http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=2e5a7b07-8d73-485e-9876-8c132add58ab&print=1© 2024 Российская академия наук
КАНУЛИ В ЛЕТУ ВРЕМЕНА, КОГДА ЗОЛОТЫЕ самородки можно было найти в русле рек, а алмазы - собирать с земной поверхности. Многие крупные месторождения полезных элементов на Земле не только разведаны, но и наполовину отработаны. При этом потребности в них человечества растут. Обеднение руд стало повальной бедой. Ну а раз "сливки" сняты, разведчикам недр приходится заново "вгрызаться" в землю. Породы с содержанием золота, свинца, меди и серебра в один-два грамма на тонну, которые раньше считались бы бросовыми, вновь поступают в разработку. А ведь есть и так называемые редкоземельные металлы, содержание коих в породе по определению невелико, но без которых тоже не обойтись... Вольфрам, титан, палладий, молибден - все эти элементы стратегического значения приходится добывать из земной тверди буквально по крупицам. Геологи ни за что не смогли бы собрать эти ископаемые, если бы на помощь им сегодня не пришли математики. Сейчас о разработке математических моделей месторождений задумываются во многих странах.
Миссия выполнима
В России все началось в 80-е годы уже прошлого столетия с составления компьютерных карт. Конечно, картографию рудников умели составлять еще в середине прошлого века: это были планы освоения месторождения, оформленные графически и отвечающие на вопросы, где и какого сорта руда залегает, как ее добывать, в какой последовательности и в каком объеме... Впрочем, до введения компьютерных программ толку от таких планов было мало. "Целый проектный институт за год мог рассчитать всего две-три модели возможного освоения месторождения", - говорит работавший тогда в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН Александр Трыкин. Но когда ученые создали первую компьютерную модель отработки карьера, им потребовались всего сутки, чтобы просчитать план. Первой ласточкой для математического моделирования в Институте геологии рудных месторождений выбрали узбекский золотоносный рудник Мурунтау, который в те времена находился на территории Союза. "Мы взялись именно за Мурунтау, - вспоминает Трыкин, - потому что это крайне заманчивый, но тяжелый в отработке рудник. Золота много, но его просто так не возьмешь. Ведь там разрабатывались породы с его содержанием один-два грамма на тонну. К тому же полезный элемент залегает неравномерно и он невидим: различить на глаз руду и пустую породу невозможно". Впрочем, ученые сочли месторождение подходящим для обкатки новых технологий. Грандиозный монолит размером три на пять километров показался им более удобным для работы, чем россыпь разнородных рудоносных "пятнышек".
Программа, с которой в отечественной геологии началась эра компьютерного моделирования, называлась автоматизированная система "Руда". Сегодня на ее базе создан целый пакет программ - среди них есть уникальные, не имеющие аналогов в мире. К примеру, наши ученые научились рассчитывать разработки так, чтобы они были максимально рентабельными на каждом этапе. Компьютер даже посчитает разные варианты освоения месторождения в зависимости от изменения закупочной цены на продукт и себестоимости добычи. Как это происходит?
Вначале геологам надо разобраться, где полезный элемент (руда), а где его нет (пустая порода). Берутся сотни образцов с разной глубины, в них определяется содержание полезного элемента. На основе лабораторных данных рисуется трехмерная карта: своеобразный "рентгеновский снимок", на котором отчетливо виден темный "скелет" месторождения, состоящий из жил и рудных тел. Теперь следует разобраться, в какую сумму обойдется добыча и сколько для этого придется вывезти в отвалы пустой породы.
На мониторе компьютера рудник напоминает мозаику. Скважины помечены разными цветами. Красная - рудная, а белые и зеленые - те, где руды нет или добывать ее нерентабельно. На месторождениях бедных руд и редкоземельных элементов грань между рудными и нерудными скважинами очень тонка. Предположим, что границы между рудными и нерудными породами соответствуют содержанию золота в породах два грамма на тонну. Следовательно, скважины с содержанием золота в 2,3 грамма - перспективны для добычи, а в 1,8 грамма - уже нет. Определить на глаз такие вещи невозможно. И тут без компьютерного моделирования не обойтись.
