальним і економічно виправданим створення такого комплексного підприємства.
Безвідхідним підприємством у галузі чорної металургії РФ, на думку фахівців, може стати Ковдорекій гірничо-збагачувальний комбінат. Для цього є всі підстави. У комбінаті недавно, крім залізорудної, з'явилася апатитова збагачувальна фабрика.
Більше 120 підприємств кольорової металургії використовують промислові стоки в системах, оборотного водопостачання. [5] Це найважливіший показник безвідходності і чистоти виробництва. Скидання навіть очищених стоків практично припинений на двадцяти двох підприємствах. Вода тут циркулює в повністю замкнутій системі.
Прикладом переходу до комплексного освоєння газових родовищ може служити Оренбурзьке. Тут, крім газу, вже витягують сірку, гелій і меркаптани.
Сьогоднішні успіхи в комплексному освоєнні мінерально-сировинних ресурсів ще тільки саме початок вирішення цієї найбільшої проблеми.
«Нічого немає корисніше гірничого мистецтва ...» - з цими словами знаменитого вченого XVI століття Георгія Агріколи й сьогодні важко сперечатися. Майже все зроблене руками людини - від шпильки до трактора і літака - у своєму первісному вигляді лежало під землею та добуто звідти людьми, яких об'єднує слово «гірник». Але Агрікола ще додавав: «Гірники, крім того, не можна бути нетямущим і в багатьох інших мистецтвах і науках. Перш за все, у філософії, щоб він міг знати походження і природу підземного Миру, бо він завдяки цьому зможе знаходити більш легкий і більш зручний шлях до надр землі і отримувати з них більш рясні плоди ...»[ 6]
Сучасні шахти і кар'єри ведуть видобуток тільки в самій верхній частині земної кори. Глибинні багатства їм недоступні. Тверде корисна копалина сьогодні піднімають з надр у вигляді подрібненої кусковатость маси. Всі дорожче буде витяг цього «шматка», який містить неухильно зменшуване кількість корисного компонента. Витрати часом не компенсують навіть цінність одержуваного продукту ...
Новий напрямок гірничої справи розширює наше традиційне поняття і про самого корисному викопному. Це вже не тільки чорні, кольорові і благородні метали, горючі копалини, а й тепло Землі у всіх його проявах, підземні прісні води, рідкісні і розсіяні елементи, приховані в геотермальних водах, корисні елементи з рудничних, нафтопромислових і інших промислових стоків.
Надзвичайно різноманітні об'єкти теплофізичного впливу - це сірка, важка нафта, бітум, озокерит.
Тут під землю йде гаряча вода, пара або електричний струм, а з свердловини на поверхню надходить розплав найцінніших продуктів. Іноді не виникає необхідності навіть у штучному носії тепла.
На Камчатці і островах Курильської гряди сірку можна виплавляти, використовуючи тепло Землі - наявні там гарячі підземні води і пару. Економічність такого способу не потребує коментаря. У два рази дешевше порівняно зі звичайним шахтним методом буде і підземна виплавка озокериту.
Забрати скарби надр, приховані сотнями метрів вічної мерзлоти, - ще одна найважливіше завдання свердловини гідровидобутку. Причому можна розморожувати тільки золотоносний пласт, практично не порушуючи самої мерзлоти.
Можливість тонкого, селективного вилуговування корисних елементів повертає до життя навіть найбідніші родовища зі складною будовою, які, раніше вважалися повністю непридатними до відпрацювання.
У співдружності з мікробіологами розроблений біохімічний спосіб - бактеріальне вилуговування. Тут вже діють «живими», біологічно активними розчинами.
Виявилося, що інтенсивне окислення піриту йде переважно не звичайним хімічним шляхом, а мікробіологічними вилуговуванням, яке здійснюють, розвиваючи життєдіяльність, групи тіонових бактерій. [7]
Проведено перші напівпромислові випробування бактеріального вилуговування нікелю, міді та інших корисних компонентів з позабалансових, «непридатних» руд Кольського півострова.
Нарешті, термохимический спосіб здійснюють підземна газифікація, сублімація вугілля і сланців. Ідея цього способу належить ще Д. І. Менделєєву, але в самий останній час запропоновано нові привабливі варіанти.
Геотехнологічні методи відкривають принципово нові можливості: розробляти родовища з бідними рудами, кинуті або відпрацьовані звичайним способом ділянки родовищ. Навіть метал зі старих рудникових та кар'єрних відвалів економічно вигідно витягнути так званим купчастим вилуговуванням. Але ж такі відвали - вони вважалися практично порожніми - є на будь-якому гірничому підприємстві.
Геотехнологія розширює мінерально-сировинну базу і дбайливо, повно, фактично безвідходно витягує з надр корисні копалини.
Нова технологія зменшує ентропію Землі, її «розпорошення». Ні порушень поверхні Землі, немає пилу, шкідливих відходів, териконів і відвалів, які відбирають великі площі земельних угідь. Нові способи нітрохи не порушують природної рівноваги навколишнього середовища. Мало того, витягуючи корисні елементи з промислових стоків, вони одночасно спрощують проблему очищення вод. Так вже в Казахстані витягають зі стоків молібден.
Геотехнологія вирішує і найважливішу соціальне завдання - повністю звільняє людину від підземної роботи.
Звичайно, не можна вважати, що геотехнологія вже прийшла на зміну традиційним шахтам і кар'єрах. Поки вона розширює області свого застосування, збільшуючи можливості гірської промисловості, покращуючи її економіку.

