Научная деятельность

Научные исследования геологического направления кафедры

Одновременно с учебным процессом на кафедре геологии с момента ее организации развиваются научные исследования, что способствует качественной подготовке специалистов на основе новых научных достижений.

В настоящее время научная деятельность геологического направления кафедры связана с проблемами геологического обеспечения, геомеханики и технологии открытых горных работ Она предусматривает: создание теории и методов инженерно-геологических исследований при освоении месторождений полезных ископаемых, а также методов прогноза гидрогеомеханических процессов; комплексное геологическое изучение техногенных массивов отвалов и хвостохранилищ; разработку природоохранных технологий.

Внедрение научных разработок сотрудников кафедры, помимо эффекта восстановления экологического равновесия в районах горного производства и инженерного строительства, приносит ощутимый экономический эффект.

Повышению научного потенциала кафедры способствует систематическая работа со студентами в период изучения ими цикла «Геологические дисциплины». Она позволяет предоставить студентам максимальные возможности для выполнении НИР кафедры.

По тематике НИР студенты ежегодно подготавливают два-три доклада на конкурсы студенческих научных работ «Горное дело», «Геолого-минералогические науки». В 1982 г. принято решение о воссоздании Геологического музея, экспозиции которого были ликвидированы по разным причинам в 1930–1960 гг. Закупка и сбор коллекций осуществлялись коллективом кафедры под руководством В.В.Ершова. Найдено оригинальное решение размещения экспозиций, выполнено художественное оформление зала, изготовлены конструкции стендов. Отличительная черта музея — новизна главной экспозиции, четыре раздела которой — европейская часть, Урал, Средняя Азия и Казахстан, Сибирь и Дальний Восток — знакомят с новыми, редкими и характерными минералами каждого региона и их важнейшими месторождениями. В музее действуют постоянные тематические выставки: минералы, открытые на территории страны; синтетические минералы; экспозиция, посвященная названиям минералов.

Регулярно проводятся выставки новых поступлений, экспонируются результаты полевых, методических и художественных работ сотрудников музея. Особое место занимает учебно-исследовательская работа по оценке месторождений коллекционного сырья и обучению студентов с использованием экспозиций Геологического музея. Эта работа выполняется сотрудниками музея: Т.В. Дубровской, В.Я. Герасименко, А.Е. Корольковым.

Уникальными исследованиями занимается доцент кафедры, кандидат геолого-минералогических наук Голынская Фарида Асхатовна. Ее научная работа посвящена проблеме спонтанного самовозгорания углей в естественных условиях, приводящих к эндогенным пожарам в горных выработках. С целью прогноза и предотвращения эндогенных пожаров была разработана оригинальная методика, в основе которой лежит ранговая модель данных, использующая классификацию данных по «близости» к эталонным группам наблюдений.

По теме «Геологические факторы самовозгорания углей южного крыла Подмосковного бассейна» ученым защищена кандидатская диссертация на геологическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова, опубликовано более 60 работ, подготовлена монография.

Научно-исследовательская работа кафедры геологии в области горнопромышленной геологии выполняется по следующим направлениям:

• геологическое обеспечение управления качеством и запасами минерального сырья при его добыче;
• гидрогеологическое и инженерно-геологическое обоснование горнотехнических решений при разработке месторождений полезных ископаемых и подземном строительстве;
• мониторинг комплекса ресурсов геологической среды как основа для разработки природоохранных технологий горных работ.

Решению проблемы управления качеством товарной руды посвящены научные разработки В.А. Ермолова, В.М. Тростя, В.Н. Зуя, В.П. Зервандовой, Т.В. Дубровской.

Разработанные принципы и методы геолого-маркшейдерского управления качеством руд позволяют на основе применения компьютерной техники создать типовую автоматизированную систему обработки данных, которая, наряду с высокой степенью унификации и стандартизации автоматического и информационного обеспечения, имеет широкие возможности адаптации к конкретным условиям предприятий.

Научные приемы управления качеством добываемых руд при подземной разработке внедрены в практику работ ведущих горнодобывающих предприятий. Рациональная схема контроля качеством руд с автоматизированными автоматическим и графическим моделированием горно-геологических объектов, методы прогноза геологических показателей в недрах и рудопотоках используются на ряде подземных рудников цветной и черной металлургии, горно-химической промышленности.

В содружестве с производственными коллективами карьеров КМА, разрезов Кузбасса, карьеров Главмоспромстройматериалов сотрудниками кафедры выполнено инженерно-геологическое и геомеханическое обоснование природоохранной технологии возведения намывных горнотехнических сооружений. Применительно к конкретным горно-геологическим условиям возводимых и эксплуатируемых объектов разработаны эффективные мероприятия по повышению емкости гидроотвалов, ускоренному вводу намывных территорий для последующего их использования, экономии водных ресурсов. За внедрение этих разработок на горных предприятиях A.M. Гальперин и B.C. Зайцев в 1989 г. Были награждены премией Совета Министров СССР.

