Как снизить негативное воздействие добычи полезных ископаемых на окружающую среду

Совершенно очевидно, что промышленность, в частности добывающая индустрия, изменили облик планеты. Земля испещрена воронками карьеров и кротовыми норами рудников, на месте работ возникают отвалы и терриконы, меняются воздух и состав воды. С другой стороны, весь мир, в котором мы сегодня живём, создан благодаря добывающей промышленности. Например, кто-то наверняка читает эту статью с экрана телефона.

Для его производства нужны нефтепродукты и различные металлы. И вот мы подходим к тому, что возникает задача снизить воздействие индустрии на окружающую среду — во всяком случае, воздействие негативное. Возможно, пока это не слишком очевидный вызов, но с ним точно столкнутся добытчики ближайшего будущего, уверен академик РАН Валерий Захаров. На прошедшей в феврале Неделе горняка эксперт рассказал о перспективах развития геотехнологий замкнутого цикла.

В этом году состоялась уже тридцать третья Неделя горняка, организатором события выступил Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) МИСиС. Речь идёт о научном симпозиуме, поэтому в дискуссии приняли участие не только производственники, но и учёные, и последние подошли к делу очень основательно, собрав большой массив статистических данных.

Россия и её минеральные ресурсы

Теоретически объёмы добычи полезных ископаемых в России должны были снизиться, ведь именно на это были направлены санкции. Однако директор НП «Горнопромышленники России» Анатолий Никитин отметил, что спада как такового не произошло. Горнорудная отрасль по-прежнему формирует 5% от ВВП страны — больше даёт только нефтегаз.

«Хотя нынешние санкции — самые жёсткие в истории человечества, они действительно работают и были введены для того, чтобы мы дороже покупали и дешевле продавали, мы всё равно добываем практически столько же, сколько в 2023 году. По пессимистичным прогнозам, если объёмы и упадут в 2025 году, то не более чем на 2%.

По оптимистичным, будет рост за счёт новых мощностей: Удокана, Малмыжа, а также текущих строек, например, Быстринский ГОК „Норильского никеля” начинается в следующем году. Поэтому свою долю в экономике страны мы не сократим, а, скорее всего, будем только увеличивать», — считает г-н Никитин.

Среди самых больших сложностей с отрасли эксперт назвал логистику. Так, объёмы добычи угля в 2024 году в стране увеличились, а вот экспортные показатели оказались чуть ли не самими низкими за последние десять лет. Золото и медь также выросли, а в списке перспективных проектов — объекты «Росатома» и «Ростеха» по добыче лития и бериллия.

Ожидается развитие Ловозёрского ГОКа, строительство разделительного передела на Соликамском магниевом заводе и даже проекта компании «Скайград», которая много лет продвигает идею переработки отвалов фосфогипса. В скором времени должны начаться работы на Тырныаузском, Ермаковском, Тастыгском месторождениях. Это даже не полный перечень, и, как заметил Анатолий Никитин, без работы горняки не останутся.

При этом Валерий Захаров представил диаграмму, в которой отразил зависимость экономик разных стран от ресурсов. Всего в ней отмечены 30 государств, из которых Россия находится на 28-м месте с показателем 74,7%. За нами следуют только Австралия и Бруней.

Хорошо это ли плохо? Как посмотреть. С одной стороны, природные ресурсы обеспечивают нашу устойчивость, возможность развивать энергетику и другие отрасли. С другой, такая сырьевая ориентированность сдерживает развитие других направлений.

Последний факт наглядно демонстрируют данные, представленные в таблице 1. На долю нашей страны приходится 25% мировых ресурсов и только 3% населения. При этом потребляем мы только 5% от общего объёма. США, же имея 5% ресурсов, «кушают» 40%. Это говорит о том, что большая часть из того, что мы добываем, либо уходит на экспорт, либо используется в качестве прямого энергоносителя.

При этом полезных ископаемых миру требуется всё больше и больше: с 2000-х годов практически по всем их видам зафиксирован рост добычи и производства в 2–2,5 %. Это справедливо для железной руды, бокситов, угля, а также выплавки металлов: стали, хрома, первичного алюминия, никеля. Растут и выпуск стройматериалов, в частности цемента, и генерация электроэнергии.

