Основные концепции оценки предельных объемов добычи угля открытым и подземным способами в Кузбассе Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

----------------------------------------- © В.И. К. 1111111111, А.А. Ордин,

В.И. Ческидов, В.А. Федорин, 2009

УДК 622.33.013.3

В.И. Клишин, А.А. Ордин, В.И. Ческидов,

В.А. Федорин

ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛЬНЫХ ОБЪЕМОВ ДОБЫЧИ УГЛЯ ОТКРЫТЫМ И ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБАМИ В КУЗБАССЕ

Изложена общая постановка стратегической задачи обоснования предельных объемов добычи угля в Кузбассе подземным и открытым способами с учетом основных влияющих факторов, включающих в себя геомеханические, геотехнологиче-ские, транспортные, экологические и демографические ограничения. Приведены основные сведения о научном потенциале Института горного дела и Институте угля и углехимии СО РАН и планируемых исследованиях в данной области. Изложены основные концепции для решения поставленной задачи обоснования предельных объемов добычи угля в Кузбассе.

Ключевые слова: подземный и открытый способы добычи угля, предельные объемы, стратегия развития, угольный бассейн.

1ТЛ узбасс - один из самых крупных по запасам угля и объе-

_Ж\ мов его добычи бассейнов России и главный, а по некоторым позициям единственный в стране поставщик технологического сырья для российской промышленности. Кондиционные геологические запасы каменного угля в Кузбассе составляют 693 млрд.т., из них 207 млрд.т. - коксующихся углей. Кузбасс добывает 57% угля России и 76% коксующихся марок от России. Балансовые запасы угля - 86,3 млрд. тонн, что составляет 4,5 % от балансовых запасов России. Это позволяет рассматривать Кузнецкий угольный бассейн как основную существующую и наиболее перспективную сырьевую базу для энергетики и металлургии России, а также для экспорта высококачественных отечественных углей.

В настоящее время добыча угля в Кузбассе интенсивно развивается. Ежегодный прирост объемов добычи угля в бассейне открытым и подземным способами составляет 9,25 млн т. В 2007 г. добыто более 181,8 млн т, из них 58,4 млн т коксующегося угля. Всего в Кузбассе работают 115 угольных предприятий: из них 75 шахт, 40 разрезов и 17 обогатительных фабрик. В угольной промышленности Кузбасса трудится 125 тыс. человек.

Вместе с тем развитие угольной промышленности Кузбасса сопровождается ухудшением ряда показателей: увеличением глубины горных работ и снижением уровня их безопасности, негативным воздействием горных работ на окружающую среду, снижением численности работоспособного населения, недостаточной пропускной способностью железных дорог и станций, нехваткой электроэнергии в ряде регионов Кемеровской области и др.

В предложенной Институтом угля и углехимии СО РАН стратегии социально-экономического развития Кемеровской области предусматривается значительное увеличение добычи угля в бассейне, который в 2025 г. планируется довести до уровня 250 - 270 млн т.

Такое интенсивное увеличение добычи угля в сравнительно короткий период потребует решения ряда комплексных, взаимосвязанных между собой, технико-экономических, транспортных, экологических, энергетических и демографических задач. Поэтому поставленная руководством Кемеровской области фундаментальная проблема оценки предельных объемов добычи угля по ряду указанных ограничений может быть успешно решена только с привлечением ряда специалистов из смежных областей знаний. Решение поставленной проблемы имеет особо важное государственное значение в развитии топливно-энергетической базы Кузбасса и всей страны.

В России и за рубежом в такой крупной глобальной постановке задача оценки предельных, а точнее предельно-опти-мальных нагрузок на угольный бассейн с учетом множества взаимосвязанных ограничений не ставилась. Известны лишь решения фрагментов подобных задач по отдельным ограничениям, например, принятие решений по закрытию ряда угольных шахт в Европе из-за низких техникоэкономических показателей и высокой степени загрязнения окружающей среды и наоборот, резкое увеличение добычи угля в США, Китае и Австралии открытым и подземным способами в связи с ростом конъюнктурной способности коксующегося угля на международных рынках.

ИГД и ИУУ СО РАН имеют значительный опыт в области создания и развития технологий открытого и подземного способа добычи угля с учетом геологических, геомеханических, экономических и экологических ограничений.

