Определение факторов, влияющих на начальный этап цепи поставок угля Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 656.073.437

ШЕХОВЦОВ А.И., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного транспорта)

ШАШКОВА Я.А., студентка группы 5-ЭЖД (Донецкий институт железнодорожного транспорта)

Определение факторов, влияющих на начальный этап цепи поставок угля

Shekhovtsov A.I., senior lecturer (DIRT) Shashkova Y.A., student (DIRT)

Identify of the factors that influence to the initial stage of the coal supply chain

Постановка задачи

Понятие ископаемых углей включает не только каменные угли, но также бурые угли и антрациты. Ископаемые угли являются не только одним из важнейших источников энергии, но и ценнейшим сырьем химической промышленности [1].

Уголь является одним из важнейших грузов для экономики государства и его железнодорожной отрасли. При этом уголь обладает рядом специфических свойств: скважистостью, распыляемостью,

способностью к самонагреванию и самовозгоранию, смерзаемостью, которые требуют дополнительных усилий при перевозке, хранении и выполнении погрузочно-разгрузочных работ.

График добычи угля (рис. 1) показывает, что объем добычи угля оставался стабильным, а тенденция к снижению наблюдалось в кризисные 2008 -2010 годы.

Резкое падение добычи угля также произошло в 2014 году, по независящим от отрасли причинам [2, 3].

Аналогичная ситуация наблюдается и при перевозке угля на сети УЗ (рис. 2), где снижение объемов перевозки также возникло во время кризиса (особенно в 2009 г.).

Рис. 1. График объемов добычи угля в Украине за 2000 - 2014 гг., млн. т.

При этом в общем объеме перевозок грузов на сети УЗ (рис. 3) доля угля стабильна и составляет не менее 20% [2 -

4].

Рис. 2. График объемов перевозки угля на сети УЗ за 2000 - 2013 гг., млн. т.

После окончания в 2010 г. срока действия программы «Украинский уголь»,

был разработан проект «Программы перспективного развития угольной отрасли на среднесрочный период до 2015 г.». В которой были заложены следующие параметры: на этапе до 2015 г. объем добычи угля прогнозировался на уровне 91,7 млн. т. в год, включая 63,5 млн. т. энергетического угля. На этапе развития отрасли в период с 2015 по 2020 гг. объем предполагалось повысить до 100 млн. т., включая около 65 млн. т. энергетического угля. Итоговый потенциальный уровень добычи к 2030 г. ожидался на уровне 115 млн. т., из которых 75 млн. т. -энергетический уголь [5]. На сегодняшний день прогнозируемые объемы не достигнуты и по объективным причинам достигнуты не будут, но данная программа позволяет понять, насколько большое значение уделяется углю на государственном уровне.

Рис. 3. Диаграмма соотношения объемов перевозки угля и общих объемов перевозки грузов на сети УЗ за 2000 - 2013 гг.

Одним из факторов, определяющих стратегическое значение угля, является то, что современные технологии

использования угля в совокупности с развитой системой логистики, связанной с обогащением, складированием и доставкой обогащенного угля, позволяют

вырабатывать при сжигании угля киловатт-час электроэнергии, который оказывается дешевле полученного при сжигании нефтегазового топлива [6].

Анализ последних исследований

Вопросам, связанным с уменьшением негативного влияния специфических свойств угля на его перевозку, хранение и выполнение грузовых операций, а также экологию прилегающих территорий уделяется значительное внимание.

В работе [7] выполнено обоснование методов оценки пылеобразования и пылеуноса при перегрузке и хранении сыпучих грузов, а также предложены т ехнические средства, обеспечивающие уменьшение потерь груза и защиту окружающей среды от пыли.

В работе [8] разработаны методики и технологические средства по

предотвращению загрязнения окружающей среды и потерь углей при транспортировке. Установлены факторы и закономерности воздействия потерь полезных ископаемых на окружающую среду, разработаны способы, средства и природоохранные мероприятия, снижающие газо- и пылевыделение при перевозке углей, которые должны обеспечивать

экологическую безопасность.

В работе [9] предложена методика для оценки потерь сыпучих грузов при выполнении погрузочно-разгрузочных операций грейферными кранами. Общие потери груза от пылеобразования при перегрузке определяются как сумма потерь груза от пылеобразования при грузовой обработке транспортных средств (сумма потерь груза при обработке судов и полувагонов) и потерь груза от пылеобразования при загрузке открытого склада. Каждая из составляющих общих потерь груза от пылеобразования определяется раздельно при модельных исследованиях, для проведения которых создается модель перегрузочного процесса с учетом варианта работ и технологических параметров.

Основной материал

На рис. 4 приведена цепь поставок угля. Каждой стрелкой на рисунке обозначено изменение географического положения добытого угля - перевозка.