2. Вугільні родовища та басейни

Запаси кам'яного і бурого вугілля на території нашої країни зосереджені в 25 вугільних басейнах, декількох великих вугленосних площах і більш ніж у 650 окремих родовищах. [8]
Загальні геологічні запаси викопного вугілля в Росії до глибини 1800 м (для кам'яного вугілля) і 600 м для бурих досягають 6800 млрд. т, у тому числі балансових 5730 млрд. т. З них 630 млрд. т складають запаси категорій А, В, C1 , C2.
Коротка характеристика основних вугільних басейнів наведена в табл.1.
Розподіл загальних запасів вугілля по країні нерівномірно. Вугільні басейни в європейській частині країни знаходяться на стадії сталих обсягів видобутку або навіть її зниження (Підмосковний і частково Донецький басейни).
Вугільні басейни, розташовані в азіатській частині країни (Кузнецький, Кансько-Ачинський і Карагандинський), є основними перспективними районами розвитку вугільної промисловості. До числа малоосвоєних вугільних басейнів, що мають значну перспективу розвитку, відноситься Південно-Якутський вугільний басейн, який володіє запасами кам'яного вугілля цінних марок.
Спільним для всіх вугільних басейнів є збільшення глибини розробки. Діапазон виймальної потужності пластів у найближчій перспективі не зазнає значних змін. За рахунок деякого зменшення частки пластів, що залягають під кутом 0-12 °, відбудеться збільшення питомої ваги пластів з кутом падіння до 12-18 °. [9] Характерним для розробки пластів в основних вугільних басейнах є поступове зростання питомої ваги пластів з нестійкими і вельми нестійкими покрівлями. Прогнозується значне збільшення частки розроблюваних пластів з газоносністю 15-25 м ³ / т в Кузбасі при збереженні існуючого становища з виїмкою газоносних пластів у Карагандинському і Печорському вугільних басейнах. [10] У цілому спостерігається тенденція погіршення гірничо-геологічних умов розробки родовищ.
Таблиця № 1

