Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2015, № 12 (спецвып.65)

ГОРНЫЙ
ИНФОРМАЦИОННОАНАЛИТИЧЕСКИЙ
БЮЛЛЕТЕНЬ
СПЕЦИАЛЬНЫЙ
ВЫПУСК

№ 12

65

УСЛОВИЯ
УСТОЙЧИВОГО
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
МИНЕРАЛЬНОСЫРЬЕВОГО
КОМПЛЕКСА
РОССИИ

В
4
ыпуск

УДК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
К 20 

622:534.04 
К 20 
 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 
29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной 
службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия
человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.14 
 
 
Каплунов Д.Р.. Рыльникова М.В., Олизаренко В.В.,  
Корнеев С.А., Мажитов А.М., Линьков С.А., Зубков А.А.,  
Беленький А.М., Бурсин А.Н., Грязнов М.В., Рыльников А.Г., 
Абдрахманов Р.И. 

Условия устойчивого функционирования минерально-сырье
вого комплекса России. Выпуск 4. Отдельные статьи: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 12 (специальный выпуск 65). — 124 с. — М.: 
Издательство «Горная книга» 
ISSN 0236-1493 

В сборнике представлены результаты исследований, выполняемых в

рамках государственного контракта Российского научного фонда - грант 
№ 14-17-00255. Показана возможность преобразования возобновляемой 
природной техногенной энергии в электрическую, направляемую в рудничную сеть, предложен комплекс мер для воспроизводства электроэнергии от потоков текущего в производственных условиях подземного рудника, разработана независимая система дополнительного электроснабжения рудника с аккумуляторной станцией для накопления электроэнергии внутри шахты, описаны теоретические основы возобновления энергии в ходе реализации геотехнических процессов с использованием теплового поля Земли, предложена логистическая концепция управления 
производственными процессами утилизации отходов добычи и переработки руд. 
 
УДК 622:534.04

©  Коллектив авторов, 2015 
©  Издательство «Горная книга», 2015 
ISSN 0236-1493 

©  Дизайн книги. Издательство  
«Горная книга», 2015 

 
 

УДК 553.04:351.711:338  
© Д.Р. Каплунов. М.В. Рыльникова, 2015 
 

РАСШИРЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИИ  
ГЕОРЕСУРСОВ* 
 
Впервые показано, что в ходе реализации разлчных процессов преобразования 
недр Земли формируется возобновляемая природная техногенная энергия, 
которая может быть преобразована в электрическую, направляемую в рудничную сеть для повышения энергоэффективности добычи минерального 
сырья. Доказано, что при перемещении твердых, жидких и газообразных 
масс, собственных и наведенных колебаниях горного массива возникает энергия, которая может быть собрана и преобразована в электрическую. Эти 
ресурсы представляют собой, с одной стороны, самостоятельную группу 
техногенных энергетических георесурсов, которые могут быть реализованы 
и полезно использованы только в рамках горнотехнической системы, с другой – новую группу возобновляемых источников энергии (ВИЭ), потенциал 
которых ранее в мировой энергетике не учитывался. Это –энергия потоков 
рудничных систем осушения и водоотлива, вентиляции, закладочной смеси, 
пульпы обогащения руд, размещаемой в выработанном пространстве подземных камер и карьеров, большегрузного горнодобычного оборудования и 
транспорта, перемещаемой вниз горной массы, деформации горного массива. Приведены примеры преобразования в горнотехнической системе техногенной возобновляемой энергии в электрическую. 
Ключевые слова: георесурсы, классификация, недра Земли, комплексное освоение, техногенное преобразование, энергетический георесурс, возобновляемые источники, горнотехническая система, энергетический потенциал 

Развитие представлений о многофункциональности  
георесурсов 
Вся история человечества представляет собой, по сути, исто
рию освоения недр Земли. Эволюция происходила в тесной связи 
с развитием орудий труда, производственных отношений, научных идей и мировоззренческих представлений. 
На современном этапе развития общества освоение недр – 
это технологически особый вид человеческой деятельности, 
предполагающий любой вид их техногенного преобразования 
(изменения вещественного состава горных пород, структуры, состояния и свойств горного массива) не только в процессе извле                                                 
* Работа выполнена в рамках государственного контракта Российского научного фонда – грант № 14-17-00255. 