Обогатительные фабрики могут быть индивидуальными (ОФ) (размещенными на промплощадке шахты), групповыми (ГОФ) или центральными (ЦОФ).

Топливные брикеты получают не только из угольной мелочи, также в них может добавляться щепа, солома, опилки, торф и прочее.

Шахта

Добыча

Электростанция

-^

Получение электроэнергии и тепла

—► Коксохимический завод

Получение кокса и химических производных

Обогатительная фабрика -► Котельная или частное хозяйство

Обогащение Получение тепла

Цеха для производства брикетов

Получение топливных брикетов

Железнодорожный транспорт

Обогрев вагонов, получение энергии для паровозов

Рис. 4. Цепь поставок угля

Как видно из цепи поставок, уголь находит применение в самых различных областях хозяйственной деятельности, которые могут располагаться на значительном удалении от места его добычи или обогащения. Так электростанция, на которой уголь будет сжигаться для получения тепла может находиться на другом континенте, и в процессе транспортировки к месту потребления уголь будет перемещаться железнодорожным и морским транспортом, храниться на станционных и портовых площадках, с ним неоднократно будут выполняться погрузочно-разгрузочные операции.

В процессе выполнения грузовых операций образуется уголь мелких фракций и угольная пыль, которая может распыляться как при выполнении

погрузочно-разгрузочных операции, так и при выветривании в процессе перевозок. Поэтому для ископаемых углей установлены нормы естественной убыли в зависимости от расстояния перевозки и на каждую перевалку или перегрузку [1].

После добычи поднятый на поверхность уголь некоторое время (до момента погрузки в транспортные средства) хранится на складских площадках шахты.

В [10] предложены схемы погрузочно-разгрузочных станций шахт, с некоторыми доработками они

представлены на рисунке 5.

г~~I

ч3 4

2

Рис. 5. Схемы погрузочно-разгрузочных станций шахт: а) тупикового типа; б) сквозного типа: 1 - склад угля, 2 - погрузочные бункеры, 3 - склад материалов, 4 - склад оборудования

Данные схемы не противоречат требованиям СНиП 2.05.07-85 [11], и в случае, когда шахта не располагается рядом с ЦОФ, подобное путевое развитие является достаточным для работы. Особенностью представленных на рисунке 5 станций является то, что они фактически являются погрузочными, объемы выгрузки на таких станциях незначительны (хозяйственные грузы для нужд шахт), а основной объем прибытия - порожние вагоны для погрузки добытого угля.

В случае, когда шахта расположена рядом с ЦОФ, на станцию, кроме порожних вагонов под погрузку, пребывают вагоны с углем соседних шахт, для обогащения на ЦОФ. После обогащения этот уголь также необходимо погрузить в вагоны.

До момента погрузки в вагон добытый уголь хранится на открытой складской площадке, в связи с чем возможны его потери от пыления. Рассмотрим фактические размеры выброса угольной пыли при хранении на примере шахты Южнодонбасская.

Складская площадка шахты открыта с четырех сторон. В связи с неравномерностью прибытия порожних вагонов под погрузку, на складе регулярно хранится запас угля для погрузки примерно 50 вагонов (3400 т).

Таким образом, фактическая поверхность пыления полезного

ископаемого с учетом рельефа его сечения составляет F = 3000 м2, масса сыпучих материалов, переработанных за год Р = 1122000 т, а фактическое время хранения угля за год Т = 340 суток. Среднегодовая скорость ветра на площадке составляет от 3 до 5 м/с, влажность хранимого угля 8 - 9 %, крупность частиц угля, хранимого на складе - от 25 до 50 мм.

Описанный в [9] подход дает более точный результат, но требует значительных затрат на проведение наблюдений и пригоден для угля конкретного гранулометрического состава. Используем классический подход [12], который с небольшой погрешностью, но достаточно точно позволяет определить объем выбросов.

Валовой выброс угольной пыли при хранении определим по формуле [12]:

Ых = 8,64 • К2и • К3 • К4 • К5 х хст-Е • Т Л0~2 ''

(1)

где К2и - коэффициент, учитывающий местные метеоусловия, определяемый в зависимости от величины скорости ветра и*, превышение которой составляет за год менее 5 % всего времени. При и* не более 8 м/с - К2и = 1,2; при и* свыше 8 м/с - К2и = 1,4;

К3 - коэффициент, учитывающий степень защищенности объекта от внешних воздействий;

К4 - коэффициент, учитывающий влажность материала, при длительном хранении материала учитывают среднюю влажность за период хранения;

К5 - коэффициент, учитывающий крупность материала;

а - удельный унос пыли с фактической поверхности пыления материала, г/(м •с);

Е - фактическая поверхность пыления

материала с учетом рельефа его сечения,

2

м ;

Т - количество дней пыления материалов за год; при круглогодичном

хранении материала исключают период укрытия снегом, количество дождливых дней и дней, когда скорость ветра не превышает 2 м/с.