«Это говорит о том, что сегодня мир действительно использует огромное количество минеральных ресурсов, что, конечно, улучшает благосостояние населения. В основном рост обеспечивают страны Юго-Восточной Азии, которые развиваются мощными темпами», — отметил Валерий Захаров.

Так что же, получается, всё хорошо? Россия добывает сырьё, миру и самой стране оно необходимо, так в чём же проблема? Но проблем, на самом деле, целый перечень.

Всё больше породы

Наращивая объём горных работ, мы увеличиваем и воздействие на литосферу. Возьмём, например, уголь. Не будем отрицать значимость этого полезного ископаемого, которое формирует целую индустрию.

«Сегодня Россия является одной из крупнейших угольных держав мира, занимая третье место по экспорту угля и шестое — по объёмам добычи. За последние 15 лет производство угля в стране увеличилось более чем на 130 млн тонн.

Являясь неотъемлемой частью топливно-энергетического комплекса, угольная промышленность России сосредоточена на достижении главной цели — обеспечения энергетической безопасности, а также повышения конкурентоспособности отечественных компаний на международной арене», — отметил министр энергетики РФ Сергей Цивилёв в своём обращении к участникам симпозиума.

Но вот данные статистики. За последние 25 лет объёмы добычи ископаемого топлива действительно изменились, но не глобально: 258 млн тонн в 2000 году и 402 млн тонн — в 2020 (цифры global-finances.ru). Зато заметно выросли объёмы вскрыши и горной массы: с 1000 до 4000 млн тонн соответственно (данные Валерия Захарова).

Увеличивается глубина горных выработок, а содержание ценного компонента при этом падает. Эта тенденция характерна для многих металлов, а медь является просто ярчайшим примером. Ещё в 1990-х годах среднее содержание металла в руде колчеданных месторождений составляло 1,2%, сейчас это уже 0,5%.

Замечательно, что недропользователи научились перерабатывать и такое сырьё, причём делать это рентабельно. Только вот что мы будем делать с миллионами тонн пустой породы? На эту ситуацию можно посмотреть и с точки зрения экологических проблем, которые создают отвалы, и с точки зрения технологий переработки и рационального использования этих ресурсов.

Всё больше «отходов»

По информации Валерия Захарова, деятельность, связанная с добычей полезных ископаемых, формирует 93% от общего объёма отходов в России. Правда, к этой категории отнесены в том числе и хвосты, которые назвать отходами можно только с известной ремаркой. Но всё-таки вот несколько цифр.

При обогащении ТПИ в хвостохранилища сбрасывают огромные отходы пустой породы. При обогащении чёрных металлов это от 40 до 70 %, а цветных — до 98%. На предприятиях чёрной металлургии ежегодно складируют около 220 млн «кубов» хвостов, действуют около 50 хранилищ на территории около 140 «квадратов». В цветной металлургии — и того больше: 100 объектов вместимостью до 280 млн «кубов».

В отвалах, шламо- и хвостохранилищах страны уже накоплено более 100 млрд тонн только твёрдых отходов. Ежегодно под полигоны отчуждают около 100 тыс. гектаров, на которых могли бы располагаться сельскохозяйственные угодья. Суммарно под складирование условных отходов горной промышленности выделено 500 тыс. га, а негативное их воздействие распространяется на площадь, которая в 10-15 раз больше.

В качестве примера специалист привёл отработку кимберлитовых трубок в Архангельской области. На космоснимках видно, что с каждым годом площадь хвостохранилищ существенно увеличивается. Директор научно-исследовательского центра «Прикладная геомеханика и конвергентные горные технологии» Виталий Ерёменко, который также принял участие в Неделе горняка, добавил к этому, что, по его данным, если все ежегодные «отходы» горной промышленности равномерно распределить по всей поверхности Земли, то получится слой в несколько сантиметров.

«И это очень большая проблема, ИПКОН РАН работает с ней уже пять лет и разработал ряд технологий, которые позволяют складируемые хвосты обогащения использовать как стройматериал, удобрения, сорбенты и так далее. Здесь как раз и возникает вопрос о комплексном освоении того минерального ресурса, который мы извлекаем из земли», — подчеркнул Валерий Захаров.

