У жовтні 2024 року міжнародне видавництво “Springer” за матеріалами Першого міжнародного геомайнінгового форуму (I International Geology-Mining Forum, 26–27 жовтня 2023 року, Баку, Азербайджан; організатори – Агентство геологічної служби і Державне агентство з використання надр при Міністерстві екології та природних ресурсів Республіки Азербайджан) опублікувало монографію “Geomining: Systems and Decision-Oriented Perspective” (за редакцією заступника Міністра екології та природних ресурсів Республіки Азербайджан доктора філософії Азера Шукурова, провідного наукового співробітника відділу прогнозування розвитку електроенергетичного комплексу Інституту загальної енергетики НАН України, директорки Навчально-наукового інституту енергозбереження та енергоменеджменту Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», професора кафедри геоінженерії цього вишу доктора технічних наук Оксани Вовк, заступника директора з науково-організаційної роботи Інституту загальної енергетики НАН України доктора технічних наук Артура Запорожця та виконувачки обов’язків завідувача кафедри геоінженерії Навчально-наукового інституту енергозбереження та енергоменеджменту Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» доктора технічних наук, професора Наталії Зуєвської). Видання стало 224-м томом у серії “Studies in Systems, Decision and Control” (SSDC, volume 224).

Ця книга пропонує комплексне дослідження на складному перетині геології та гірничої справи крізь призму системно-орієнтованих перспектив. Геомайнінг (Geomining) стоїть на передньому краї сучасного видобутку ресурсів, поєднуючи принципи геології, інженерії, транспорту й екології для оптимізації видобутку корисних копалин та інших цінних ресурсів із земної кори. Це динамічна сфера, яка постійно розвивається у відповідь на технологічний прогрес, екологічні проблеми й економічні реалії. У згаданій книзі автори прагнуть розкрити суть геомайнінгу як цілісної системи, наголошуючи на взаємозв’язку різних її компонентів і важливості інтегрованих підходів до управління ресурсами. Геомайнінг — це комплекс галузей важкої промисловості, що передбачає розвідку родовищ корисних копалин, видобуток корисних копалин із земних надр і збагачення цінних копалин. Серед основних груп цього напряму виокремлюють: видобуток палива (вугілля, нафти, сланців, торфу, природного газу); видобуток руди (залізної руди, марганцевої руди, руд кольорових металів, дорогоцінних і рідкісних металів тощо); гірничо-хімічну промисловість (видобуток калійних солей, кам’яної солі, апатитів, нефелінів, бокситів, сірки, фосфоритів тощо); видобуток мінеральної сировини для будівельної галузі; видобуток мінеральної сировини для вогнетривкої та керамічної промисловості; гідромеліоративні заходи тощо. Концепція системно-орієнтованого погляду на геомайнінг визнає, що гірничодобувна діяльність не ізольована, а є частиною більших, взаємопов’язаних систем, які охоплюють геологічний, екологічний, соціальний та економічний аспекти. Системна перспектива дає змогу краще зрозуміти складнощі, властиві видобутку ресурсів, і розробити стійкіші й ефективніші методи видобутку.

Книга складається з трьох частин: “Mining”, “System Analysis” і “Logistics and Trasport”. Одними з основних авторів монографії стали науковці Інституту загальної енергетики НАН України – завідувач відділу трансформації структури паливно-енергетичного комплексу член-кореспондент НАН України Олександр Новосельцев, провідні наукові співробітники цього відділу кандидати технічних наук Віталій Макаров і Микола Каплін, старший науковий співробітник відділу кандидат технічних наук Тетяна Білан, молодший науковий співробітник відділу Микола Перов і заступник директора з науково-організаційної роботи Інституту доктор технічних наук Артур Запорожець: вони підготували 7 із 20 розділів монографії. Розділи авторства фахівців Інституту подано здебільшого у частині “System Analysis”.

Коротко розповідаємо про зміст розділів монографії, що їх підготували науковці Інституту загальної енергетики НАН України.