Исследования A.M.Гальперина, B.C.Зайцева, Ю.В. Кириченко, В.Н. Зуя, А.Ю. Панфилова, С.А Пуневского направлены на создание технических средств и методов контроля за состоянием массива на основе дистанционного и наземного зондирования. Отдельные разработки выполнены на уровне изобретения и используются для информационного обеспечения прогноза геомеханических процессов и обоснования геотехнологических решений.

На основе детального изучения геологических условий Москвы, Кишинева, Тбилиси Г.Н. Харитоненко разработана схема районирования геологической среды, используемая при прогнозировании условий подземного строительства, выборе технологии производства работ и конструкции сооружений, учитывающих их функциональное назначение. С учетом результатов деятельности водостоков на территории городов обоснованы количественные характеристики захороненных речных долин, представляющих собой серьезную опасность при проведении горных выработок. Для территорий, подверженных карсту, получены характеристики, оценивающие фактическую и потенциальную опасность деформации поверхности земли.

Исследования В.Н. Зуя были связаны с математическим обеспечением геомеханических задач в практике открытых работ. Им разработан пакет программ для расчета устойчивости намывных горнотехнических сооружений, оценки уплотняемости породных масс и несущей способности нарушенных горными работами территорий, намечаемых к рекультивации.

В.В. Мосейкин ведет исследования по программе «Экологически чистое горное производства», занимаясь вопросами оценки хранилищ отходов рудообогащения. Работа направлена на комплексное изучение вещественного состава, зональности и инженерно-геологических свойств хвостохранилищ как техногенных месторождений, их типизацию с учетом последующей утилизации, разработку методики геолого-промышленной оценки техногенных месторождений и создания базы данных по техногенным дисциплинам.

Исследования Л.Н. Ларичева направлены на изучение техногенного загрязнения донных осадков (илы, сапропели) закрытых водоемов. Исследуется распределение в них тяжелых металлов и ароматических углеводородов с целью оценки возможности использования этих объектов в сельском хозяйстве — польдерное земледелие, кольматация и удобрение полей.

Перспективные задачи горнопромышленной геологии связаны, в первую очередь, с комплексными геологическим исследованиями техногенных массивов хранилищ отходов рудообогащения с целью обоснования их последующего использования при условии обеспечения экологической безопасности. Получение необходимых результатов возможно при решении комплекса вопросов гидрогеомеханического, гидрохимического, инженерно-геологического, технологического и геолого-технологического характера.

До последнего времени отношение к хвостохранилищам как к своеобразным свалкам горного производства не позволяло (за редкими исключениями) проводить представительные исследования этих специфических объектов. Здесь хочется сказать, что сейчас прежде всего целесообразен раздельный подход к геолого-промышленной оценке заполненных, формируемых и проектируемых хвостохранилищ, исходя из реальных возможностей оперативного учета геологической информации при обосновании технологии разработки техногенных месторождений и переработке вторичного рудно-минерального сырья.

Хранилища отходов рудообогащения относятся к объектам повышенной экологической опасности из-за их негативного воздействия на воздушный бассейн, подземные и поверхностные воды, почвенный покров. Наряду с этим хвостохранилища — малоизученные техногенные месторождения, использование которых позволит получить дополнительные источники рудно-минерального сырья при существенном уменьшении масштабов нарушения геологической среды в регионе.

Вовлечение значительных объемов отходов рудообогащения в переработку сдерживается незначительными концентрациями в них главных и попутных компонентов, хотя использование новейших технологий позволяет сделать извлечение эффективным и принести значительный экономический результат.

Хвостохранилище как горно-геологический объект представляет собой геотехническую систему, т.е. совокупность взаимодействующих природных и технологических элементов. Системный подход к исследованию хвостохранилища предусматривает его декомпозицию на ряд подсистем, состоящих из набора конкретных элементов. Состояние хвостохранилища как геотехногенной системы определяют группы элементов, относящиеся к физико-географической, минералого-геохимической, инженерно-геологической, гидрогеологической, технологической и экологической подсистемам.

Кафедрой геологии МГИ накоплен значительный опыт как инженерно-геологического обоснования горно-технологических решений для месторождений КМА, так и геолого-экологической оценки техногенных месторождений хвостохранилищ Ковдорского ГОКа, Норильского ГКМ и других объектов.