3. Геологія вугільного родовища

Під літосферою (грец. «літос» - камінь, «сфера» - куля, оболонка) розуміють земну кору й частину верхньої мантії Землі. Товщина земної кори становить від 7 до 80 км. [11] Найбільша глибина залягання нижньої межі земної кори характерна для континентальних ділянок, найменша - для території морів і океанів. На материках земна кора має досить витриману товщину 30-40 км. Земна кора складена різними мінералами і гірськими породами.
Мінерал - природне хімічне з'єднання чи елемент, однорідне за хімічним складом і будовою, що є продуктом геологічного процесу. Гірська порода - стійка спільна асоціація мінералів, обумовлена ​​спільністю їх походження, що виникає в результаті певних геологічних процесів і утворює геологічно самостійні тіла в земній корі. Гірські породи бувають пластичними (глина), крихкими (вугілля), сипучими (пісок), міцними (базальт), м'якими (торф) [12]
Розрізняють корінні гірські породи та наноси. Корінні гірські породи залягають на місці свого утворення, але можуть змінювати просторову орієнтацію в ході геологічних процесів. Наноси представляють собою продукти руйнування корінних порід в результаті діяльності вітру, сонця, води, зміни температури навколишнього середовища; вони покривають пухким шаром корінні породи і зазвичай залягають на поверхні. У деяких випадках корінні породи виходять безпосередньо на поверхню. Тому наноси можуть мати товщину від нуля до декількох сотень метрів.
За походженням (генезису) гірські породи ділять на три групи: магматичні, осадові і метаморфічні. Магматичними називають такі породи, які утворилися після охолодження рідкої розплавленої магми. До них відносять граніти, базальти, габро та ін
Осадовими вважають породи, що утворилися в результаті руйнування і накопичення інших порід, хімічного осадження розчинених у водоймах речовин і діяльності мікроорганізмів. Осадові породи поділяють на уламкові, хімічні та органічного походження.
Вугільні родовища зосереджені в осадових породах, які і представлені в основному пісковиками, вапняками, аргілітами, алевролітами, глинистими, піщано-глинистими та вуглиста сланцями. Аргіліти - ущільнені і зцементовані в процесі геологічного зміни глинисті породи. Алевроліти - гірські породи, зцементовані з дрібних піщаних частинок розміром до 0,1 мм. [13]
Сланці - гірські породи з майже паралельним розташуванням пластинчастих або витягнутих мінералів і легко поділені по площинах нашарування. До осадових порід відносять також торф, нафта, тверді бітуми, горючі сланці, асфальт; в осадових породах міститься природний газ.
У вугільних родовищах процес діагенеза закінчувався освітою бурого вугілля. Надалі відбувалася зміна його хімічного складу, фізичних і технологічних властивостей під впливом підвищених температур і тиску. У результаті з бурого утворився кам'яне вугілля, а з кам'яного вугілля антрацит. Процес зміни складу вугілля в надрах від бурого до антрациту називають його метаморфізмом.
Метаморфічними вважають ті з магматичних або осадових порід, які під дією високих температур і тиску змінили свій первісний склад і будова. До них відносять кварцити, гнейси, кристалічні (слюдяні) сланці, мармури та ін У метаморфічних породах знаходять руди заліза, міді, вольфраму, рідкісних металів та ін [14]
Природне скупчення корисної копалини в земній корі називають родовищем корисних копалин. Часто буває, що в одному родовищі зосереджено кілька корисних копалин - хромо-нікелеві, мідно-цинкові, нафтогазові та ін Вугільний басейн - площа суцільного або острівної розвитку вугленосних відкладень, що характеризується спільністю умов утворення протягом одного геологічного відрізку часу. Вугільний басейн зазвичай приурочений до великої тектонічної структурі.
Вугленосний район - частина вугільного басейну, що відрізняється єдиними геологічними умовами залягання вугільних пластів.
Геолого-промисловий район - частина вугільного басейну, характеризується не тільки єдиними геологічними умовами, а й спільністю економічних, географічних та історичних особливостей розвитку. Наведені значення застосовуються з відповідною поправкою до інших корисних копалин. Вугілля в надрах залягає у вигляді пластів, руди - у виді жил, лінз, гнізд, пластів, а горючі сланці, солі, торф - у вигляді пластів та лінз (рис. 1.1). Пласт - скупчення в надрах корисної копалини, обмежене двома близькими до паралельних площинами і має значну площу поширення в порівнянні з потужністю (товщиною накопичення). Група пластів, що залягають спільно у порядку їх генетичного освіти, що чергуються з вміщають порожніми породами і об'єднуються за єдиним геологічного ознакою (найчастіше - за віком), являє собою свиту пластів. Вміщують породи і свита вугільних пластів разом утворюють вугленосну товщу. Вміщують породи, що залягають безпосередньо вище пласта, називають крівлею, нижче пласта - грунтом. Пластообразной скупчення порожній однорідної породи або частину пласта називають шаром.

Якщо вугільний пласт складається з одного вугілля, він має просту будову. У більшості випадків пласт розділений прошарками - тонкими шарами порожньої породи - на вугільні пачки, і має складну будову. Число пачок у вугільних пластах коливається від одиниці до десятків і сотень. Площини, за якими окремі пласти або шари порід стикаються один з одним, називають площинами нашарування.
У процесі утворення вугільних пластів органічні опади відкладалися горизонтальними або слабо похилими шарами. Однак при розробці родовищ знаходять пласти і верстви різного кута нахилу до горизонтальної площини. Це пояснюється тим, що в ході діагенезу і метаморфізму, в надрах виникали тектонічні рухи, які призвели до порушень (дислокація) первісного залягання порід. Геологічні порушення розділяють на плікатівних (складчасті без розриву суцільності масиву) і диз'юнктивні (з розривом суцільності).