У розділі “Technological State of Coal Mining in Ukraine” предметом дослідження є вугільна промисловість нашої країни, зокрема її технологічний стан. Ця робота мала на меті оцінити сучасний стан вугільної промисловості й роль вугілля у паливному балансі України. Незадовільний стан галузі зумовили як об’єктивні, так і суб’єктивні чинники. До об’єктивних належать: складність гірничо-геологічних умов видобутку вугілля, низький технічний рівень вугледобувних і вуглепереробних підприємств, високий ступінь фізичного та морального зносу основних фондів; до суб’єктивних – обмеженість інвестиційних ресурсів, неефективна система управління розвитком галузі й відсутність ринкового механізму ціноутворення на вугільну продукцію. З’ясовано, що 43% від загальної кількості лав на державних шахтах використовували комплекси нового технічного рівня. Визначено пріоритети технологічного розвитку вугільної промисловості України під час модернізації цієї галузі. Показано, що подальший розвиток національної вугільної промисловості залежить від вирішення двох глобальних завдань: техніко-технологічної модернізації галузі та її реформування. Ситуацію у вугільній промисловості необхідно якнайшвидше поліпшити, передусім – переоснастити шахти новим технічним обладнанням, удосконалити наявні та впровадити нові прогресивні технології видобутку.

У розділі “Optimization of Technological Development of the Oil and Gas Industry” показано, що розв’язання проблеми підвищення ефективності паливних галузей економіки України та забезпечення їхнього подальшого розвитку потребує докорінного технологічного оновлення виробництва, модернізації обладнання нового технічного рівня й оновлення добувних і переробних підприємств. Вирішення задачі прогнозування розвитку паливних галузей передбачає побудову формального представлення часової залежності продуктивності добувного підприємства протягом його життєвого циклу. У контексті розроблення методів і програмних засобів прогнозування розвитку нафтогазовидобувної промисловості запропоновано математичну модель, яка враховує залежність видобутку вуглеводнів від часу за обмежений період розробки родовища. Зазначена модель використовує двійкові змінні для визначення критичних точок цієї залежності, що дає змогу вирішувати задачі оптимального планування відкриття й розробки родовищ нафти і газу. Крім того, автор цього розділу розробив модель оптимізації розвитку добувної промисловості за вартісним критерієм, аби визначити найдоцільніший термін введення родовищ в експлуатацію з огляду на показники залежності видобутку від часу. У статті наведено результати тестових розрахунків для трьох типів нових родовищ, розробка яких відповідає розрахунковим обсягам видобутку на різних етапах періоду прогнозування розвитку галузі. Використовуючи модель із вартісним критерієм, автор побудував модель на основі принципів Л.В. Канторовича, яка відрізняється від інших моделей тим, що враховує обсяги видобутку в асортиментному векторі. Збільшення цих запасів є передумовою збільшення видобутку в країні, і на це слід зважати, оцінюючи інвестиційні аспекти розвитку видобувних галузей.