чения из недр полезных ископаемых, но и комплексного использования георесурсов с обеспечением сохранения экологического 
равновесия среды обитания человека. 
Георесурсы в их многокомпонентном разнообразии являются 
основным предметом освоения недр Земли. Поэтому на протяжении многих лет они подвергаются самому пристальному изучению с выявлением условий их многоцелевого использования. 
Классификация георесурсов, которая используется и в настоящее 
время, была предложена академиком М.И. Агошковым в 1982 г. 
[1]. В ней все георесурсы разделены на шесть групп в зависимости от генезиса (условий образования) и направлений возможного использования: 

1 — месторождения полезных ископаемых, разделяющиеся 

на однокомпонентные и комплексные; 

II — горные породы, породы вскрыши и вмещающие породы 

от проходки подземных выработок, забалансовые запасы полезных ископаемых добытые и раздельно складируемые, пропластки 
вмещающих пород, извлеченные совместно с полезными ископаемыми и выдаваемые на поверхность для последующей переработки; 

III — отходы добычи и переработки извлеченного из недр 

минерального сырья – отходы горного, обогатительного и металлургического производств; 

IV — подземные пресные, минеральные и термальные воды; 
V — глубинное тепло недр Земли; 
VI — природные и созданные человеком (техногенные) по
лости в земных недрах – выработанные пространства. 
При этом академик М.И. Агошков понятие комплексного освоения недр рассматривал, с одной стороны, как наиболее полное 
и полезное использование всех осваиваемых георесурсов участка 
недр, с другой – освоение их рациональным сочетанием существенно различных способов добычи для достижения максимального народнохозяйственного и социального эффекта от вовлечения 
ресурсов недр в промышленную эксплуатацию. 
Академик К.Н. Трубецкой в 1990 г. расширил и углубил данное представление, введя новые понятия [2]: 

• реально выявленные ресурсы недр; 

• потенциальные ресурсы; 

• ресурсовоспроизводящие функции горного производства: 
изменение условий залегания минеральных образований; изменение качества минеральных образований; изменение параметров, 
сроков формирования и состояния выработанного пространства; 

• ресурсовоспроизводящие технологии – прямые действия 
или дополнительные технологические процессы, в результате которых создаются новые ресурсы недр. 

В свете современного понимания горных наук под ресурсо
воспроизводящими понимаются геотехнологии, обеспечивающие 
освоение запасов полезных ископаемых с частичным воспроизводством или созданием новых видов ресурсов недр, либо с переводом потенциальных запасов в реальные. 

Дальнейшее развитие представлений о комплексном освое
нии недр связано с переходом к понятию комплексного освоения 
в новом, фундаментальном его содержании, когда недра воспринимаются обществом в качестве многофункционального, изменяемого техногенного ресурса его жизнедеятельности [3]. Освоение недр — это технологически особый вид человеческой деятельности, который предполагает любой вид их преобразования в 
процессе реализации мероприятий по извлечению из недр и комплексному использованию георесурсов с обеспечением сохранения экологического равновесия среды. 

Задачей горного проектирования является выбор таких гео
технологий, которые не приводят к деградации территорий, литосферы, атмосферы и гидросферы в регионе действия горного 
предприятия, а влекут наиболее полное извлечение ценных компонентов, сокращение выхода и накопления на поверхности 
твердых и жидких отходов добычи и переработки полезных ископаемых, способствуют сохранению гидрологического режима и 
устойчивого состояния элементов земной коры. 