Вгрызаясь в землю
Совсем недавно геологоразведчики обнаружили: углубившись на несколько сотен метров в земную кору, можно вновь натолкнуться на рудное тело и богатую жилу. Вот только как из глубины достать полезный элемент? Зарываться в шахты, как это делают на золотых и алмазных приисках в Южной Африке, часто нерентабельно и небезопасно. Но что делать, если под тоннами твердого кварца таится целый клад? В перспективном плане разработок Мурунтау записано, что к 2020 году глубина открытого карьера, где добывают золото, составит больше километра. И это лишь знак общей тенденции. Не за горами то время, когда весь мир начнет добывать на подобной глубине железо и никель, серебро и платину, медь и алюминий. Однако открытые разработки сверхглубоких месторождений таят немало опасностей, растущих в геометрической прогрессии. Чем глубже геологи уходят под землю, тем угол наклона стен карьера становится круче, и вероятность оползней многократно увеличивается. У всех глубоких карьеров есть одна общая проблема: ради маленького кусочка руды приходится вынимать сотни тысяч тонн пустой породы. Надо постоянно освобождать фронт работ - вывозить ее в отвалы. А это дорого. Всегда есть соблазн понадеяться на "авось не рухнет". Но на глубине в километр такой "авось" становится слишком опасным.
Ведь горный объект подвержен постоянной деформации: проблемой внезапного обрушения карьеров занимается целая наука - маркшейдерия. И тут пригодились наработки математиков и программистов из Института геологии рудных месторождений и Российского университета дружбы народов. Сказать более обоснованно, где нужно подвинуть край разработки, а где можно повременить, позволяет компьютерная маркшейдерия, существующая в тесной связке с сейсмо- и электроразведкой. Опираясь на сейсмографический поиск опасных трещин и пустот, а также на компьютерный прогноз деформаций, инженеры примут решение, где и как проводить промышленные взрывы. Кстати, методы такого моделирования можно применять и в сейсмоопасных зонах при строительстве домов и прокладке коммуникаций. Специалисты считают, что, если бы такая программа была в их арсенале раньше, возможно, удалось бы избежать тяжелых последствий катастрофического землетрясения в армянском Спитаке...
Мне сверху видно все
Но самая большая гордость российских ученых - это придуманная ими технология отработки месторождения с помощью спутниковой связи, позволяющей отсортировывать буквально каждый кусок породы - рудный от нерудного. Приемник сигнала ставится прямо на ковш экскаватора. Оттуда сигнал ретранслируется в кабину экскаваторщика, а затем по более мощной связи - в диспетчерскую, на компьютер. Все это происходит в режиме реального времени. В кабине экскаватора электронное табло, глядя на которое можно понять, что попало в ковш - руда или "отвалы". Аналогичное табло есть и в кабине у водителя самосвала: он понимает, куда вести машину. И все это происходит благодаря тому, что в диспетчерской находится компьютерный план месторождения. Все экскаваторы, а точнее - "ковши", заведены в систему под кодовыми номерами. Специалисты считают, что вскоре спутниковая система навигации непременно появится не только на золотоносном Мурунтау, но и там, где ведется добыча таких ископаемых, как селен, стронций, скандий, палладий, ванадий, молибден. "Она весьма востребована, - считает доктор наук, профессор Российского университета дружбы народов Александр Воробьев. - Ведь сейчас все больше карьеров, где добыча ведется открытым способом. А в них - вся таблица Менделеева". Трехмерная модель месторождения, которую рисует компьютер, - это индивидуальный портрет, и подход к нему требуется индивидуальный, убеждены геологи.
Открытым пока остается вопросе продаже уникальных компьютерных программ на международном рынке. Понятие национальной безопасности никто не отменял: недаром первые математические программы отработки месторождений когда-то контролировались у нас в стране Министерством обороны. И по сей день карты геологоразведки остаются секретными. Кроме того, есть и еще одна, внутренняя причина: отечественным программистам, занимающимся этими проблемами, пока не хватает обычного умения продвигать свои разработки. Сегодня дополнительный импульс к их использованию может придать запуск системы глобального позиционирования ГЛОНАСС. По крайней мере ученые и геологи на это рассчитывают.