В качестве приоритетных направлений исследований в области

оценки предельных объемов открытой и подземной угледобычи планируется провести анализ возможности увеличения объемов добычи угля на действующих предприятиях и за счет строительства новых шахт и разрезов. При этом одновременно предусматривается решение ряда ресурсосберегающих и экологических задач таких как разработка методов целенаправленного формирования выработанного пространства карьеров, обеспечивающих максимальное размещение вскрышных пород во внутренних отвалах, значительное снижение энерго- и землеемкости горных работ; анализ возможности развития комбинированного, открыто- подземного способа добычи угля и др.

Целью разработки является установление предельных объемов добычи угля открытым и подземным способами в Кузбассе по ряду факторов, сдерживающих развитие угледобычи, и оценки потенциальной возможности и экономической целесообразности преодоления существующих ограничений.

К числу основных этапов и задач поставленной проблемы относятся:

• оценка сырьевых ресурсов - геологических разведанных запасов угля по категориям, а также балансовых и промышленных запасов угля на действующих угледобывающих предприятиях,

• анализ геодинамических ограничений с учетом наведенной сейсмичности,

• оценка ряда геотехнологических ограничений, преодоление которых позволит увеличить добычу угля на действующих шахтах и разрезах, а также за счет строительства новых угледобывающих предприятий в неосвоенных регионах бассейна,

• оценка энергетических ограничений, связанных с недостаточным производством электроэнергии в ряде районов Кемеровской области

• оценка экологических ограничений, связанных с ущербом окружающей среды (почвы, воздушных и водных ресурсов) от эксплуатации шахт, разрезов и обогатительных фабрик,

• анализ транспортных ограничений, вызываемых недостаточной пропускной способностью действующих железнодорожных путей и станций по вывозу угля внутри и за пределами Кемеровской области,

• анализ демографических ограничений, связанных с недостаточным количеством трудоспособного населения в Кемеровской

49

области,

Завершающим итогом данной работы планируется выработка научно-обоснованных рекомендаций к генеральной схеме и стратегии развития угледобычи в Кузбассе до 2025 г. с учетом всех действующих ограничительных факторов.

Институт горного дела СО РАН имеет значительный опыт в области создания и развития технологий открытого и подземного способа добычи угля с учетом геологических, геомеханических и экологических ограничений [1].

В качестве приоритетных направлений исследований в области оценки предельных объемов открытой и подземной угледобычи планируется провести анализ возможности увеличения объемов добычи угля на действующих предприятиях и за счет строительства новых шахт и разрезов. При этом одновременно предусматривается решение ряда ресурсосберегающих и экологических задач таких как разработка методов целенаправленного формирования выработанного пространства карьеров, обеспечивающих максимальное размещение вскрышных пород во внутренних отвалах, значительное снижение энерго- и землеемкости горных работ; анализ возможности развития комбинированного, открыто- подземного способа добычи угля.

В ИГД и ИУУ СО РАН работают специалисты в области оптимизации параметров горнодобывающих предприятий. Ими выполнен ряд исследований в области оптимизации проектных мощностей шахт и обосновании предельной глубины перехода от открытых горных работ к подземным. В этом направлении установлен ряд новых закономерностей, имеющих фундаментальное значение в области проектирования горнодобывающих предприятий, например, установлено существование предельно-оптимального, конечного значения проектной мощности шахты при безграничных запасах угля с учетом строительного лага или экономического ущерба от замораживания инвестиций в период строительства шахты. Эта закономерность может быть использована при дальнейшем развитии данного направления в области установления предельно-оптимальных нагрузок на угольный бассейн. Указанные работы успешно апробированы и внедрены в проектных организациях: «Куз-бассгипрошахт», «Гипроуголь», «ЯкутНИПроалмаз» при проектировании подземного участка на разрезе «Сибиргинский», а также при анализе оптимальных глубин перехода от открытых горных работ к

50

подземным на трубках «Нюрбинская» и «Ботуобинская» [2-4].

