Профессор, доктор технических наук Пи4. РЫЖОВ СОВРЕМЕННЫЕ ЗАДАЧИ МАРКШЕЙДЕРСКОЙ СЛУЖБЫ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕМОСКОВСКОЙ ШКОЛЫ МАРКШЕЙДЕРОВ-ГЕОМЕТРОВ

В перспективном плане развития народного хозяйства, принятом на XXIII съезде КПСС, предусматривается увеличение добычи угля, руд и нерудных ископаемых на основе технического прогресса, внедрения новой техники, комплексной механизации, автоматизации, широкого использования достижений науки и техники.

Эффективность внедрения новой техники в горнодобывающей промышленности зависит в первую очередь от соответствия конструктивных особенностей машин, комплексов и технологии разработки природным условиям недр.

Это предъявляет особые требования к маркшейдерской службе, призванной обеспечить маркшейдерско-геологическими основами технологов и механизаторов на базе глубокого изучения и достоверного прогнозирования геологических объектов.

Математическое и геометрическое отображения природных объектов особенно важно в связи с необходимостью определения оптимальной взаимосвязи между горно-геологическими, техническими и экономическими факторами в условиях применения новых методов планирования и управления развитием горных работ.

Работа горного предприятия организуется и направляется его различными отделами (службами): горно-технологическим, электромеханическим, транспортным, строительным, геологическим, маркшейдерским и др.

Особое положение в работе горного предприятия занимает маркшейдерский отдел. От того, как работает маркшейдерская служба, зависит работа всех отделов рудника, шахты, карьера.

Маркшейдерская служба должна и может изображать на каждый день динамику изученности разрабатываемых недр и динамику развития горных, разведочных, строительных и прочих работ горного предприятия в виде геолого-математической модели месторождения и таким образом видеть их соответствие природным условиям. На такой модели изображаются геология, структура месторождения, форма залежей и их геолого-гидрогеологические и горно-технические условия залегания, пространственное размещение минерализации, распределение отдельных компонентов и металлов

U

внутри залежей.

Особое внимание должно быть уделено изучению слоисто-трещиноватой структуры полезного ископаемого и вмещающих его горных массивов.

В настоящее время маркшейдеры ограничивают свою деятельность съемкой горных выработок, их ориентированием и изображением на планах, разрезах, дают и следят за направлением выработок в соответствии с проектом, учитывают добычу, производят расчет охранных целиков, исследуют процесс сдвижения поверхности разрабатываемых недр и решают некоторые другие задачи (съемка по определению объемов на складах руды, угля, дров и т.д.).

Такой круг деятельности маркшейдерской службы определен Инструкцией по производству маркшейдерских работ.

Инструкция рассматривает маркшейдера исключительно как съемщика и совершенно не предусматривает плацдарма его действии как горного геометра в области рудничной и шахтной геологии, а между тем только эти функции маркшейдера-геометра могут придать положению его в горном производстве тот удельный вес, которого ему до сего времени не хватает, тот авторитет, который необходим для того, чтобы маркшейдерская служба в производстве перестала быть второстепенной, со всеми вытекающими отсюда печальными последствиями для горного дела.

Приведенные выше новые задачи могут целесообразно разрешаться только маркшейдером и только в маркшейдерском отделе рудника...

...Улучшение работы маркшейдерской службы является резервом повышения производительности и снижения себестоимости в угольной промышленности.

В рудной промышленности пренебрежение к вопросам изучения и изображения на маркшейдерских планах пространственного размещения минерализации (в виде изолиний средних содержаний металлов) приводит к неоправданно высоким потерям металлов при добыче.

Так, по Джезказгану проектирование камер с учетом изолиний средних содержаний металла позволяет снизить потери металлов в два раза против фактических.

Содержание геолого-математической модели месторождения включает нижеследующее.

А. Вероятностно-статистический анализ отдельных признаков, характеризующих различные стороны недр: статистические законы распределения признаков, их математическое ожидание, дисперсия и точность их определения; статистическая взаимосвязь между отдельными признаками: уравнения регрессии, корреляционные отношения, коэффициенты и индексы корреляции и детерминации, автокорреляционные функции и ковариации признаков, характеризующих изменчивость признаков и определяющих необходимую плотность опробования и распределения разведочных пересечений, необходимых и достаточных для изображения пространственного распределения признаков.