Таким образом, представление о недрах только как об источ
нике минерального сырья в современном понимании горных наук 
утратило свою актуальность. В настоящее время недра Земли 
следует рассматривать как вместилище генетически и пространственно взаимосвязанных многообразных ресурсов при неисчерпаемых возможностях использования их в разнообразных сочетаниях полезных качеств. 
Ресурсы земных недр многогранны по минеральному и фазовому составу, структуре, ценности. Профессор Н.Н. Чаплыгин, 

отмечая многообразное значение верхней части литосферы для 
поддержания устойчивости биосферы призвал оценивать недра 
по их экологическим характеристикам и сохранения тем самым 
экологических условий жизнедеятельности общества. На этой базе было предложено оценивать недра по их способности выполнять свою экологическую функцию, состоящую в том, чтобы 
поддерживать своим строением, веществом и физическими полями устойчивость биосферных процессов. В указанном контексте 
жизнеобеспечивающие свойства недр выступают как различного 
вида георесурсы: вещественные, энергетические (физические поля), пространственные (территориальные), информационные [4]. 
Они характеризуются многообразием пространственных размеров и формы, природно-климатических, горно-геологических, 
геомеханических, газогидродинамических, горнотехнических условий освоения и направлений полезного использования. 
Однако, многолетним опытом и многочисленными исследованиями доказано, что наибольший эффект может быть обеспечен только при комплексном и многоцелевом использовании всех 
видов георесурсов, которые могут быть эффективно вовлечены в 
эксплуатацию на конкретном участке литосферы. 
Тенденции роста энергоемкости добычи руд 
Современный этап развития горного производства характеризуется сокращением доли месторождений богатых и рядовых руд, 
расположенных в благоприятных для освоения условиях вблизи 
земной поверхности. Неизбежно, все больше в разработку вовлекаются месторождения бедных и рядовых руд, маломасштабные и 
сложноструктурные залежи, расположенные в неблагоприятных 
горно-геологических и природно-климатических условиях, на 
больших глубинах, в регионах с отсутствием развитой инфраструктурой, постоянных источников энергоснабжения, транспортных 
коммуникаций. Наблюдается устойчивая тенденция роста глубины 
разработки полезных ископаемых. Все это приводит к росту себестоимости добычи минерального сырья и. в большей степени энергоемкости продукции горнодобывающих предприятий. 
Дальнейший рост глубины горных работ будет вызывать еще 
большее энергопотребление при добыче минерального сырья. 
Подземные горные работы в настоящее время достигли на ряде 
зарубежных предприятий глубины 3000—4000 м и более. При

чем, с глубиной ведения горных работ резко возрастают энергетические затраты на тонну добычи минерального сырья. Так, на 
основании анализа энергетических показателей работы ряда уранодобывающих предприятий США [5] получено уравнение регрессии: е = 58+0,033Нр, кВт.ч/т, где Нр — глубина разработки, м. 
Эта зависимость учитывает полные затраты энергии по всем процессам добычи, транспортирования руды и подъему ее на поверхность, что позволяет прогнозировать удельные энергозатраты при проектируемом значении глубины ведения горных работ. 
Помимо высоких затрат на добычу и подъем горной массы 
на больших глубинах возникают сложные проблемы с организацией проветривания подземных рудников и охлаждения рабочего 
пространства, так как температура пород на больших глубинах 
достигает 50-600С. На одном из самых глубоких рудников ЮАР 
Вестерн Дин Левелс установлено 29 холодильных машин общей 
мощностью свыше 75 тыс. кВт, а суммарная мощность холодильных установок в ЮАР достигла 530 тыс. кВт при ежегодном росте в 20 % [6]. 
Выполненный анализ изменения удельного потребления 
энергии в зависимости от глубины ведения горных работ [7] по 
ряду золотодобывающих рудников (GreatNoligwa, Kopanang, 
MoabKhotsong, Mponeng, TauLekoa, Beatrix, Driefontein, Kloof, 
SouthDeep, Glencore`sNikelRimSouthmine) позволил получить зависимости удельных затрат на добычу руды как по отдельным 
технологическим процессам, так и по рудникам в целом (рис. 1). 
Результаты аппроксимации энергоемкости добычи руды на урановых рудниках хорошо коррелируются с зависимостями, полученным для урановых рудников. 
Таким образом, можно предположить, что в будущем затраты энергии на получение 1 т готового металла будут все более 
интенсивно расти, поэтому тем острее встанет проблема сокращения энергопотребления на стадиях добычи, обогащения и металлургического передела. 
Поэтому проблема повышения энергоэффективности горного производства, наряду с вопросами технической модернизации 
и инновационного технологического развития, последние десятилетия рассматривается в качестве приоритетной. Решение вопросов 
энергоэффективности и ресурсосбережения особенно актуально 
при создании современных технологий освоения месторождений 

