CC BY
4ОПЫТ ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН В ПРИМЕНЕНИИ ИННОВАЦИЙ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Черняев М.В., Агеев Е.Н.
ЧЕРНЯЕВ Максим Васильевич - кандидат экономических наук, доцент кафедры национальной экономики, Российский университет дружбы народов, Москва, Российская Федерация. E-mail: m.chernyaev@mail.ru
АГЕЕВ Егорий Никитич - студент группы ТЭК19-4 факультета экономики и финансов топливно-энергетического комплекса Финансового университета при Правительстве Российской Федерации, Москва, Российская Федерация. E-mail: ageevegory@gmail.com
Аннотация. В статье исследованы тенденции развития инновационных технологий в открытой и подземной угледобыче, цифровизация процессов в разведочных и геодезических работах угольной промышленности, особенности их применения.
Ключевые слова: угольная промышленность, инновации, наземное лазерное сканирование (TLS), бортовое лазерное сканирование (ALS), мобильные лазерные сканирующие системы (MLS), интеллектуальная шахта.
Для цитирования: Черняев М.В., Агеев Е.Н. Опыт зарубежных стран в применении инноваций в угольной промышленности // Экономические системы. 2020. Том 13. № 1 (48). С. 170-175. DOI 10.29030/2309-2076-2020-13-1-170-175.
На современном этапе угольная промышленность России ежегодно наращивает объемы добычи угля. При этом отрасль не может ориентироваться исключительно на внутренний рынок. Для того чтобы российский уголь был востребован на глобальном рынке, необходима технологическая реструктуризация, модернизация и широкое внедрение инновационных технологий. Стратегические ориентиры нового этапа развития отрасли определены в Долгосрочной программе развития угольной промышленности России на период до 2030 г., утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 января 2012 г. № 14-р [1].
Инновационное развитие предполагает не только разработку и внедрение собственных продуктов НИОКР, но зачастую и имплементацию в производственные процессы заимствованных технологий и продуктов. В связи с этим важен постоянный мониторинг зарубежных инновационных технологий. В данном разделе мы провели анализ некоторых зарубежных разработок в угольной промышленности, которые активно применяются или находятся в стадии внедрения.
Общий обзор инновационных тенденций позволяет выделить следующие ключевые направления развития. В открытой угледобыче сегодня наиболее активно развиваются такие направления, как:
• увеличение единичной мощности и производительности горнотранспортного оборудования (автосамосвалов и экскаваторов);
• расширение сферы использования циклично-поточных технологий;
• широкое использование информатизации, а в перспективе - и частичной роботизации основных процессов (проект «интеллектуальный карьер»);
• оптимизация процессов проектирования горных предприятий на основе использования динамических 3D моделей (с нулевого цикла и до полного восстановления земель после горных работ);
• минимизация негативного влияния открытых горных работ на окружающую среду.
В подземной угледобыче научно-технический прогресс в основном связан со следующими направлениями:
• повышение единичной мощности угольных комбайнов и увеличение нагрузки на очистной забой;
• автоматизация и информатизация, а в перспективе - и роботизация процессов в угольных шахтах;
• повышение безопасности труда на основе предупреждения газо- и геодинамических рисков, внедрение комплексных автоматизированных систем безопасности, в том числе отслеживающих местоположение людей в шахте;
• использование нетрадиционных источников энергии, в том числе метана угольных пластов и остаточного тепла шахтных вод;
• снижение негативного влияния подземных горных работ на объекты, воду и атмосферу.
В переработке угля основной упор делается на повышении выхода концентрата из рядового угля, снижении энергоемкости процессов обогащения, решении проблем обогащения и последующего использования мелких и ультрамелких классов, обеспечении экологичности работы угольных электростанций и обогатительных комбинатов.
Среди наиболее перспективных направлений инновационного развития угольной промышленности выделяют новые технологии информатизации разведки и разработки угольных месторождений, добычи угля закрытым способом, включая технологии повышения производительности, автоматизации и информатизации, а также безопасной добычи. Наконец, большое внимание стоит уделить совершенствованию экологичности переработки угля и производству электроэнергии, основанной на угле.