Б. Геолого-геометрическая характеристика горного массива и месторождения: структура горного массива и месторождения, форма массива отдельных видов пород и полезного ископаемого, геометрия поверхностей раздела пород, геометрия распределения в недрах отдельных сортов и разновидностей полезного ископаемого, геометрия распределения минерализации и отдельных компонентов в залежах;

— взаимосвязь структуры залежи с распределением компонентов.

Геолого-геометрическая характеристика горного массива и месторождения отображается на соответствующих картах, планах, разрезах: геологическая карта и разрезы, структура месторождения и массива вмещающих пород, изосечения поверхностей и плоскостей раздела горного массива на отдельные разновидности, изомощности последних, изосечения эндогенных и экзогенных трещин, интенсивность трещиноватости в изолиниях, изосечения поверхностей водоупорных горизонтов и их изомощности, изолинии напора каждого горизонта, изолинии содержания компонентов подземных вод, гипсометрические планы поверхностей почвы и кровли залежей (пластов), их изомощности, изоглубины залегания залежей, изолинии размещения минерализации в целом по району месторождения и по отдельным залежам, изолинии пространственного размещения отдельных компонентов в залежах, изолинии распределения запасов и его отдельных сортов. Для карьеров такая характеристика дается по каждому уступу, а при подземной разработке — по каждому выемочному блоку, слою, этажу и т.д.

Совокупность вероятностно-статистических характеристик и геолого-геометрических графиков и составляет содержание геолого-математической модели месторождения и горного массива.

Число графиков и их содержание будут различными для различных месторождений в зависимости от их горно-геологических особенностей.

Геолого-математическая модель горного массива и месторождения полезного ископаемого позволяет значительно рационализировать решение многих основных задач разработки месторождений и их эксплуатационной разведки.

Такая модель позволяет вскрыть резервы повышения производительности и снижения себестоимости добычи полезных ископаемых, значительно снизить потери при добыче, рационально решать вопросы осушения, дегазации и т.д.

Геолого-математическая модель горного массива и месторождения и только она может явиться основой проектирования шахт, рудников, карьеров будущего.

Теоретическая разработка вопросов построения геолого-математической модели горного массива и месторождения и методы необходимых при этом исследований, а также использование ее при решении отдельных задач горного дела и эксплуатационной разведки месторождений достаточно освещены в периодической и учебной литературе.

При очередном пересмотре Инструкции по производству маркшейдерских работ необходимо в первом разделе предусмотреть как главную задачу маркшейдерской службы составление геолого-математической модели горного массива и месторождения полезного ископаемого, а маркшейде- рам-производственникам, не дожидаясь новой Инструкции, следует перестроить свою работу в свете вышеизложенного, только тогда они станут настоящими штурманами в горнодобывающей промышленности.

Научные исследования маркшейдеров-геометров МГИ ведутся по следующим трем направлениям: Геометризация месторождений минерального сырья, имеющая целью исследование форм залежей, их условий залегания, пространственного размещения, различных свойств горного массива, полезных и вредных компонентов и запасов внутри залежей и математическое (геометрическое) выражение всего этого на маркшейдерских планах и разрезах.

Материалы геометризации месторождения служат основой для правильного проектирования, планирования и ведения горных работ, для решения вопросов о наиболее рациональном расположении и минимальном количестве разведочных выработок, скважин и проб, обеспечивающих точность эксплуатационной разведки, оценку качества и количества минерального сырья, его горно-технических условий разработки, его технологических свойств в соответствии с требованиями горной технологии.

При решении этих вопросов наряду с геометрическими методами исследования широко применяются методы теории вероятностей, математической статистики и теории случайных функций. Проведены исследования по разработке теоретических основ геометризации месторождений и применения вероятностно-статистических методов в горном и геологоразведочном деле.

Разработка теоретических основ и методики геометризации месторождений, вероятностно-статистических методов решения многих задач горного дела и результаты их внедрения в угольной и горно-рудной промышленности опубликованы в четырех книгах (монографиях и учебниках), написанных П.А. Рыжовым, в трех книгах-монографиях и учебных пособиях, написанных В.А. Букринским, в четырех книгах, написанных в соавторстве П.А. Рыжовым, В.А. Букринским, В.М. Гудковым, и в 60 журнальных статьях, написанных П.А. Рыжовым, В.А. Букринским, В.И. Борщ-Ком- понийцем, В.М. Гудковым и их аспирантами.

