CC BY
26
УДК 622.8-047.72(470.312)
Н.М. Качурин, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-20-41, ecology@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Л.Э Шейнкман, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41, eliard@yandex. ru (Россия, Тула, ТулГУ),
А.Е. Пушкарёв, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41, (Россия, Тула, ТулГУ),
Р.А. Ковалев, д-р техн. наук, проф., декан (4872) 35-22-74, (Россия, Тула, ТулГУ)
ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОТРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Изложены усовершенствованные методические положения системного подхода к обеспечению безопасности процесса использования минерально-сырьевых ресурсов. В качестве базовой территории использована территория Кузнецкого бассейна, где расположено наибольшее количество горных предприятий по добыче и переработке угля, который является важнейшим минерально-сырьевым ресурсом. Обсуждаются полученные результаты, и особо учитываются их практическое применение.
Ключевые слова: шахта, метан, взрыв, минерально-сырьевые ресурсы, системные принципы, безопасность, технология.
В результате осуществляемой реструктуризации угольной промышленности России и ликвидации нерентабельных угледобывающих предприятий произошла ликвидация шахт, добывающих особо ценные марки коксующихся углей, которые необходимы для получения высококачественного кокса для черной металлургии. Для получения кондиционного кокса важна оптимальная структура угольной шихты, однако она на сегодняшний день отличается по марочному составу используемых углей от оптимального значения по составу и пропорциям. Анализ добычи углей для коксования по маркам и пропорциям содержания в угольной шихте даже на период до 2005 г. показывает, что отсутствуют ресурсы ценных марок коксующихся углей К, КО, ОС. Дефицит в коксовой шихте этих марок приводит к снижению качества металлургического кокса, увеличению его расхода в доменном производстве и снижение производительности доменных печей. Деформирование ресурсной базы для добычи различных марок коксующихся углей и сокращения производства особо ценных коксующихся углей в условиях ликвидации угольных шахт обусловили необходимость импорта карагандинских углей до 2 млн.т. Одновременно с этим, в коксохимическом производстве пришлось использовать малопригодные коксующиеся угли марки СС, Т, что отрицательно повлияло на работу соответствующих отраслей промышленности (коксохимической, металлургической, машиностроительной и др.). Основная часть запасов особо ценных коксующихся углей сосредоточена в Кузнецком бассейне на
действующих предприятиях, а также на ликвидируемых нерентабельных шахтах. С 1996 г. по 2000 г. по предприятию наблюдается тенденция стабилизации производства с небольшими отклонениями в 1998-99 гг., однако, за последние два года предприятие увеличило объем добываемого угля на 9 %. В 2000 г. добыча угля составила 7,1 млн т, что на 24 % ниже уровня 1993 г. При этом производительность труда по сравнению с 1993 г. выросла в 1,4 раза. По отчетным данным за 2000 г. производительность труда рабочего по добыче составила 44,2 тонны в месяц, а производительность ППП -37,8 тонны в месяц.
Основной задачей угольной компании с точки зрения бизнеса является создание устойчивого углепотока с затратами, обеспечивающими максимальную эффективность финансовых потоков. Эффективное и устойчивое развитие бизнеса угольной компании невозможно без постановки системы стратегического планирования, основанной на прогнозировании эндогенных и экзогенных факторов аварийной опасности технологических процессов добычи угля с последующей интерпретацией результатов и использованием методов экономико-математического моделирования. Добыча угля в России сосредоточена преимущественно в угольных компаниях, представляющих собой производственный агломерат, построенный по принципу законченного технологического цикла. Как правило, компания строится по принципу холдинга и включает в себя угледобывающие, технологические, а также вспомогательные и обслуживающие предприятия [1]. Основные доходы, а соответственно и основные затраты компании формируются угледобывающими предприятиями. Именно эти предприятия определяют уровень эффективности и устойчивости компании, обеспечивают перспективу ее развития. Добывающие предприятия, входящие в состав угольной компании, как правило, достаточно неоднородны по своей структуре, эффективности, перспективе и целям развития (табл. 1) [2].
Проведенные исследования позволили выделить подсистемы, наиболее значимые с точки зрения управления развитием бизнеса системы угледобывающих предприятий, сформулировать их цели и функции, определить основные показатели (табл. 2) [3]. Декомпозиция системы угледобывающих предприятий позволяет рассматривать в качестве важнейшей составляющей управления развитием бизнеса определение взаимоувязанных траекторий основных подсистем с последующим «удержанием» показателей подсистем на заданных траекториях путем регулирования.
Эффективность бизнеса системы угледобывающих предприятий, как известно, определяется результатами производственно-хозяйственной деятельности предприятий и оценивается на основе потока денежных средств. Перспективы устойчивого развития угольного бизнеса обусловлены потенциалом угледобывающих предприятий и возможностью эффективной реализации этого потенциала.