Метою дослідження, представленого у розділі “Forecasting the Technological Development of the Coal Industry”, є розроблення математичних моделей та засобів оптимізації технологічного розвитку вуглевидобутку на основі використання енергетичних і економічних показників ефективності впровадження прогресивних технологій. Створено математичну модель оптимізації технологічного розвитку вуглевидобутку, що, на відміну від відомих загальногалузевих моделей оптимізації балансу, спрямована на підвищення ефективності виробництва означених підсистем галузі за критерієм їхньої загальної продуктивності. Модель, побудована як задача змішано-цілочисельного програмування, дала змогу визначити оптимальний набір варіантів технічного переоснащення шахт, що забезпечить конкурентоспроможність галузі на світовому ринку вугілля. Розроблено нову методику формування множини перспективних варіантів технологічного переоснащення шахт, яка за допомогою порівняння числових значень інтегральних критеріїв якості ухвалює рішення про вибір варіантів оснащення шахт високоякісним обладнанням. Продуктивність гірничого устаткування максимально відповідає геологічним умовам за максимальної ефективності й надійності його роботи. На відміну від решти підходів до обґрунтування вибору типів гірничого устаткування, запропонована методика використовує в інтегральних критеріях якості не тільки показники відповідності гірничо-геологічним умовам конкретних шахт, а й прогнозовану зольність видобутого вугілля, показники енергетичної та економічної ефективності його експлуатації. Розрахунки оптимального варіанту технічного переоснащення вугільної промисловості довели можливість пошуку перспективних державних шахт за рівнем рентабельності завдяки впровадженню ефективних технологій видобутку вугілля. Це дасть змогу подвоїти обсяг видобутку вугілля і на цій основі досягти конкурентоспроможності галузі. Розроблена модель і програмні засоби оптимізації технологічного розвитку вугільної промисловості призначені для вибору оптимальних варіантів модернізації шахт при прогнозуванні напрямів розвитку вугільної промисловості.

У розділі “Geological Features and Type of Oil Shale Booth” подано стислі відомості про природу горючих сланців, описано світові запаси, склад і властивості мінеральних і органічних компонентів, основні напрями їхнього використання. Проаналізовано досвід використання горючих сланців у теплоенергетиці Естонії. Основні відмінності горючих сланців різних родовищ полягають у вмісті органічної речовини – керогену, який за складом і властивостями найближчий до нафти. Нижня теплотвірна здатність горючих сланців різних родовищ, а також пластів і ділянок одного родовища може коливатись у широких межах — від 4—5 до 20—25 МДж/кг. Залежно від вмісту керогену горючі сланці за якістю поділяють на різні групи. Охарактеризовано родовища України: Болтишське, Карпатське та Ново-Димитрівське. Енерготехнологічне використання горючих сланців здійснюють за такими напрямами: пряме спалювання для виробництва тепла й електроенергії; напівкоксування (піроліз) для отримання сланцевої смоли та виробництва з неї моторного і котельного палива, хімічної продукції; високотемпературний піроліз у сланцевий газ. Під час переробки в умовах напівкоксування виходить до 30% гудрону і до 1,5% бензину. Високотемпературне коксування дає змогу отримувати паливний газ (до 40010 м³/т), бензин (до 10 кг/т) і смолу (близько 50 кг/т). Під час газифікації горючих сланців гази можна використовувати для виробництва тепла й електроенергії і/або отримувати сланцеву нафту для переробки на моторне паливо. Тверді відходи видобутку й переробки горючих сланців є дешевою сировиною для виробництва будівельних матеріалів, боротьби з ерозією ґрунтів і вапнування. Промисловий видобуток і переробка горючих сланців (за певних обставин) може негативно впливати на довкілля. Зроблено висновок про перспективність використання горючих сланців в Україні. Їхнє використання має бути комплексним, враховувати економічні, енергетичні й екологічні аспекти. Економічна ефективність видобутку горючих сланців у країні (з огляду на геологічні умови і запаси) у перерахунку на умовне паливо за собівартістю може бути зіставна з видобутком бурого вугілля.