Для обоснования экологически безопасных технологий формирования хвостохранилищ и их последующего освоения в качестве техногенных месторождений необходимо провести:

• полевые и лабораторные эксперименты по определению водно-физических и механических свойств техногенных отложений и на их основе выполнить инженерно-геологическое районирование хвостохранилищ;
• обобщение гидрогеологической информации по объектам исследований и на его основе сделать уточненный прогноз загрязнения подземных вод под влиянием хвостохранилищ;
• геолого-геохимические исследования отложений хвостохранилищ для выявления их зональности по вещественному составу;
• разработку методической документации по геотехнологической оценке и картированию техногенных месторождений;
• проектные решения по намыву хвостохранилищ, обеспечивающему управление их геолого-геохимической зональностью;
• подготовку инструктивно-методических документов по геоэкологическому мониторингу хвостохранилищ.

В ближайшей перспективе получение новых горно-геологических знаний связано с ориентированием исследований на геологическое обеспечение комплексного освоения и сохранения недр. Это предполагает выявление в природных и формирование в техногенных геологических объектах новых полезных качеств, требуемых для обеспечения безопасности и экономической эффективности горного производства.

Таким образом, горнопромышленная геология — область знаний, связанных с изучением геологической среды. Ее возникновение относится к периоду качественных изменений горно-геологических условий освоения недр. Современный этап развития горнопромышленной геологии характеризуется особенно сложными условиями разработки природных и техногенных геологических объектов и эксплуатации горных сооружений.

Научные исследования маркшейдерского направления кафедры

Кафедра ведет научные исследования, развивая традиции горно-геометрической школы Соболевского-Рыжова, по следующим четырем направлениям:

• Геометризация месторождений минерального сырья и рациональное недропользование (проф. П.А. Рыжов, проф. В.А. Букринский, проф. В.М. Гудков, проф. Д.И. Боровский, проф. В.В. Руденко, проф. Б.П. Тимофеенко,проф. В.Н. Сученко. проф. Г.О. Абрамян доц. Н.Н. Анощенко, доц. А.В. Евдокимов, доц. Е. В. Киселевский. доц. В.В. Никитин).
• Исследования проявления горного давления, геодинамики месторождений, сдвижения горных пород и земной поверхности.устойчивости бор¬тов и откосов карьеров (проф. П.А. Рыжов, проф. В.И. Борщ-Компониец, проф. В.Н. Попов, доц. З.И. Поляк, доц. Г.В. Орлов, доц. Н.А. Соцков, проф. Б. В. Несмеянов, доц. В.В. Никитин, проф. И.М. Батугина, проф. Ю.О. Кузьмин).
• Исследования в области новой техники и методики геодезических и маркшейдерских работ (проф. Ф.Ф. Павлов, проф. А.И. Мазмишвили, проф. В.А. Букринский, проф. П.Н. Бруевич, доц. Е.М. Самошкин, доц. А.Н. Ильичев, доц. Л.П. Пахмутов, доц. Н.Е. Федотов, ст. преп. А.Н. Ивлев, доц. Е.А. Тухель, к. т.н. Е.В. Стрельцов и др.).
• Фундаментальные исследования по мониторингу геотехногенной среды, включающей широкое применение геоинформационных систем, горному праву и горному аудиту (Проф. В.Н. Попов, проф. М.Е. Певзнер, доц. Е.В. Киселевский, доц. В.В. Никитин, доц. О.С. Мечиков).

Кафедрой проведена геометризация многих угольных месторождений — Донбасс, Мосбасс, Приморскуголь и др., железорудных — Ковдорское, Лебединское, медно-никелевых месторождений Талнахского рудного узла, Парагачайского молибденового, Маардусского фосфоритового, Гайского медно-колчеданного, Алтынтопканского Заполярного, полиметаллических, месторождений СУБРа, Никитовского ртутного, Зодского золоторудного, Тырныаузского вольфрамо-молибденового и многих месторождений строительных материалов.

Создаваемая в результате геометризации документация с применением компьютерной технологии используется двояко:

• служит основой для решения комплекса задач горной технологии, рационализации эксплуатационной разведки и недропользования, охраны недр и природы;
• является основой нового этапа познания месторождений его горно-геологических особенностей, структуры, характера оруденения, генезиса.

Исследования проявления горного давления, сдвижения горных пород и земной поверхности, геодинамики месторождений являются основой безопасного ведения горного производства. Это направление развивается на кафедре с конца 30-х годов. Проф. П.К. Соболевским впервые теоретически обоснован и под его руководством создан макет деформатографа для автоматической регистрации градиентов искажения массива горных пород между земной поверхностью и горными выработками. Под руководством проф. П.А. Рыжова научными сотрудниками В.И. Борщ-Компонийцем, Н.А. Соцковым и группой аспирантов проведены исследования процесса сдвижения горных пород на рудниках Джезказганского бассейна, Лениногорского, Зыряновского и др. месторождений цветных металлов. В результате даны рекомендации рациональной и безопасной, с точки зрения сдвижения горных пород, отработки месторождений. Отличительной особенностью этих исследований являлось наряду с инструментальными наблюдениями изучение структуры месторождения, трещиноватости горного массива, влияющих на процесс сдвижения.