Потенциал угледобывающего предприятия определяется: сырьевой базой; наличием устойчивого спроса на добываемые марки углей; возможностями применения эффективных технико-технологических решений. Алгоритм оценки резервов развития угледобывающего предприятия в условиях растущего спроса на угольную продукцию, базирующийся на выявлении горнотехнических, технико-технологических и организационных проблем, представлен на рисунке.
Таблица 1
Системы угледобывающих предприятий ОАО «Прокопьевскуголь»
Система предприятий Рентабельность, % Главная цель Перспектива развития
Шахты, отрабатывающие пласты крутого падения (-40)-(+10) Сохранение рабочих мест Выход на безубыточный уровень
Открытые горные работы Прокопьевско -Киселевского района 15.20 Создание основы финансового потока Рентабельная доработка запасов
Действующие предприятия и перспективные участки Ерунаковского геолого-экономического района 25.50 Развитие базы эффективного и устойчивого бизнеса Интенсивное развитие угледобычи
Исследование установлено, что для действующих шахт, отрабатывающих пласты крутого падения, потенциал определяется, прежде всего, количественными и качественными характеристиками сырьевой базы, а также возможностью достижения уровня безубыточности за счет развития сдерживающих элементов технологической цепи. Важнейшей характеристикой сырьевой базы является объем вскрытых промышленных запасов угля, которые с высокой надежностью могут быть отработаны наиболее эффективными технологиями. Так для условий шахт Прокопьевско-Киселевского бассейна к эффективным запасам угля могут быть отнесены пласты с углами падения более 65°, не имеющие значительных нарушений, не являющиеся пожароопасными и обеспечивающие отработку гидравлическим способом или щитовой системой. Горизонт планирования деятельности угледобывающих предприятий должен составлять не менее 5.. .10 лет, что обеспечивает необходимый учет таких важнейших факторов развития, как вскрытие и подготовка запасов полезного ископаемого, движение персонала, а также окупаемость вложений.
Для оценки эффективности реализации резервов целесообразна разработка типовых стратегий по следующим критериям: максимальная надежность решений, экономия инвестиционных ресурсов и увеличение объемов производства.
Типовые стратегии являются основой для синтеза минимаксных сценариев развития угледобывающего предприятия, при разработке которых используются ограничения по обеспечению жизнеспособности и уровню инвестиционных вложений. Указанные ограничения предопределяют нижнюю и верхнюю границы области рациональных параметров развития каждого предприятия и угольной компании в целом. Разработка минимаксных сценариев развития угледобывающих предприятий позволяет обеспечить адаптивное управление в условиях высокой неопределенности внешней и внутренней среды, обеспечивая вложение средств в наиболее эффективные направления и не ухудшение общей ситуации.
Таблица 2
Основные показатели управления развитием бизнеса системы _угледобывающих предприятий_
Подсистема и целевая функция Основные показатели
Производственно-техническая (создание продукции с заданным уровнем качества и издержек) □ Объем добычи угля и проведения вспомогательных работ по их видам и технологиям □ Удельные затраты по видам работ □ Вскрытые запасы полезного ископаемого и их качественная характеристика □ Параметры и эффективность новой техники и технологий
Социально-политическая (обеспечение социальной устойчивости и отсутствия препятствий со стороны органов власти) □ Численность персонала и ее динамика □ Система мотивации и уровень оплаты персонала □ Текущий уровень платежей в бюджет □ Погашение имеющейся задолженности в бюджеты, внебюджетные фонды и перед персоналом □ Текущие затраты на выплаты социального характера и содержание социальных объектов
Финансово -экономическая (планирование, контроль и оценка эффективности управления) □ Нормы и нормативы использования ресурсов □ Критерии эффективности текущей и инвестиционной деятельности □ Объекты и структура инвестиционных вложений □ Источники финансирования □ Структура капитала предприятия и финансовая устойчивость
Снабженческо-сбытовая - (обеспечение эффективных продаж и поставок ресурсов) □ Прогноз показателей спроса □ Объем продаж □ Цена продукции □ Запасы □ Параметры дебиторской и кредиторской □ задолженности
Особо следует отметить, что ввод новых мощностей добычи угля на месторождениях Кузбасса и доработки оставшихся запасов коксующихся углей на ликвидируемых шахтах, требует особое внимание уделить аэрогазодинамическим процессам при работе по технологии «шахта - лава», поэтому в качестве основного объекта исследований рассматривались
шахты Кузнецкого бассейна. Статистические закономерности процессов газовыделения свидетельствуют о том, что точные значения таких процессов в некоторый момент времени в будущем предсказать невозможно. Эти процессы случайны по своей природе и должны описываться не точными уравнениями, а при помощи осредненных статистических характеристик.