Рис. 1. Форма залягання корисних копалин у надрах:
а - пласт; б - лінза; в - гніздо; г - жила

§ 3.1. Загальна характеристика властивостей та стану масиву

Властивість гірської породи - властиве їй якість, яке характеризує її структуру або реакцію на зовнішній вплив. [15] Властивість може виражатися чисельним показником, тобто властивість має міру. У пошуку, розвідки, видобутку та збагаченні корисних копалин найбільш широко використовують плотностное, колекторські, механічні, електричні, електромагнітні та акустичні властивості.
Густинне властивості характеризують речовини в будь-якому обсязі. Їх використовують при обліку видобутку корисних копалин, у розрахунках транспортування вугілля і гірських порід, а також збагачення.
Знання механічних властивостей гірських порід дозволяє правильно вибрати технологію і засоби механізації процесів видобутку і збагачення корисних копалин. Від механічних властивостей гірських порід залежить вибір способу кріплення і управління покрівлею у очисному вибої або проведення гірничої виробки.
Електричні властивості гірських порід використовують для розвідки корисних копалин. Для цього в розвідувальних свердловинах поміщають електроди і пропускають через них електричний струм. За його величиною розраховують питому електричну провідність гірської породи і по ній визначають тип гірської породи. Так отримують розріз гірських порід по свердловині. За вимірами в декількох свердловинах визначають структуру залягання пластів і порід на даному родовищі. Електричні властивості гірських порід використовують також при стимулюванні осушення водоносних шарів, відтаванні мерзлих порід на кар'єрах.
Електромагнітні властивості порід використовують для встановлення меж рудних тіл, порожнин скупчення соляного розчину, меж зон, небезпечних по гірничих ударів. [16]
Акустичні властивості гірських порід використовують для визначення зон, небезпечних за раптовими викидами вугілля і газу, стійкості ціликів, кордонів між вугільним пластом і вміщуючими породами, тріщинуватості і нарушенности масиву.
Термічні (теплові) властивості впливають на теплообмін порід з шахтним повітрям, а, отже, на кліматичні умови в гірських виробках. Вони використовуються в термічному бурінні свердловин на кар'єрах, при підземній газифікації вугілля.
При розробці корисних копалин ті чи інші властивості гірських порід проявляються в поєднанні один з одним. Комплекс властивостей і технологія ведення гірських робіт зумовлюють стан масиву гірських порід. У таких випадках говорять про вияв технологічних властивостей масиву.
Стан масиву гірських порід характеризується напруженнями, масами порід, води та газів, що містяться в одиниці об'єму гірських порід, і температурою. Напруга гірської породи - сила, діюча на одиницю площі якого-небудь перетину породи. Якщо сила спрямована перпендикулярно до розглянутої площині перерізу, то напруга називають нормальним. У випадку дії сили в площині перерізу напруга вважають дотичним.
Напруження в масиві виникають з різних причин. Основна з них - вага вищерозміщених порід. Сила, яка викликається вагою верхніх порід, називається гірським тиском. Напруження в масиві від дії ваги верхніх гірських порід на глибинах 800-1200 м досягають 20-30 МПа і більше. [17] Такі значні напруження обов'язково враховують при виборі технології ведення гірничих робіт.
Напруження в масиві гірських порід формуються також у результаті тектонічних рухів земної кори, землетрусів, тиску газу і т. д.
На сучасних глибинах розробки тиск метану у вугільних пластах рідко перевищує 5-7 МПа. Найбільш високі тиску метану зареєстровані на шахтах Донбасу (12 МПа).
Тиск вуглекислого газу, що міститься у вугільних пластах шахт Підмосковного басейну і Східного Донбасу, менше, ніж тиск метану. Виміряні тиску вуглекислого газу в пластах не перевищують 3,5 МПа.
Зі збільшенням глибини залягання вугільних пластів їх температура зростає за законом, близьким до лінійного. У звичайних умовах, де відсутні термічні аномалії, температура гірських порід, починаючи з пояса постійних температур, які дорівнюють середньорічним на поверхні, збільшується приблизно на 3 ° С через кожні 100 м глибини. Тому температура порід, наприклад, на глибині 1000 м досягає 38-42 ° С. Зміни температури порід створюють у них додаткові напруги. [18]
У процесі розробки стан вугільних пластів і вміщуючих порід змінюється - перерозподіляються як напруги, так і маси порід, метану та води. Змінюються властивості і температура масиву навколо гірничих виробок.