Разведка угольных месторождений
Цифровизация процессов является на сегодняшний день глобальным трендом, позволяющим добиться повышения производительности существующих активов. Информатизация разведочных и геодезических работ в угольной промышленности - важное направления развития отрасли.
Последние несколько лет активно развиваются системы наземного лазерного сканирования (TLS), бортового лазерного сканирования (ALS) и мобильные лазерные сканирующие системы (MLS). Лазерные сканеры исполь-
зуются в широком спектре рабочих процессов, связанных с обследованиями, в том числе с обследованиями запасов, просадки грунта, в общих топографических 3D-съемках (наземных и подземных). Совсем недавно усовершенствованные методы лазерных сканирующих систем (MLS) стали применяться для подземных горных работ. Используя метод одновременной локализации и картирования (SLAM) (оборудование состоит из вращающегося 2D LiDAR-блока и промышленного инерциального измерительного блока (IMU)), полученные данные сканирования обрабатываются с помощью серии шагов для получения плотной и точной геоинформации. Полученное таким образом трехмерное облако точек позволяет производить разведку и анализ быстро и эффективно, не прерывая добычу полезных ископаемых.
Комбинированные технологии лазерного сканирования и беспилотных летающих аппаратов обеспечивают относительно недорогую, безопасную, быструю и точную возможность для отображения текущего состояния шахты; данные облака точек используются для создания трехмерных информационных моделей. Внедрение этой технологии недавно было успешно завершено в Южной Африке с применением портативной версии технологии SLAM, установленной на транспортном средстве.
Компания Angloamerican готовит к внедрению собственную инновацию в разведывательных работах. SQUID - технология разведки, которая может обнаруживать и наносить на карту месторождения руды. Это сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство особенно полезно для обнаружения скрытых металлических отложений, которые маскируются другими проводящими металлами. Оно может быть адаптировано для полетов дронов.
В настоящее время закрытая добыча угля становится все более трудоемкой и опасной из-за глубокого залегания пород. Среди первоочередных задач инновационного развития в сфере добычи угля можно выделить:
1) повышение производительности добычи;
2) обеспечение безопасности добычи, в том числе автоматизацию процессов для полного исключения участия людей на некоторых этапах.
В рамках этих двух направлений особо заметны инновационные решения, разработанные и применяемые одним из ведущих мировых производителей угля - компанией Angloamerican. Инновации внедряются в рамках программы FutureSmart Mining. Этот проект нацелен на предоставление поэтапных инноваций в области технологий и устойчивого развития - обеспечения более безопасной, эффективной, точной и устойчивой добычи с меньшими затратами. Технологии, которые разрабатываются и внедряются, ориентированы на следующие три области: безводную шахту (инновационные подходы к разделению и транспортировке руды и отходов, измерению испарения, удалению сухих хвостов и безводной обработке), современную шахту (инновации для добычи руды со сложной минералогией, обеспечивающие безопасность и снижающие эксплуатационные расходы) и интеллектуальную шахту (трансформация огромных объемов данных в интеллектуальный прогноз).
Эти решения включают в себя следующие инновационные проекты. Вместе с компанией Atlas Copco, шведским производителем промышленного оборудования, была создана Система быстрой разработки рудников (RMDS), предназначенная для быстрой и экономичной разработки низкопрофильных туннелей в твердых породах. RMDS осуществляет разработки туннеля прямоугольной формы, что важно для обеспечения устойчивости кровли, а также для обеспечения ровного пола, необходимого для транспортных средств в шахтах. Преимущества RMDS:
• удаление людей из районов наибольшей опасности под землей;
• нанесение меньшего ущерба верхним стенам;
• снижение риска обрушения;
• уменьшение времени раскопок руды, поскольку на взрывные работы не тратится время.