У розділі “Prospects of Coal Underground Gasification” показано, що постійне зростання обсягів паливно-енергетичних ресурсів зумовлене насамперед розвитком і технологічним ускладненням промислових підприємств. Паливний складник у собівартості продукції іноді сягає 50%. Глобальна тенденція постійного зростання цін на вуглеводневе паливо змушує споживачів звертатися до альтернативних джерел енергії, дешевших за традиційні способи отримання викопного палива. Залежність України від імпортних енергоносіїв потребує детального перегляду її паливної політики. У розділі проаналізовано і спрогнозовано перспективи підземної газифікації вугілля при розробці залишкових запасів вугілля на шахтах України; визначено перспективні технології, які можна використати для підземної газифікації вугільних запасів малопотужних пластів; окреслено шляхи використання синтез-газу в промисловості України та створено умови для зменшення навантаження на довкілля й підвищення безпеки життєдіяльності людини в умовах реструктуризації вугільної промисловості. У межах реструктуризації вугільної промисловості України чимало вугільних пластів знято з балансу, і їх більше не можна використовувати. Відкривати вугільні шахти, що закриваються (і вже закриті гірничі споруди), для розробки некондиційних пластів потужністю до 0,4–0,6 м традиційними методами економічно недоцільно. Найперспективнішим рішенням щодо їхнього введення в обіг є впровадження технології підземної газифікації вугілля. Можна зробити такий висновок щодо можливості використання продуктів підземної газифікації вугілля. Основні компоненти (суміші оксиду вуглецю і водню) використовуються як сировина для процесів хімічного синтезу. Особливо слід відзначити виробництво метанолу та диметилового ефіру як альтернативи дизельному паливу. Іншим напрямом є виробництво водню (вміст водню – 20–25%), споживання якого найближчим часом значно зросте. Нарешті, використання газів у металургійних процесах для прямого відновлення заліза й інших металів. Технології багатосвердловинного штучного видобутку газу можна запропонувати як вихідні для умов Донецького, Львівсько-Волинського басейнів і Олександрійського буровугільного родовища.

У розділі “Forecasting Hydrocarbon Production Based on the Time Models of the Natural Gas Field Life Cycle” запропоновано оптимізаційну модель прогнозування видобутку вуглеводнів в умовах невизначеності інформації про перспективи розробки ресурсів і запасів природного газу та нафти. Модель базується на представленні варіантів розробки наявних родовищ шляхом апроксимації обсягів потенційного річного видобутку із заходів і технологій підвищення ефективності видобутку газу, а також статистичної інформації щодо розподілу нових родовищ за запасами та глибини з відповідними витратами на розробку родовища. Задля врахування характерних закономірностей експлуатації родовищ природного газу й нафти у задачах прогнозування розвитку відповідних галузей економіки країни запропоновано апроксимацію часових залежностей обсягів видобутку родовищ вуглеводнів за обмежений період його розвитку. Представлено метод використання наборів бінарних змінних для представлення негладких і нелінійних залежностей обсягу видобутку вуглеводневих ресурсів від часу протягом періодів розробки родовища. Запропоновано основи оптимізаційного підходу до проблеми прогнозування розвитку нафтогазової промисловості для обґрунтування економічно доцільних термінів введення в експлуатацію нових родовищ природного газу й нафти з урахуванням можливостей інтенсифікації видобутку наявних родовищ. У контексті вирішення задач прикладного планування оптимізаційну модель прогнозування видобутку вуглеводнів можна розглядати як методичний інструмент розроблення програм розвитку нафтогазовидобутку країни. У розділі наведено результати розрахунків прогнозних обсягів видобутку природного газу, отримані за допомогою розробленої програмно-інформаційної моделі. Реалізовані алгоритми нелінійної оптимізації дали змогу сформулювати прогноз видобутку природного газу в Україні до 2040 року з урахуванням типів наявних у країні родовищ природного газу й оцінок можливостей їхньої розробки в часі.

У розділі “Modeling the Development of the Gas Industry with Uncertain Information About Natural Gas Resources” запропоновано модель, яку можна використовувати для прогнозування розвитку газовидобувної галузі навіть за обмеженої інформації про перспективи розробки родовищ і запасів природного газу. Ця модель базується на врахуванні різноманітних варіантів розробки наявних родовищ із використанням апроксимаційних залежностей, які враховують обсяги потенційного річного видобутку, отримані завдяки впровадженню заходів і технологій підвищення ефективності вилучення газу. Крім того, модель враховує статистичну інформацію про розподіл нових родовищ за запасами та глибинами із відповідними витратами на їхню розробку.

Про книгу на сайті видавництва

За інформацією Інституту загальної енергетики НАН України