§ 3.2. Зміни в надрах

Переважна більшість розроблюваних родовищ знаходиться поблизу земної поверхні, не більше ніж на 300-метровій глибині (у середньому). [19] Саме з цієї товщі земної кори людство довгий час извлекало все необхідне мінеральну сировину. Сьогодні ж потреби в ньому різко зросли: знадобилося не тільки більше сировини - потрібні були такі корисні копалини, в яких раніше не було потреби. Це змушує гірників йти у надра, залучати в розробку більш глибокі горизонти.
У Росії зараз більше сотні шахт видобувають вугілля з пластів, що лежать в 600 метрах від поверхні. А на шахтах Донецького басейну перший робочий горизонт розташований на глибині більше 1000 метрів. Приблизно того ж рівня досягли розробки на калійних рудниках в Білорусії. Робітники позначки деяких рудників Кривого Рогу - півтора кілометра. На стільки ж належить опуститися копальні «Таймирському» Талнахском-Жовтневого родовища.
У середньому ж глибина гірничих робіт в РФ досягла 600 метрів. [20]
Інтенсивне проникнення в надра почалося в 50-х роках. Саме тоді гірники вперше відчули, що вони перестають бути повноправними господарями надр, що в деяких випадках вони не в змозі управляти підземними ситуаціями.
Особливо небезпечні гірські удари в рудних масивах Руда - міцний матеріал, довго протистоять духу і, коли він вивільняється, всю енергію передаємо підземним спорудам. Вугілля більш пластичний, він кілька гасить силу удару.
Загальний висновок: з глибиною надра ведуть себе інакше, ніж поблизу земної поверхні. У багатовіковій гірській практиці стався перелом; не можна далі покладатися тільки на досвід, необхідно точніше вивчити підземний світ на глибинах більше 300 метрів. [21]
У наші дні ситуація змінюється. На глибокі горизонти першими часто йдуть учені. Слідом за ними впевнено прямують в нові забої робочі бригади. Гірнича наука гарантує їм спокійну роботу.
Не так давно інженер-гірник обходився невеликим набором формул для розрахунку підземних споруд. Сьогодні він залучає для тих же цілей теорію пружності, теорію пластичності, механіку суцільних і дискретних середовищ. Це допомагає йому впевнено освоювати глибокі горизонти, працювати на межі допустимих впливів на надра.