Технологией, позволяющей освоить глубокие залежи угля, является подземная газификация угля (Underground Coal Gasification, UCG). Реактор для системы UCG представляет собой природную геологическую формацию, содержащую необработанный уголь. Обычно UCG состоит из двух соседних скважин, пробуренных в угольном пласте, и окислителя под давлением, такого как воздух или кислород; используется для воспламенения угольного пласта. Окислитель и газифицирующий агент подаются через нагнетательную скважину, а продукты сгорания и газификации извлекаются из эксплуатационной скважины. Ввод кислорода и пара вместо воздуха производит наиболее полезный продукт газа. Основными составляющими продукта газа являются H2, CO2, CO, CH4 и пар. Соотношение этих газов зависит от типа угля и эффективности процесса газификации.
Данный инновационный метод применяется в Индии. Общие запасы Индии составляют порядка 302 млрд т угля. Угли в блоках Kaitha и Thesgoda 'C' находятся на глубине более 300 м с запасом угля более 150 т. Обычная добыча не подходит для этих блоков. Для освоения неразработанного запаса угля подземная газификация угля является одной из наиболее подходящих технологий, которая экономически выгодна и экологична.
Технология Longwall Top Coal Caving (LTCC) позволяет выкапывать толстые угольные пласты длиной от 5 до 12 м за один проход длинностенной машины, обеспечивая высокую производительность и экономическую отдачу от операции. Технология добычи толстых угольных пластов является значительным прогрессом в подземной добыче угля и имеет всемирный потенциал. Технология уже успешно внедрена на ряде шахт в Китае и имеет аналогичный потенциал среди подземных шахт Австралии. Данная технология позволяет значительно увеличить отдачу ресурсов в толстых пластах, таких как, например, Austar Greta. Используя метод добычи LTCC, можно получить доступ и извлечь еще 80% дополнительного угля в пласте, что значительно улучшает общее извлечение подземных угольных ресурсов и общую экономичность шахты.
Таким образом, успешно опробованные технологии позволяют ускорить получение результатов их внедрения. По мнению авторов, в России осознается
спрос на инновации, и в ближайшем будущем развитие угольной промышленности будет носить более интенсивный характер в результате использования зарубежных технологий и интенсификации собственных разработок.
Источники
1. Долгосрочная программа развития угольной промышленности России на период до 2030 года: Распоряжение Правительства РФ от 24 января 2012 г № 14-р.
2. A new method of gas drainage as a solution for dangerous phenomena in underground coal mines / Pavel Zapletal, Jaroslava Koudelková, Václav Zubícek, Tomás KráÍ, Andrea Mokrosová // The Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin. Ostrava, 2018.
3. Angloamerican Company's Website. URL: https://www.angloamerican.com/futuresmart/our-industry/technology/picture-this-the-modern-mine (дата обращения: 05.02.2020).
4. Digital Mines Conference. URL: http://claridenglobal.com (дата обращения: 05.02.2020).
5. Digitalist Magazine. URL: https://www.digitalistmag.com/future-of-work/2017/10/11/big-data-analytics-smarter-way-to-mine-05384220 (дата обращения: 05.02.2020).
6. MerzlovaM.P., SharkovaA.V. Impact of investment climate on formation and increase of fixed capital of enterprices // Middle East Journal of Scientific Research. 2013. Т. 16. № 4. С. 486-489.
7. Markina I.A., Sharkova A.V. Assessment methodology for resource-efficient development of organizations in the context of the green economy // Journal of Applied Economic Sciences, 2014. Т. 9. № 4. С. 687-693.
8. Innovative aspects of development of the waste recycling industry in the new economic context: problems and prospects / YV. Morozyuk [et al.] // Journal of Environmental Management and Tourism, 2017. Т. 8. № 3 (19). С. 507-515.
9. Предпринимательство и бизнес: финансово-экономические, управленческие и правовые аспекты устойчивого развития: Коллективная монография / Т.А. Полгар [и др.]. М.: ИТК «Дашков и К°», 2016.
10. Экономическая теория. Политическая экономия: Учебник / И.Е. Ларионов [и др.]; под ред. И.К. Ларионова, Н.Н. Пилипенко, В.Н. Щербакова. 3-е изд. М.: ИТК «Дашков и Ко», 2010.
11. Кунанбаева К.Б. Методика формализации статуса градообразующих организаций // Экономические системы. 2017. Т. 10. № 1 (36). С. 55-61.