Всё больше взрывов

На страницах нашего журнала мы всё чаще публикуем статьи о технологиях, позволяющих оптимизировать процесс буровзрывных работ. Эти темы набирают актуальность в числе прочего и потому, что сегодня БВР требуются большинству предприятий. Эксперт ИПКОН РАН отметил, что в Кузбассе, где добывают больше половины российского угля, ежегодно расходуют более 800 тыс. тонн взрывчатых веществ. Это приводит изменениям как в недрах Земли, так и на поверхности.

И это тоже проблема, поскольку БВР — это сейсмическое воздействие на сам объект горных работ, а также на расположенные рядом сооружения. Когда в 2014 году в Кемеровской области произошло землетрясение, эпицентр которого находился в районе Бачатского разреза, заговорили о том, что оно имело техногенный характер. Потом эту версию опровергли, но, что называется, осадочек остался.

Землетрясение имело магнитуду 6,1 балла — его называют самым сильным в регионе за последние 100 лет. Более 350 домов пришлось снести, пострадали не только жилые, но и общественные здания, например автовокзал в Белове. А что, если всё это действительно случилось из-за слишком активных горных работ?

Всё больше опасности

Впрочем, даже без землетрясения в Кемеровской области на счету у горной добычи достаточно инцидентов. Больше четырёхсот горняков погибли при обрушении в угольной шахте Коулбрук в ЮАР в 1960 году. Причиной называют ведение работ, не соответствующих горно-геологическим условиям.

Если катастрофа в ЮАР — это то, что случилось далеко и давно, то обрушение горных выработок рудника Умбозеро в Мурманской области — это уже наша история. По всей вероятности, это было техногенное землетрясение, в результате которого объект в конце концов пришлось законсервировать. При этом в 1980-х район считался абсолютно асейсмичным, а вот в 1990-х здесь начали регистрировать толчки.

Аварию на руднике «Мир» все наверняка помнят ещё более отчётливо. Похоронив погибших, недропользователь вынужден был затопить объект и остановить добычу алмазов. А ведь предприятие работало несколько десятилетий и считалось достаточно безопасным. Это говорит о том, что при ведении горных работ мы и сегодня не можем учесть все изменения в литосфере и избежать тяжёлых аварий.

Здесь можно было вспомнить и многочисленные катастрофы на угольных шахтах, в том числе относительно недавние: трагедии «Распадской» и «Листвяжной». К сожалению, это та реальность, в которой мы живём. Добыча меняет землю, и часто эти изменения оборачиваются болезнями, травмами и гибелью людей.

Виталий Ерёменко подчеркнул, что горные предприятия в любом случае должны стремиться к нулевому травматизму, хотя страна у нас, конечно, горнодобывающая и объёмы полезных ископаемых большие. Специалист рассказал, как несколько лет назад вёл курсы повышения квалификации на одном из крупнейших отечественных предприятий, пытаясь донести идею нулевого травматизма. Однако сами горняки заявили, что, поднимая из-под земли миллионы тонн руды, они на такие показатели не рассчитывают, поскольку считают, что ноль — это нереально.

«Но это не оправдание. У нас в России не так много живёт людей, так давайте их беречь», — настаивает г-н Ерёменко.

Всё больше энергии

Это ещё одна проблема, которая существует в отрасли: горная индустрия — удовольствие очень энергозатратное. То же можно сказать и о металлургии. Первая потребляет 12% от общероссийской электроэнергии, а вторая — 13%, итого выходит четверть от всего объёма, что производит страна.

И горная отрасль просит всё больше и больше ресурсов. Мы наращиваем интенсивность работ, а также повышаем степень и глубину переработки. При подземной добыче руд цветных металлов удельные расходы электроэнергии составляют от 22 до 85 кВтч на 1 тонну руды. Из них на бурение уходит 7–13 кВтч, доставку и откатку — 3–4,5 кВтч, подъём — 1,5 кВтч, а больше всех забирает вентиляция — 6–10 кВтч. Остальная энергия расходуется на водоотлив. На медном ГОКе средние значения составляют 15 кВтч на добычу 1 тонны металла 30 кВт*ч — на обогащение.