§ 3.3. Геотехнологія і природа

Проблема взаємини традиційних методів видобутку корисних копалин і навколишнього природного середовища стає з кожним роком все гостріше. [22] Вона всебічно обговорюється, досліджується фахівцями, її широко висвітлює періодична преса. Але навіть певні успіхи, досягнуті, скажімо, у рекультивації відібраних під гірські розробки земель, не можуть згладити наслідків традиційної практики гірничої справи для природного середовища. Більше того, зростає і збитків народному господарству. Терикони і відвали, що виникають поблизу шахт і кар'єрів, відбирають щорічно десятки тисяч гектарів орних земель. Вітер легко руйнує ці штучні пагорби, забирає пил і шкідливі речовини на навколишні поля, в результаті знижується їх врожайність. Підземні гірничі виробки шахт, які часто поширюються на десятки кілометрів, ускладнюють, а часом і повністю виключають будівництво на поверхні Землі. Колосальні воронки сучасних кар'єрів - це не тільки суто зовнішні рани, що спотворюють землю. Вони ведуть іноді до серйозних змін гідрогеологічних умов великих районів, наприклад до зниження рівня підземних вод.
Геотехнологія має в цьому сенсі чимало переваг. Якщо традиційні методи видобутку корисних копалин іноді уподібнюють хірургічному втручанню в складний організм природи, то геотехнологічні методи порівнюють з терапією в медицині. Геотехнологія, ідучи з району родовища після його відпрацювання, не залишають практично ніяких видимих ​​порушень поверхні землі, не руйнують родючих шарів грунту.
З іншого боку, немає ніяких підстав і ідеалізувати геотехнологічні методи з точки зору їх взаємини з навколишнім середовищем. Як і терапія в медицині, геотехнологія при невмілому, недостатньо продуманому застосуванні може обернутися багатьма небажаними наслідками. Над величезними підземними порожнечами, освіченими, скажімо, підземним розчиненням солей або виплавкою сірки, можливі деформації вищого гірничого масиву і просідання поверхні землі. Інструменти геотехнології теж вельми агресивні - кислоти, луги, мікроорганізми. Ними можуть забруднюватися і поверхневі і підземні води. При геотехнологических методах часом неминуче виділення шкідливих газів, які загрожують забрудненням атмосфери.
Але всі ці небажані наслідки, як показують дослідження і перша практика, переборні майже повністю, або їх можна звести до практично безпечного мінімуму.
Геотехнологія ні в якому разі не виключає проблему охорони навколишнього середовища від тих чи інших забруднень, але вона переводить її на інший рівень у порівнянні з традиційною гірської технологією, ставить питання тонкого контролю та регулювання якості середовища: про характер і концентрації шкідливих викидів, прийнятному рівні впливу на навколишнє середовище в кожному конкретному випадку, про способи досягнення і збереження цього розрахункового рівня.
В даний час наукою і промисловістю накопичено чималий досвід у вирішенні питань регулювання якості середовища. Створено і створюються досить досконалі прилади контролю, що дозволяють оперативно і з високою точністю визначати концентрації шкідливих речовин, що з'являються в результаті промислових викидів в атмосфері, акваторіях і грунті. Розроблено питання економічної і технологічної доцільності різних варіантів управління якістю навколишнього середовища. Хоча в загальній оцінці заходів, спрямованих на зміну технологічних процесів з метою зменшення шкідливих викидів, немає ще об'єктивних даних про ціну запобігання шкоди. Важко в рублях і копійках виміряти збереження здоров'я людей, їх морального та естетичного стану.
Деякі шляхи вирішення проблеми охорони навколишнього середовища при геотехнологических способи видобутку корисних копалин можна розглянути на прикладі підземної виплавки сірки. Тут накопичено вже багаторічний досвід. У технології підземної виплавки виділяють два роди викидів. [23]
Це організований викид, який пов'язаний з відкачуванням з водовідливних свердловин відпрацьованого теплоносія і в ряді випадків з відкачуванням пластових вод, які можуть спочатку перебувати в поклади. Відкачувані води обов'язково надходять в очисні споруди. Тільки пройшовши установку очищення від сірководню, ставки-накопичувачі та особливі резервуари, де води розбавляють і контролюють вміст у них нормальної кількості солей і газів, вода скидається в ріки.
Неорганізований водовідлив виникає при порушенні технології процесу. Він також має враховуватися в розрахунку потужності очисних споруд.
Але очищення вод і подальший їх скидання в річки сьогодні вже не можуть вважатися достатніми для запобігання наслідків підземної виплавки. Для потужних підприємств вартість таких заходів стає занадто високою. Як показують дослідження і розрахунки, кращий спосіб регулювання якості середовища - це повністю замкнутий водооборот. Причому такий спосіб виявляється ще найбільш вигідним з економічної точки зору. Сьогодні вже розроблена замкнута схема для виробництва теплоносія з пластових вод на потужному Язівського родовища сірки. Відкачування пластових вод з водовідливних свердловин будуть вести в загальний колектор.
Геотехнологічні способи, як і традиційні, ведуть до утворення в надрах землі порожнеч. Але в багатьох випадках геотехнологічні порушення структури гірського масиву практично не тягне за собою небезпеки просідання поверхні над відпрацьованої покладом. Наприклад, при вилуговуванні урану і рідкісних металів руда практично не змінює своєї пористості. Це відображає якраз одне з унікальних достоїнств геотехнології - можливість селективного вилучення елементів з руди, коли розчиненню піддаються лише незначні в загальному обсязі рудного тіла мінерали. Розрахунки показують, що розчинення руд з вмістом корисного компонента 15-20 відсотків не викликає руйнування структури гірського масиву, щонайменше скільки-небудь помітного. [24] При більшому обсязі розчинення вже можливе руйнування структури руди та її ущільнення. У цьому випадку виникає необхідність приймати особливі заходи для компенсації падіння гірського тиску в пласті. Це може бути досягнуто, наприклад, залишенням в пласті ціликів - свого роду несучих колон, закачуванням в пласт води. У випадку, коли під землею утворюються великі камери, рішення проблеми може бути досягнуто найбільш вигідним способом - влаштуванням підземних сховищ природного газу або нафти.
Небажані наслідки при геотехнологических методах видобутку корисних копалин може також мати порушення балансу між подачею в надра робочих агентів і відкачуванням продукційних розчинів. На ступінь такого роду порушення може сильно впливати будову та склад оточуючих корисний пласт гірських порід. Як ми вже згадували, що оточують породи повинні бути по можливості малопроніцаеми для рідин і газів. Якщо ж природна проникність масиву все-таки велика, потрібно знайти спосіб герметизації підземної камери. Такі завдання виникають при підземному розчиненні солей, вилуговуванні металів, газифікації вугілля. Досить надійним способом запобігання витоку реагентів, згідно з дослідженнями та експериментів, може бути більш інтенсивне відкачування флюїдів.
У цілому фахівці вважають, що в переважній більшості випадків небажані явища, викликані застосуванням геотехнологических способів видобутку корисних копалин, можуть бути усунені зовсім або небезпеку їх для природної рівноваги може бути зведена до мінімуму. При цьому геотехнологія зберігає всі свої переваги - з точки зору охорони навколишнього середовища - перед традиційними способами видобутку.

