Обоснование необходимости перехода на интенсивный путь развития угольной базы Кузнецкого бассейна Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© C.B. Шаклеин, M.B. Писаренко, 2013

УДК:622.272

C.B. Шаклеин, М.В. Писаренко

ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ПЕРЕХОДА НА ИНТЕНСИВНЫЙ ПУТЬ РАЗВИТИЯ УГОЛЬНОЙ БАЗЫ КУЗНЕЦКОГО БАССЕЙНА*

Реализуемый в Кузбассе экстенсивный путь развития минерально-сырьевой базы уже исчерпал себя, приводит к росту затрат на добычу и выборочной отработки участков с благоприятными горногеологическими условиями. Альтернативой ему является интенсивный путь развития, состоящий в поиске и внедрении эффективных технологий добычи, взаимоувязанных с обогащением. Его реализация требует предварительного системного геолого-технологического анализа угольной базы бассейна.

Ключевые слова: минерально-сырьевая база, уголь, интенсивный путь развития, Кузбасс.

Кузнецкий угольный бассейн является одним из самых крупных месторождений в мире, ресурсы которого до глубины 600 м оцениваются в 218.5 млрдт [1]. Балансовые запасы угля, подсчитанные до глубины 600 м от поверхности (горизонт -300 м), по категориям А+В+С1+С2составляют по состоянию 01.01.2011 67.1 млрд т, в том числе для открытых работ 17.6 млрд т (26 %). В бассейне присутствуют угли от бурых до антрацитов, но ведущее место занимают высококачественные каменные угли, являющиеся основным объектом промышленной разработки. Марочный состав которых включает в себя все технологические марки углей, предусмотренные к выделению государственным стандартом (рис. 1). На долю коксующихся углей приходится более половины балансовых запасов (54 %), в том числе углей наиболее ценных марок ГЖ, Ж, КЖ, К, ОС - 25 %. Балансовые запасы по состоянию на 01.01.2011по действующим и подготовленным к промышленному освоению участков составляю 29.7 млрд т (44 % от общих разведанных запасов).

(*Работа выполнена в рамках конкурса РФФИ р-сибирь_а 13-05-98049)

Промышленные запасы на полях действующих и строящихся шахт и разрезов- 7.8 млрд. т, из них на разрезах - Змлрдт (табл. 1). И как следует из представленных данных в табл. 1, запасы пригодные для отработки открытым способом почти полностью освоены промышленностью.

Горно-геологические условия залегания угольных пластов бассейна характеризуются очень широким спектром, фактически вобравшим в себя весь возможный диапазон их изменения: мощность пластов от 0,5 до 60 м, углы падения от 0 до 90°, дизъюнктивная нарушенность от 0 до 300 м/га, глубины залегания пластов от первых метров до 2 км [3].

Несмотря на многообразие горно-геологических условий, до настоящего времени минерально-сырьевая база бассейна развивалась экстенсивным путем, состоящим в разведке и в передаче в промышленное освоение новых участков угольных месторождений и в отработке наиболее благоприятных запасов ресурсо затратными технологиями[3].

На разрезах реализуется транспортная система разработки с применение автомобильного транспорта для вывозки угля и вскрышных пород (88% добычи угля открытым способом), пригодная для всего диапазона горно-геологических условий, но наиболее затратная.

На шахтах бассейна доминирует длинностолбовая система разработки с оснащением очистных забоев высокопроизводительными механизированными комплексами. На долю этой системы приходится более 88 % всей добычи угля подземным способом в Кузбассе. Для эффективной работы таких шахт необходимо поддерживать стабильно высокие нагрузки на очистной забой (более 4 тыс. т/сут), что возможно только в благоприятных горно-геологических условиях: мощность пластов более 1,8 м, их выдержанность, углы падения до 25о, отсутствие геологических нарушений в пределах достаточно протяженных участков 300x3000 м, природная газоносность менее 10 м3/т, при этом зольность угля не должна превышать30 % [4].

В Кузбассе около 64 % механизированных лав работают в условиях природной газоносностью свыше 10 м3/т. В условиях опасных по горным ударам работают около 82 % очистных забоев ив 79 % очистных забоях в условиях опасных по самовозгоранию угля [5]. Обеспечение безопасной работы в таких условиях требует применения специальных мероприятий направленных на

189«

, г,»,, 15,4%

В III. 1 1

| | |

I I I I I I . Т I . I 1 I I I .

I ДГ Г ГЖО ГЖ Ж КЖ К КО КСН КСН ОС тс: С: С: Т Л

Рис. 1. Распределение балансовых запасов углей по маркам, в % от общих

Таблица 1

Обеспеченность запасами действующих предприяти и подготовленных к освоению участков по состоянию на 01.01.2011

Наименование Балансовые запасы категорий А+В+С1+С2, млрд т Промышленные запасы, млрд т Производственные мощности, млн т Технич. единицы

Разрабатываемые и подготовленные к освоению 29.7 7.8 455.5 302

В том числе: - действующие 11.3 6.8 255 127

шахты 8.3 4.3 123.7 69

разрезы 3 2.5 131.3 58

- строящиеся 2.95 1.0 69.9 56

шахты 2.2 0.5 49.4 35

разрезы 0.75 0.5 20.5 21

2000 1800 1600 1400 1200

. ь-

® 1000 п.