В данном научном направлении защитили докторские диссертации 3 человека (В.А. Романов, Г.И. Вилесов и В.А. Бук- ринский) и 21 человек кандидатские диссертации. Исследование проявления горного давления и сдвижения горных пород с учетом структуры горных массивов при разработке рудных месторождений.

В этом направлении выполнены исследования по разработке теоретических основ и методов исследования проявления горного давления и сдвижения горных пород с учетом структуры массивов. Результаты этих работ внедрены на рудниках Джезказгана, Лениногорском, Зыряновском и др.

В данном направлении написана докторская диссертация (В.И. Борщ-Компониец) и защищено 8 кандидатских диссертаций. По этим работам опубликованы 43 научные работы. Теоретические исследования в области новой техники маркшейдерских работ и создание новых приборов.

В этом направлении защитили кандидатские диссертации четыре человека. В двух — проведены теоретические исследования гирокомпаса «Шахтер» и светодальномера и в двух — на основе теоретических разработок созданы приборы по подземной радиолокации и наземной, и подземной стереофотосъемки.

Отличительной особенностью школы маркшейдеров-гео- метров от школы маркшейдеров-геодезистов является то, что геодезическо-съемочные работы у маркшейдеров-геометров служат средством решения главной задачи — геометризация месторождений и решение на ее базе многих основных вопросов горной технологии и промышленной разведки, в то время как для школы маркшейдеров-съемщиков геодезические и съемочные работы являются не только средством, но и конечной целью.

К сожалению, в Инструкции по маркшейдерским работам до настоящего времени все еще не предусмотрено выполнение маркшейдерской службой работ по геометризации месторождений, так убедительно и научно обоснованно рекомендованных I Общесибирским съездом маркшейдеров, состоявшимся в 1925 г.

Основоположником школы маркшейдеров-геометров является проф. П.К. Соболевский.

В резолюции I Общесибирского маркшейдерского съезда, состоявшегося 21 —31 декабря 1925 г. в Томске, по докладу проф. П.К. Соболевского о горной геометрии записано:

«Съезд находит необходимым переработать Инструкцию для производства маркшейдерских работ в части обязанностей ответственных маркшейдеров, понятие ответственности которого надлежит распространить не только на правильность съемочных действий, но и на правильность геометрической интерпретации месторождения...». «В соответствии с этим съезд считает необходимым введение в маркшейдерское дело координаты Z, в смысле выявления всевозможных пространственных соотношений и, в частности, метода изогипс».

Приведенная справка свидетельствует о том, что первым маркшейдером-геометром является проф. П.К. Собо-

О

левскии.

В 1931 — 1932 гг. автором под научным руководством проф. П.К. Соболевского впервые была составлена структурно-геометрическая карта для целого угольного (Кизелов- ского) бассейна.

Проектирование и строительство шахт в первую пятилетку в бассейне осуществлялось на основе этой карты и получило высокую оценку производственников.

В 1932 — 1934 гг. А.А. Игошиным под руководством проф. П.К. Соболевского были проведены большие работы по геометризации Челябинского буроугольного бассейна. На этих работах была выработана общая методика геометризации месторождений, теоретические основы которой опубликованы проф. П.К. Соболевским в журнале «Социалистическая реконструкция и наука», 1932, №7.

В последующие годы были проведены работы по геометризации многих десятков различных месторождений минерального сырья. Кафедрой маркшейдерского дела Московского горного института в послевоенные годы проведена геометризация 60 шахтных полей Донбасса и Подмосковного угольного бассейна, геометризация Буруктальского ни- кель-кобальтового месторождения, Афанасьевского золоторудного месторождения и др.

Кафедрой Свердловского горного института под руководством проф. Г.И. Вилесова проведена геометризация всех россыпных и коренных месторождений Урала. Обобщение этих работ составило содержание его докторской диссертации.