На кафедре ведутся с 1988 г. комплексные исследования устойчивости карьерных откосов при открытой и комбинированной разработке месторождений полезных ископаемых. Исследования проф. В.Н. Попова, проф. М.Е. Певзнера, проф. Б.В. Несмеянова, доц. В.В. Никитина, к.т.н. О.В. Поповой, доц. С.Э. Никифоровым. теоретически обоснованы оптимальные ресурсосберегающие конструкции устойчивых бортов карьеров на весь период их эксплуатации в различных горно-геологических условиях.

Теоретические исследования в области новой техники и методики геодезических и маркшейдерских работ проводятся на кафедре постоянно. В конце 20-х годов доц. А.И. Дисман демонстрировал сконструированный им подвесной теодолит. В начале 30-х годов в тоннеле метро испытывался радиопеленгатор для определения направления горным выработкам при проведении их встречными забоями, разработанный Е.Н. Майзельсом. В.А. Семеновым и др. Под руководством проф. П.К. Соболевского, доц. Н.М. Поляков создал зеркальную установку для ориентирования горных выработок. Проф. Ф.Ф. Павлов предложил макет прибора для измерения глубины стволов шахт с помощью проволоки и мерного диска. Совместно с кафедрой физики проф. П.И. Воронов, В.А. Букринский и их аспиранты разработали макет радиолокатора для выявления из горных выработок разрывных нарушений, затопленных выработок и других аномалий горного массива. Доц. М.П. Бордюков, доц. Н.Н. Анощенко, асп. Н.Е. Федотов разработали методику воздушной съемки карьеров стройматериалов с созданных ими малогабаритных самолетов.

В 15 лет ХХI века кафедра (проф. В.Н. Попов, доц. Е.В. Киселевский, доц. Л.П. Пахмутов, доц. П.В. Яковлев, аспиранты Е.В. Стрельцов, М.П. Киндрат, Е.А. Тухель) проводила большие исследования по применению спутниковой технологии в геодезических и маркшейдерских работах на горных предприятиях, а также на объектах нефтяной и газовой промышленности.

С начала 90-х годов на кафедре, ведутся исследования по разработке мониторинга геотехногенной среды, включающего создание автоматизированных систем сбора, обработки и графического выражения (геометризации) информации с использованием универсальных приборов типа анаграф, спутниковых и инерциальных навигационных систем, а также автоматических систем геофизического и геометрического контроля, и прогноза состояния массива горных пород (профессора В.Н. Попов.М.Е. Певзнер, П.Н. Бруевич, доценты А.Б. Евдокимов, П.В. Яковлев, Е.В. Киселевский, Б.В. Несмеянов, В.В. Никитин, к.т.н. Е.А. Стрельцов, доц. Е.А. Тухель).

Сотрудники кафедры участвуют в разработке «Временного положения о горно-экологическом мониторинге на горных предприятиях Российской Федерации», маркшейдерских методов оценки совместного использования мобильных спутниковых и геоинформационных технологий для обеспечения надежности и оперативности горне-экологического мониторинга горных предприятий Монголии. Совместно с СО «Монголросцветмет» (к.т.н. X.Бадамсурэн) проведена типизация месторождений полезных ископаемых Монголии по вещественному составу полезных ископаемых с учетом природно-ландшафтных, инженерно-геологических и гидрогеологических условий горнопромышленных регионов. На этой основе разработана экологическая классификация месторождений полезных ископаемых Монголии. Определена характеристика системы горно-экологического мониторинга в зависимости от способа разработки месторождения и закономерностей воздействия технологического цикла горного предприятия на окружающую среду. Исследованы и обоснованы условия применения методов маркшейдерского обеспечения горно-экологического мониторинга горных предприятий Монголии.

С 2012 года по н.в. старшим преподавателем И.И. Ериловой разрабатывается и реализуется Проект электронного образования (ПЭО) по смешанному изучению дисциплин «Геодезия» и «Маркшейдерия» студентами горных специальностей. ПЭО включает в себя размещённые в свободном доступе в интернете 136 авторских видеофильмов, в том числе: видеолекции — 90, видео практических работ — 8, тематические и справочно-информационные видео — 38. Общий объём электронного контента учебных изданий, учебно-методической и информационно-справочной литературы составляет 840 Mb в формате PDF — 48 наименований, в том числе 25 авторских.