800 ООО 400 200 О

250

200

2003 2004 2005 2006 I' 1 Себестоимость, руб/т

2007 2008 Цена, руб/т

¿009 2010 2011 2012 ■*— Производительность, т. мес

150

50

ч

о ю

гЛ

X

О

О-

с

Рис. 2 Динамика производительности труда, себестоимости и цены реализации угля

9023840201020100239023

их предотвращение, что ведет к увеличению себестоимости добычи, несмотря на рост производительности труда (рис.2). Кроме того, осложнение ведения горных работ дизъюнктивными нарушениями, обводненность участков, увеличение глубины ведения горных работ и т.д., приводят к списанию части промышленных запасов.

Анализа распределения добычи из действующих очистных забоев шахт отрасли по мощности отрабатываемых пластов показал, что угольные пласты мощностью до 1,2 м практически не отрабатываются, на 1,21-1,8м приходится около 3,5 % от всей добычи, 1,81-3,5 м- 60,7 %, свыше 3,5 м- 37,7 %. Объем добычи по шахтам Кузбасса по углам залегания распределяется следующим образом: до 35° приходится около 94 % общей добычи угля подземным способом, 36-45° - 1,5 % и выше 46° - 4,4 %.

Ответ на вопрос о том, какими именно рыночными запасами угля различных марок располагает ныне Кузбасс, к сожалению, не может быть получен путем простого анализа существующих форм государственного учета запасов и ресурсов, который, отвечая поставленным перед ним задачам, является слабо дифференцированным и не позволяет оценить нарушенность, форму и условия залегания, газоносность угольных месторождений, инженерно-геологические условия и т.д. по отдельным месторождениям и их участкам.

Существующий опыт оценки технологичности запасов ориентирован исключительно на существующие традиционные технологии угледобычи. Например, Ардашев К.А., Розенбаум М.А., Баранов С.Г. предлагают относить к технологичным лишь участки с углами падения от 4 до 12°, мощностями пластов от 1,7 до 4 м, глубинами менее 300 м и позволяющих обеспечить подготовку выемочных столбов протяженностью 3,5-4,5 км при длине очистного забоя от 250 до 300 м (запасы выемочного столба - 2,5-5 млн. т), а зольность - 32 %. Лелеко А.И. предлагает оценивать сырьевую базу по ожидаемому уровню нагрузки на забой, расчетно определяемую по значениям мощности, углам падения, водопритоку и длине лавы.

Сложившаяся тенденция движения (изменения) количества балансовых запасов категорий А+В+С1 свидетельствует о том, что с 1983 года в Кузбассе прекратился устойчивый рост разведанных запасов и началось их активное сокращение. Результатом такой технологической политики явилось снижение количества разве-

данных запасов на 15 млрд. т с 1983-по 2011 гг. при добыче около 5 млрд. т, т.е. добывая 1 т угля 3 т разведанных запасов списываем [6].

Таким образом, если сложившуюся тенденцию движения запасов не удастся переломить, то разведанные запасы угольного Кузбасса будут полностью исчерпаны через 20-40 лет. Казалось бы, данного времени для изменения сложившейся тенденции вполне достаточно, и не задействованная промышленностью часть запасов вполне способна обеспечить устойчивое функционирование промышленности. Однако, подавляющая их доля находится на значительных глубинах (преимущественная глубина подсчета запасов -600 м) и характеризуется неприемлемыми, с точки зрения эффективности традиционных технологий, условиями залегания. По оценке специалистов бывшего «Южсибгеолкома» лишь 5 % от количества разведанных запасов залегают в условиях, отвечающих современным требованиям угольной промышленности (около 2,3 млрд. т).

Кроме того, сложились опасные диспропорции в запасах, степени освоения и в добыче углей различных марок. Например, темпы истощения разведанных запасов наиболее прибыльной в настоящее время марки СС существенно превышают средне бассейновые. В то время как каждая пятая тонна добываемого в Кузбассе угля относится к этой марке, ее разведанные запасы составляют лишь 4 % от обще бассейновых. Обращает на себя внимание также тот факт, что промышленностью фактически уже освоены разведанные запасы углей КЖ (32 %) и СС (36 %). Сложившиеся диспропорции в соотношениях объемов разведанных и освоенных запасов, а также в добыче углей различных коксующихся марок не обеспечивают формирование на коксохимических заводах необходимых объемов качественной шихты.