В ИГД и ИУУ СО РАН установлен ряд новых закономерностей в области оптимизации транспортных сетей угледобывающих предприятий (со свойствами сетей, известных в экономической географии как сетей Штейнера-Вебера), разработан ряд алгоритмов для оптимизации транспортных сетей, использующих градиентные стратегии и динамическое программирование. Разработанные методы оптимизации транспортных сетей успешно использованы при проектировании сети главных квершлагов шахты «Жерновская», сети подъездных дорог к Караканскому угольному разрезу, шахте «Чульманская», руднику «Скалистый». Результаты исследований по оптимизации транспортных сетей внедрены в проектных институтах «Сибгипрошахт», «Кузбассги-прошахт», «Норильскпроект», «Эрцпроект» (г.Лейпциг, Германия) [5].

В Институте почвоведения и агрохимии СО РАН накоплен большой опыт по изучению плодородных почв в Новосибирской и Кемеровской областях, который будет полезен при анализе загрязнения почв горными подземными и открытыми работами в Кузбассе. Одной из задач, поставленных перед этим институтом, является оценка качества рекультивационных работ на разрезах Кузбасса и выработка рекомендаций по их улучшению.

В Сибирском Университете путей сообщений на кафедре железнодорожных станций и узлов имеется значительный опыт и ведется большой объем научных исследований и проектных работ по изучению пропускных способностей железнодорожных путей и станций, а также возможности их расширения.

Проектные организации «Сибгипрошахт», «Гипроуголь» и «Куз-бассгипрошахт» имеют большой объем информации по действующим шахтам и разрезам, а также по новым участкам угольных месторождений Кузбасса. В этих проектных институтах работают высококвалифицированные специалисты в области проектирования шахт, разрезов и обогатительных фабрик, имеющие большой опыт проектных работ. Выполнение отдельных этапов научных исследований, связанных с проектами действующих и строительства новых горнодобывающих и перерабатывающих предприятий, невозможно без привлечения проектировщиков.

Совокупность теоретических и практических результатов, полученных в институтах Сибирского отделения РАН, Сибирском университете путей сообщения и проектных организациях создает необходимую основу для успешного выполнения данного проекта.

1. Клишин В.И., Филатов А.П. Поземная разработка алмазоносных месторождений Якутии //Новосибирск, СО РАН, 2008. - 337 с.

2. Курленя М.В., Ордин А.А. Об убывающей предельной эффективности разработки месторождений полезных ископаемых // Физико-техничес-кие проблемы разработки полезных ископаемых, № 4. Новосибирск, 1998.

3. Ордин А.А. Динамические модели оптимизации проектной мощности шахты// Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1991. - 160 с.

4. Кодола В.В., Ордин А.А. Оптимизация технологических параметров при проектировании участка подземных горных работ на действующем разрезе «Си-биргинский» // «Уголь», № 8, 2000.

5. Стрекачинский Г.А., Ордин А.А., Федорин В.А. Оптимальное размещение транспортных сетей на поверхности шахт.//Новосибирск, ИГД СО АН СССР. 1981. -90 с. ЕШ

Klishin V.I., Ordin A.A., Cheskidov V.I., Fedorin V.A.

THE MAIN CONCEPTS OF OPENED AND UNDERGROUND COAL MINING LIMITING VOLUMES ESTIMATION IN THE KUZBASS

The general statement of a strategic problem of a substantiation of limiting volumes of underground and open coal mining in Kuzbas is discussed in article taking into account the basic influencing factors including geomechanical, geotechnological, transport, ecological and demographic restrictions. The basic data on scientific potential of Institute of mining and Institute of Coal and Coal Chemical of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science and planned researches in the given area are resulted. The basic concepts for the decision of a task in view of a substantiation of limiting volumes of a coal mining in Kuzbas are stated.

Key words: the underground and open coal mining, limiting volumes, development strategy, coal basin.

Коротко об авторах

Клишин Владимир Иванович - доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией.

Ордин Александр Александрович - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник.

Ческидов Владимир Иванович - кандидат технических наук, заведующий лабораторией

Учреждение Российской академии наук Институт горного дела СО РАН, E-mail: ordin@misd.nsc.ru

Федорин Валерий Александрович - доктор технических наук, заведующий лабораторией

Учреждение Российской академии наук Институт угля и углехимии СО РАН, E-mail: fva@kemsc.ru