Комплексная оценка резервов развития угледобывающего предприятия
Алгоритм оценки резервов развития угледобывающего
предприятия
Но во многих случаях трудно решить, относится ли рассматриваемый физический процесс к детерминированным процессам или к случайным. Можно, например, утверждать, что в шахтных условиях ни один процесс переноса газа в породоугольной толще нельзя считать строго детерминированным, поскольку всегда существует возможность того, что в будущем какое-либо непредвиденное событие изменит течение процесса
таким образом, что полученные данные будут носить характер совершенно иной, чем предполагалось ранее.
С другой стороны, можно полагать, что в действительности ни один процесс фильтрационного газопереноса не имеет строго случайной природы, так как при условии достаточно полного знания изучаемого процесса его можно описать точными математическими соотношениями. Практически решение о детерминированном или случайном характере процесса принимается обычно исходя из возможности или невозможности воспроизведения его при заданных условиях. При шахтных наблюдениях внешние условия не являются однозначно заданными, поэтому выборочные функции процесса газовыделения на разных этапах отработки запасов угля или проведения горных выработок не совпадают. То есть повторение наблюдений на одних и тех же очистных и подготовительных участках приводит к разным исходам.
Многочисленные исследования показывают, что газовыделение на участках в целом может быть представлено как сумма газовыделений по различным источникам. При этом интенсивность выделения газа из того или иного источника является переменной во времени. Доля в общем балансе, определяемая тем или иным источником, зависит как от потенциальной газовой активности источника, так и от времени, прошедшего с момента его включения в процесс газовыделения. Основные источники газовыделений известны и в настоящее время имеется обширный фактический материал о динамике истечения газа из этих источников. Анализ экспериментальных данных показывает, что газоотдача каждым источником во времени описывается гладкой функцией того или иного вида. Примечательным является факт незначительного отклонения результатов наблюдений от сглаживающей функции при правильном ее выборе. Качественный характер динамики выделений метана и углекислого газа из одних и тех же источников совпадает.
Следовательно, процессы газовыделения как на очистных, так и на подготовительных участках могут быть представлены как суперпозиции элементарных процессов выделения газа из источников. При этом отсутствие ярко выраженных закономерностей в динамике газовыделений наблюдаемой на очистных и подготовительных участках, обусловлено, главным образом, различным периодом действия источников в стационарных физических условиях. Технологические операции по выемке угля или связанные с проведением выработки являются внешними воздействиями, изменяющими интенсивность действия источников газовыделения.
Список литературы
1. Гридин В.Г. Анализ состояния ресурсов и охраны природной среды Кузбасса. М. Изд. «Гриф и К». 2006. 437 с.
2. Загрязнение атмосферы топливно-энергетическим комплексом при использовании углей Подмосковного бассейна / Качурин Н.М., Поляков В.В., Ефимов В.И., Стась Г.В. // Москва - Тула. «Гриф и К». 2004. 268с.
3. Качурин Н.М., Лагун Н.С., Саломатин В.А. Геоинформационные технологии в решении региональных проблем // Тула. ТулГУ. 2002. С.121 - 124.
N.M. Kachurin, L.E. Shainkman, A.E. Pushkasrev, R.A. Kovalev
PROVIDING TECHNOLOGICAL SAFETY OF USING MINERAL RESOURCES PROCESSES
The improving methodical principals of systematic approach and providing safety of using mineral resources processes were expounded. Kuznetsk Basin territory is used as basic territory because there are very many mining enterprises there. Coal is important of mineral resource. The finding results are shown and special account is taken of their practical implication.
Key words: mine, methane, explosion, mineral resources, systematic approach, safety, technology.
Получено 17.02.2012
УДК 622.283.4
И.М. Каверин, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-20-41, kim 2005 63 63@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ), О.В. Коновалов, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ),
А.Е. Харламов, канд. техн. наук, асс., (4872) 35-20-41, borhar@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КРЕПИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ
Предложена рациональная конструкция арматурного каркаса на основании модельных испытаний ж/б крепи вертикального ствола; приводятся результаты зависимости коэффициента упрочнения армированной крепи от коэффициента армирования.
Ключевые слова: крепь вертикального ствола, коэффициент армирования, радиальная арматура.
Расчеты и опыт крепления стволов монолитной железобетонной крепью с гибкой арматурой показывают, что применение обычной продольной гибкой арматуры в крепи, испытывающей сжимающие тангенциальные напряжения нерационально [1]. При обычно принятом проценте армирования (до 3 %) наличие арматуры приводит к незначительному уменьшению напряжений в бетоне. Потеря несущей способности крепи