Коллективом научных работников Казахстана (чл.-корр. АН КазССР А.Ж. Машанов, докт. гео л.-минерал, наук А.К. Коюпов, канд. геол.-минерал, наук К.Ф. Ермолаев и другие) проведены работы по геометризации многих полиметаллических месторождений и месторождений цветных металлов Казахстана, в том числе Джезказганского меднорудного бассейна.

Определившиеся научные направления в маркшейдерском деле свидетельствуют о наличии двух маркшейдерских школ в нашей стране: маркшейдеров-съемщиков и маркшей- деров-геометров.

Исторически первую школу можно отнести по содержанию ее научных направлений к доломоносовскому периоду, хотя ее деятельность протекала и протекает значительно позже.

М.В. Ломоносов придавал большое значение геометрической интерпретации данных разведки месторождения. Ломоносову принадлежат слова о том, что «геометрия правительница всех мысленных изысканий».

В упомянутой выше резолюции I Общесибирского маркшейдерского съезда по докладу проф. П.К. Соболевского о горной геометрии отмечалось значение правильно органи- зованнои маркшейдерской службы горных предприятии...

...Приведенная оценка положения маркшейдерской службы, высказанная почти полвека назад, остается в силе и в настоящее время.

Охарактеризованное положение маркшейдерской службы с «печальными последствиями для горного дела» оказалось терпимым до сих пор главным образом потому, что среди маркшейдеров не оказалось единого мнения, не оказалось единой школы. Наличие двух школ — маркшейдеров-съемщиков и маркшейдеров-геометров — при условии, когда представители первой школы оказались «законодателями» маркшейдерского дела, привело к нынешнему состоянию маркшейдерского дела.

Можно привести сотни примеров того, к каким печальным последствиям для горного дела привело то положение, когда горные выработки планируются и нарезаются без учета геометрии форм залегания, геометрии размещения запасов, геометрии размещения полезных компонентов, без геометрии, отражающей слоисто-трещиноватую структуру массивов залежей и вмещающих их пород, без отображения всего этого на маркшейдерских планах.

Многие сотни километров горно-капитальных выработок пришлось признать пройденными впустую после того, как ими было установлено отсутствие тех запасов минерального сырья, которые были утверждены ВКЗ без достаточной обоснованности, без выявленной геометрии форм залежей, их условий залегания и геометрии размещения запасов и их компонентов.

В настоящее время добрая половина лав, камер в угольной промышленности нарезается без надлежащего учета кливажной трещиноватости, что приводит к весьма нежелательным последствиям — к обрушаемости, к значительному газовыделению, к обводненности, к неустойчивости кровли, к необходимости производства больших затрат на поддержание выработок, к значительным потерям в таких лавах, камерах и в результате к снижению производительности и увеличению себестоимости в угольной промышленности.

Если на маркшейдерских планах будет изображена с достаточной степенью точности слоисто-трещиноватая структура угольных пластов и вмещающих их пород и другие горно-геологические и гидрогеологические условия залегания, можно свести серьезно угрожаемые природные факторы (горное давление, внезапные выбросы, обводненность и др.) к состоянию неугрожаемых — свести их действие к управляемым, не опасным для горных работ, и значительно увеличить производительность и снизить себестоимость в угольной промышленности.

Все это позволит снизить и эксплуатационные потери, которые составили в 1966 г. в целом по угольной промышленности 28—30%, или 200 млн т.

Нарезка горных работ в рудной промышленности без учета геометрии форм залежей, геометрии размещения запасов и их компонентов приводит к значительным потерям металлов.

Если реализовать решения I Общесибирского маркшейдерского съезда, принятые в 1925 г., то можно со всей ответственностью утверждать, что производительность в угольной промышленности может быть значительно увеличена, снижена себестоимость, уменьшены эксплуатационные потери.

Именно в этом направлении, в направлении познания закономерностей пространственного размещения геологических и горнотехнических показателей разрабатываемых месторождений, разработки методов математического (геометрического) их выражения ведутся научно-исследовательские работы и подготовка маркшейдерских кадров в Московском горном институте.

Это направление полностью соответствует требованиям сегодняшнего дня горной промышленности.

П.А. Рыжов. Современные задачи маркшейдерской службы горных предприятий и научное направление московской школы маркшейдеров-геометров: Научные труды МГИ. — М., 1969