Цифры вырисовываются огромные. Так что и научное сообщество, и бизнес сейчас вынуждены искать технологические решения и подходы, которые позволят оптимизировать энергозатраты. Недропользователи уже задумываются о том, чтобы в принципе сменить технологический подход. Например, мы уже говорили, что больше всего энергии требуется на проветривание подземных горных выработок. Но такой процесс требуется только тогда, когда в руднике есть человек. А если его там не будет? Безлюдное производство позволит решить проблему радикально.

Технологии замкнутого цикла

Эти тенденции, считает Валерий Захаров, определяют актуальные для всех участников горной отрасли задачи. И научное сообщество, и бизнес просто вынуждены задуматься о том, как изменить и усовершенствовать существующие технологии. Подходов здесь есть несколько. Один из них — это внедрение систем роботизации, цифровизации и автоматизации, и эти процессы сейчас идут. Однако академик РАН сделал акцент на другом моменте — комплексе технологий замкнутого цикла.

«Они позволят нам не только избежать тех негативных последствий добычи, о которых мы говорили, но и найти другие подходы к формированию среды обитания человека и использованию для этих целей новых технико-технологических решений. Эти наработки уже существуют и даже в определённых случаях развиваются», — отметил г-н Захаров.

О каких наработках идёт речь? Например, о вторичном использовании ресурсов. По данным специалиста, такой путь могут пройти 80% всех объёмов добываемого минерального сырья. Таким образом удастся существенно сократить объём их добычи и переработки. Самый простой пример — это использование вскрышных пород для производства закладочных материалов.

К этому же перечню специалист отнёс применение мобильного внутрирудничного оборудования, которое сможет обеспечить управление объёмами и качеством ресурсов и поднимать на поверхность только кондиционные руды. Принцип «не выдавать ничего лишнего» подразумевает установку сортировочных станций непосредственно в местах добычи, чтобы не генерировать те самые огромные объёмы пустой породы.

Эксплуатация оборудования с элементами искусственного интеллекта позволит вывести человека из особо опасных зон. Люди в таком случае продолжат управлять этими системами, но уже удалённо.

Также в качестве примера эффективно организованной технологии академик РАН привёл подземное выщелачивание. Оно позволяет минимизировать объёмы транспортировки материалов, весь процесс происходит под землёй, и упомянутых выше миллионов тонн пустой породы на поверхности не образуется.

Подземное выщелачивание в России применяют, однако едва ли можно назвать такую технологию популярной. В нашей стране таким образом добывают в основном уран, есть опыт работы с медью — в Свердловской области, на известном по бажовским сказам Гумешовском руднике. Парадокс в том, что недропользователю регулярно приходится доказывать, что выбранный метод безопасен для людей и природы: к самой идее подачи технологического раствора под землю, в систему скважин, экоактивисты относятся настороженно.

Тем не менее г-н Захаров сделал акцент именно на этой технологии. Специалист рассказал, что ИПКОН РАН уже провёл исследования, чтобы оценить возможность применимости этого решения на медно-колчеданных месторождениях. Эксперт уверяет, что такой подход даст в числе прочего экономический эффект.

«Приходит время, когда нам придётся посмотреть на минерально-сырьевой сектор и разработку полезных ископаемых несколько в другом ракурсе», — подчёркивает ученый.

В этом свете вырисовывается перечень направлений научных исследований и проектов, которые в ближайшие годы будут приоритетными. К ним Валерий Захаров отнёс следующие разработки:

• роботизированные и автоматизированные геотехнологии с минимальным присутствием людей в зонах ведения горных работ;
• технологи комплексного освоения и сохранения недр с замкнутыми циклами процессов добычи, обогащения и консервации предприятий;
• решения для переработки техногенных образований, отходов металлургических, энергетических и горнопромышленных предприятий с получением полезных продуктов;
• проекты восстановления территорий, нарушенных и загрязнённых горными производствами.

Что такое экологически сбалансированное освоение недр?

Валерий Захаров считает, что это процесс, организованный с соблюдением ряда критериев:

• природные ресурсы потребляются в том объёме, в котором они способны к восстановлению;
• изыскиваются либо заменители природных ресурсов, либо возможности их вторичного использования;
• исключается образование отходов в процессе добычи и переработки руд;
• исключаются воздействия, приводящие к необратимым для экосистемы последствиям;
• обеспечивается многофункциональность горнотехнической системы и многократность её эксплуатации.