12. Развитие предпринимательства: концепции, цифровые технологии, эффективная система: Монография / Под общ. ред. М.А. Эскиндарова. М.: ИТК «Дашков и Ко», 2019.
13. Концепция эффективного предпринимательства в сфере новых решений, проектов и гипотез: Монография / Под общ. ред. М.А. Эскиндарова. 2-е изд. М.: ИТК «Дашков и Ко», 2019.
EXPERIENCE OF FOREIGN COUNTRIES IN APPLYING INNOVATIONS
IN THE COAL INDUSTRY
Chernyaev M.V., Ageev E.N.
CHERNYAEV Maksim Vasil'evich - PhD (Economics and National Economy Management), associate professor of the Department of National economy, Faculty of Economics, RUDN University, Moscow, Russia. E-mail: m.chernyaev@mail.ru.
AGEEV Egoriy Nikitich - student of the faculty of Economics and Finance of the fuel and energy complex, Financial University under the Government of the Russian Federation, Moscow, Russia. E-mail: ageevegory@gmail.com.
Abstract. The article examines the trends in the development of innovative technologies in open and underground coal mining, digitalization of processes in the exploration and geodetic works of the coal industry, and features of their application.
Keywords: coal industry, innovations, ground-based laser scanning (TLS), on-Board laser scanning (ALS), mobile laser scanning systems (MLS), smart mine.
For citation: Chernyaev M.V., Ageev E.N. Experience of foreign countries in applying innovations in the coal industry. Economic Systems. 2020. Vol. 13. No. 1 (48). P. 170-175. DOI 10.29030/23092076-2020-13-1-170-175.
References
1. Long-term program for the development of the Russian coal industry for the period up to 2030: Approved by decree of the Government of the Russian Federation of January 24. 2012. No. 14-р.
2. A new method of gas drainage as a solution for dangerous phenomena in underground coal mines / Pavel Zapletal; Jaroslav Koudelková; Václav Zubícek; Tomás KráÍ; Andrea Mokrosová. The Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin. Ostrava, 2018.
3. Angloamerican Company's Website. URL: https://www.angloamerican.com/futuresmart/our-industry/technology/picture-this-the-modern-mine (accessed: 05.02.2020).
4. Digital Mines Conference. URL: http://claridenglobal.com (accessed: 05.02.2020).
5. Digitalist Magazine. URL: https://www.digitalistmag.com/future-of-work/2017/10/11/big-data-analytics-smarter-way-to-mine-05384220 (accessed: 05.02.2020).
6. Merzlova M.P., Sharkova A.V. Impact of investment climate on formation and increase of fixed capital of entrepreneurs. Middle East Journal of Scientific Research. 2013. Vol. 16. No. 4. P. 486-489.
7. Markina I.A., Sharkova A.V. Assessment methodology for resource-efficient development of organizations in the context of the green economy. Journal of Applied Economic Sciences, 2014. Vol. 9. No. 4. P. 687-693.
8. Innovative aspects of development of the waste recycling industry in the new economic context: problems and prospects / YV. Morozyuk [et al.]. Journal of Environmental Management and Tourism, 2017. Vol. 8. No. 3 (19). P. 507-515.
9. Entrepreneurship and business: financial, economic, managerial, and legal aspects of sustainable development: Collective monograph / T.A. Polgar [et al.]. Moscow: РТС "Dashkov & Co.", 2016.
10. Economic theory. Political economy: a textbook for students of higher institutions / I.E. Larionov [et al.]; ed. by I.E. Larionov, N.N. Pilipenko, V.N. Shcherbakov. 3rd ed. Moscow: РТС "Dashkov & Co.", 2010.
11. Kunanbayeva K.B. Method of formalization of the status of city-forming organizations. Economic systems. 2017. Vol. 10 # 1 (36). P. 55-61.
12. Development of entrepreneurship: concepts, digital technologies, effective system: Monograph / Ed. by M. A. Eskindarov. Moscow: РТС "Dashkov & Co.", 2019.
13. The concept of effective entrepreneurship in the field of new solutions, projects and hypotheses: Monograph / Ed. by M.A. Eskindarov. 2nd ed. Moscow: РТС "Dashkov & Co.", 2019.