Рис. 1. Энергоемкость добычи 1 т руды на золотодобывающих рудниках с различной глубиной ведения горных работ по 
технологическим процессам (а): 1 – водоотлив, водоотведение; 2 – сжатый воздух; 3 – обогащение; 4 – добыча, в том числе 
доставка и транспортирование; 5 – вентиляция; 6 – подъем; 7 – охлаждение воздуха; 8 – прочие хозяйственные энергозатраты 
и в целом по руднику (б) 

твердых полезных ископаемых, т.к. потребности крупного горного предприятия в электроэнергии нередко превышают потребности обслуживающей его городской инфраструктуры. 

Возможность получения электроэнергии в ходе реализа
ции геотехнологических процессов 

Развитие горных наук привело к созданию новых ресурсос
берегающих и энергоэффективных технологий комплексного освоения природных месторождений и сопутствующих техногенных образований. Одним из путей решения этой проблемы является поиск новых нетрадиционных возобновляемых энергетически х источников и их внедрение в практику горных работ на 
принципах полного экологически сбалансированного цикла комплексного освоения недр. 

В этой связи, проведенными в ИПКОН РАН по проекту 

гранта РНФ № 14-17-00255 «Изыскание условий и обоснование 
параметров электроснабжения горных предприятий за счет использования возобновляемых источников энергии на базе геомеханического обеспечения процессов разработки месторождений 
твердых полезных ископаемых» исследованиями доказано, что 
при реализации процессов техногенного преобразования недр 
возможно получение и полезное использование VII самостоятельной группы георесурсов – возобновляемых природных и техногенных источников энергии. Эти источники не проявляются 
вне горнотехнических систем и могут быть воспроизведены и 
преобразованы в электроэнергию только при комплексном освоении недр. Важно отметить, что ранее в мировой практике эти 
ресурсы не рассматривались и в структуре известных ВИЭ. 

Структура использования энергии в мире на начало 2014 г., в 

том числе за счет возобновляемых источников, представлена на 
рис. 2. Анализ данных рисунка свидетельствует, что пока в мире 
возможность получения возобновляемых источников энергии в 
ходе горных работ рассматривается лишь в единичных случаях 
[8] и не представляет промышленного значения. 
Пока доля возобновляемой энергии мала, но в перспективе 
она растет. Так, в программе развития Германии, доля возобновляемых источников энергии в общем объеме электропотребления 
к 2050 году должна возрасти до 80 %. Проблема изыскания технологий и создания устройств для воспроизводства возобновляе

мых источников энергии 
актуально стоит во всем 
мире. Это связано, с одной стороны, с ростом потребности в электроэнергии на фоне истощения 
природных 
энергетических минеральных ресурсов, с другой, — с необходимостью сокращения 
выбросов СО2 для сохранения климата на планете. 
Для изыскания возможностей 
расширения 
доли ВИЭ в структуре 
энергопотребления в России была разработана классификация всех видов природных и 
техногенных источников энергии (табл. 1). 
Термин «возобновляемый источник энергии» широко используется в научной литературе и применим не только к природным возобновляемым источникам энергии, но и к техногенным. Традиционно считается, что во всех решениях по получению электрической энергии из известных возобновляемых источников (вода, ветер, солнце, геотермальные воды, приливы и 
отливы) предпочтительным условием является непрерывность 
потока энергии, преобразуемой в электрическую на конечных интервалах времени. Однако. непрерывность только желательное, 
но не необходимое свойство возобновляемых источников энергии как природных, так и техногенных [8]. Известно, что для 
солнечных, ветровых генераторов, а также традиционных гидроэлектростанций характерен непостоянный режим работы, вплоть 
до полных остановок. Именно поэтому важно аккумулировать 
энергию, чтобы потребитель мог расходовать ее по мере необходимости. На наш взгляд, одним из наиболее сложных для воспроизводства возобновляемых техногенных источников энергии, 
потенциально «неограниченной» величины, являются техногенные источники возобновляемой в ходе реализации геотехнологических процессов энергии. 

Рис. 2. Структура видов использованной
энергии в мире на начало 2014 г.