В настоящее время складывается парадоксальная, требующая анализа и осмысления ситуация, когда в результате применения мощных высокопроизводительных очистных комбайнов в добытом угле резко возрастает доля мелких фракций (более 50%). Эти фракции впоследствии теряются при транспортировании, а также при обогащении, что приводит к снижению выхода концентрата, а соответственно, и к снижению стоимости совокупного конечного товарного продукта.

Интенсивный путь развития минерально-сырьевой базы, до настоящего времени, по крайней мере, в области угольных ресурсов,

практически не рассматривался. Он состоит в разработке и внедрении новых технологий добычи взаимоувязанных с их переработкой, способных существенно расширить сырьевую базу добывающей отрасли, в первую очередь, по ресурсно-дефицитным маркам коксующихся углей и увеличить конечную ценность товар. Например, создание экономически эффективных способов разработки высокотехнологичных по мощности пластов с углами падения от 36° до 55° позволило бы только на действующих предприятиях дополнительно вовлечь в эксплуатацию до 2,2 млрд т балансовых запасов (около 1,3 млрд т промышленных). Наращивание такого количества технологичных запасов путем проведения геологоразведочных работ на новых участках потребует дополнительных затрат в сумме более 12 млрд руб. [6].

Разработкой новых технологий добычи и переработки угля занимаются многие ведущие отечественные(МГГУ, ИГД им. A.A. Скочинского, ВНИМИ, ИПКОН, ИГД СО РАН, НИИОГР и др.) и зарубежные институты (Китай, Украина, США, Англия, Германия, Польша). На сегодняшний день, как показывает анализ литературы, разработаны и прошли промышленное испытание десяток нетрадиционных для Кузбасса технологий добычи - это и струговая технология для разработки маломощных пластов, бурошнековая технология, гидравлический способ добычи, технология отработки пологих и наклонных угольных пластов короткими лавами, технологии разработки мощных угольных механизированным комплексами с выпуском угля из подкровельной части и т.д. Однако системной оценки ресурсного потенциала технологий добычи для широкого диапазона горно-геологических условий, взаимоувязанных с технологиями обогащения выполнено не было.

Таким образом, для обоснования пути развития минерально-сырьевой базы необходимо выполнить системный анализ угольной базы бассейна не только нераспределенного, но и распределенного фонда недр, с ранжированием угольных ресурсов по горногеологическим условиям разработки запасов (мощности пластов, углов наклона, глубине, газоносности и др.). Обобщить информацию по технологиям добычи и обогащения угля, используемых или прошедших промышленное опробование, но нетрадиционных для Кузбасса, а также патентные исследования технологических решений по разработке угольных месторождений.

Сформулировать и апробировать подходы к оценке запасов, которые могут быть рентабельно отработаны:

- традиционными для Кузбасса технологическим схемам добычи и обогащения;

- существующим, но не традиционным для Кузбасса технологиям (струговая выемка маломощных пластов, разработка мощных пластов механизированными крепями с выпуском угля из подкро-вельной пачки, механо-гидравлические технологии и т.д.);

- новыми и находящимися в разработке технологическими схемами.

Причем детализация этих подходов не должна выходить на уровень, требуемый для проектирования угледобывающих предприятий.

Широкий диапазон изменения геологических условий Кузнецкого угольного бассейна и широкий спектр марочного состава углей позволяет утверждать, что основные решения, выводы и рекомендации в результате исследования, будут востребованы и в других угледобывающих регионах страны.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Угольная база России. Том П.Угольные бассейны и месторождения западной Сибири (Кузнецкий, Горловский, Западно-Сибирский, бассейны: Месторождения Алтайского края и Республика Алтай). - М.: ООО «Геоинформоцентр», 2003. - 804 с.

2. Баланс запасов углей каменных и бурых Кемеровской области по состоянию на 01.01.2010. - Новокузнецк. 2010.-201 с.

3. БаловневВ.П, Шаклеин C.B., ЯрковБ.О. Состояние минерально-сырьевой базы угольной промышленности Кузбасса. // Горная промышленность. -2000. - № 2. - С.4-8.

4.Писаренко М.В. Горно-технологическая оценка сырьевой базы угольных месторождений Кузбасса // Недропользование XXI век.- 2010. - № 6 - С. 60-64.

5. Шаклеин C.B., Писаренко М.В. Подходы к обоснованию концепции развития минерально-сырьевой базы Кузнецкого угольного бассейна. // Рациональное освоение недр. - 2012. - №2. - С.38-40.

6. Шаклеин C.B., Писаренко М.В. Нетрадиционные технологии добычи угля-основа интенсивного освоения минерально-сырьевой базы Кузбасса. // Горная промышленность. - 2010. - №4. С. 22-25. ПТТТП

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Шаклеин Сергей Васильевич - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, svs1950@mail.ru

Писаренко Марина Владимировна - кандмдат технических наук, доцент, ученый секретарь, mvp@icc.kemsc.ru

Федеральное государственное учреждение науки Институт угля Сибирского отделения Российской академии наук, г. Кемерово.