Ых = 8,64-1,2-1 • 0,2 • 0,5 х х 0,0009 • 3000 • 200 • 10"2 = 5,6 т / год

Как видим из расчетов, валовый выброс угольной пыли при хранении на площадке составляет незначительную часть от общего объема хранящегося груза, но данный объем угольной пыли попадает в атмосферу, а оттуда в легкие работников, жителей прилегающих территорий, водоемы, почву.

Вывод

Уголь является важным

народнохозяйственным грузом, широкое применение находит как само полезное ископаемое, так и его производные. Негативные факторы, сопровождающие хранение, перевозку и грузовые операции с углем являются следствием специфических свойств данного груза, поэтому необходимо применение прогрессивных техники и технологии для борьбы с данными факторами.

В связи с различными сферами применения уголь может перевозиться к потребителю на значительные расстояния, в прямых и смешанных сообщениях, в процессе доставки к конечному потребителю уголь может переваливаться и храниться на открытых складских площадках. Каждая погрузочно-разгрузочная операция и операция хранения приводит к потере некоторой части груза, которая в виде пыли попадает в атмосферу.

Проведенный расчет выбросов угольной пыли при хранении угля на складских площадках шахты, перед погрузкой, позволяет оценить масштабы данной проблемы, и в дальнейшем планируется провести расчеты влияния негативных факторах на остальные этапы доставки угля.

Список литературы:

1. Грузоведение, сохранность и крепление грузов / под ред. А.А. Смехова. -М.: Транспорт, 1987. - 239 с.

2. Державна служба статистики Украши: Статистичний щорiчник Украши за 2011 рк / за ред. О.Г.Осауленка. - К.: ТОВ «Август Трейд», 2012. - 559 с.

3. Державна служба статистики Украши: Статистичний щорiчник Украши за 2014 рк / за ред. 1.М. Жук. - К.: Державна служба статистики Украши, 2015. - 586 с.

4. Державний ком^ет статистики Украши: Статистичний щорiчник Украши за 2007 рк / за ред. О.Г.Осауленка. - К.: Державний ком^ет статистики Украши,

2008. - 572 с.

5. Добыча угля в Украине за 3 месяца 2012 г. выросла на 7,4% [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.rbc.ua/rus/top/show/dobycha-uglya-v-ukraine-za-3 -mesyatsa-2012-g-vyrosla-na-7-4--03042012142300.

6. Чеклов В.Ф. Удосконалення технологи роботи ВАТ «ЦЗФ «Октябрська» у взаемоди зi станщею примикання Донецько'1 залiзницi / В.Ф. Чеклов, Г.В. Бобик, О.1. Шеховцов, О.М. Науменко // Залiзничний транспорт Украши. - 2009. -№ 4. - С. 47 - 50.

7. Отделкин Н.С. Теоретические основы оценки потерь сыпучих грузов и защиты окружающей среды от пылеобразования при перегрузке и хранении в портах [Текст]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. тех. наук (05.22.19, 03.00.16) / НС. Отделкин. - Н. Новгород,

2009. - 37 с.

8. Макажанова Н.М. Разработка способа предотвращения потерь углей и оценка экологических последствий при их транспортировании [Текст]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. тех. наук (25.00.36) / Н.М. Макажанова. - Алматы, 2010 - 26 с.

9. Отделкин Н.С. Оценка потерь сыпучих грузов при обработке транспортных средств грейферными

кранами / Н.С. Отделкин, Е.И. Адамов // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. - 2011. - № 3 (11). - С. 146 - 149.

10. Методичне забезпечення з дисциплши "Транспорты системи прничих тдприемств". Конспект лекцш. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://tst.nmu.org.ua/ua/the-abstract-of-

11. Пособие по проектированию промышленных железнодорожных станций (к СНиП 2.05.07-85) [Текст]: нормативно-производственное издание. - М.: Стройиздат, 1990. - 199 с.

12. Правила расчета выбросов предприятий железнодорожного транспорта. ТКП 17.08-12-2008 (02120)

[Текст]. - Минск: Минприроды, 2009. - 79 с.

Аннотации:

В статье выполнен анализ данных, подтверждающих важность угля для экономики государства. Разработана цепь поставок угля. Выполнен расчет выбросов угольной пыли при хранении на открытой складской площадке шахты.

Ключевые слова: уголь, добыча, хранение, доставка, распыляемость, склад.

Analysis of the data, which confirm the importance of coal to the state economy, was made in the article. Coal supply chain has been developed. Calculation of coal dust emissions from storage at the open storage area of the mine was completed.

Keywords: coal, mining, storage, delivery, dispersibility, warehouse.