Висновок

Геотехнологія привертає все більшу увагу науковців і практиків. Вже сьогодні розроблені геотехнологічні методи для видобутку 30 цінних елементів, Цими методами ведеться промисловий видобуток кам'яної та калійної солі, урану, міді та нікелю, самородної сірки і важкої нафти, бішофіту, фосфоритів. Методами геотехнології розробляють родовища кам'яного і бурого вугілля, йодо-бромистих підземних вод і підземних вод, що містять бор, літій, уран, родовища термальних вод. [25] У стадії напівпромислового освоєння геотехнологічні методами знаходяться родовища соди і глауберової солі, марганцю, цинку, свинцю і золота, бітуму та озокериту, будівельного піску та гравію. Напівпромислові витягуються Цінні елементи з шахтних, рудникових та нафтопромислових стоків, а також зроблені перші напівпромислові спроби використання тепла сухих гірських порід.
Техніка, яка забезпечує видобуток корисних копалин цими методами, має ряд характерних особливостей. З одного боку, вона найчастіше не представляє собою будь-якої абсолютної новинки. Свердловини із звичайним для нафто і газопромислів обладнанням та бурові верстати, насоси, компресори, котли, парогенератори, хімічні апарати для виробництва реактивів, їх регенерації та очищення - все це знайомо по роботі в інших галузях виробництва. Але фізико-хімічні процеси геотехнологічні видобутку йдуть в основному під землею. Тому геотехнологія народжує і абсолютно нову, яка не має жодних аналогів, своєрідну техніку - підземні хімічні реактори, газогенератори, теплові котли. Нарешті, розвиток геотехнологічні видобутку вимагає значної зміни звичайної наземної техніки, наприклад створення специфічних погружних насосів для відкачування робочих розчинів, більш потужних генераторів струмів високої частоти для штучного прогрівання поклади.
Сьогодні багато фахівців сходяться на думці, що у геотехнології великі дослідницькі та виробничі проблеми, а й велике майбутнє. Вже в найближчі п'ятирічки геотехнологія може виступити на рівноправних засадах з традиційними способами гірничої справи - підземної і відкритої видобутком корисних копалин. Далі - з огляду на її економічні, соціальні та екологічні переваги - як альтернатива шахтам і кар'єрів. [26]

Список літератури

1. Васючков Ю. Ф. Гірництво Учеб. для технікумів .- М.: Недра, 2000
2. Друянов В. А. Надра - цех під землею. М. Знання, 1999
3. Ковальчук А. Б. Гірництво: Учеб. для технікумів. М.: Недра, 1991
4. Спиридонов Л. Л. Геотехнологія. М. Знання, Нове у житті, науці, техніці. Сер. «Техніка», № 4, 1999