CC BY
9
4. Cherdantsev N.V., Izakson N.Yu. Stability of the square cross-section development passed in an array of sedimentary rocks in the field of tectonic stresses // Bulletin of the Kuzbass State Technical University. 2006. No. 1 (52). pp. 14-17.
5. Kosmodamiansky A.S. Stress state of anisotropic media with holes or cavities. Kiev: Vishcha shkola, 1976. 200 p.
6. The influence of anisotropy of elastic and strength properties of rocks on the stability of the trunk of directional wells / S.G. Ashikhmin [et al.] // Oil industry. 2018. No. 2. pp. 54-57.
7. Masanov Zh.K., Eskaliev M.E. The influence of elastic anisotropy of rocks on the configuration of the area around the mine // Izvestiya AN KazASSR, Ser. fiz-mat. 1988. No. 3. pp. 49-53.
8. Savin G.N. Stress concentration around holes. Oxford, London, New York: Per-gamon Press, 1961. 430 p.
9. Filchakov P.F. Approximate methods of conformal maps: A Reference guide. Kiev: Naukova dumka, 1964. 530 p.
10. Kantorovich L.V., Krylov V.I. Approximate methods of higher analysis. M.-L.: GITTL, 1950. 695 p.
УДК 622.8: 622.411.34 - 784.2 DOI 10.46689/2218-5194-2021-4-1-531-538
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО БОРЬБЕ
С ВЫДЕЛЕНИЯМИ ПРИРОДНЫХ ЯДОВИТЫХ ГАЗОВ НА КАЛИЙНЫХ РУДНИКАХ
А.Н. Земсков, М.Ю. Лискова
Непрерывное наращивание мощностей горнодобывающих предприятий, интенсификация подземной добычи полезных ископаемых, рост газообильности горных выработок, выделения в рудничную атмосферу ранее не встречавшихся газов требуют разработки эффективных средств и способов борьбы с газовыделениями, в частности, - с выделениями природных ядовитых газов.Описана разработанная методика экономической оценки ущерба от выделения природных ядовитых газов в калийных рудниках. Также рассчитана экономическая эффективность мероприятий по борьбе с выделениями сероводорода на Втором Соликамском руднике ПАО «Уралкалий».
Ключевые слова: калийный рудник, газы, газовыделения, нейтрализатор, атмосфера.
Непрерывное наращивание мощностей горнодобывающих предприятий, интенсификация подземной добычи полезных ископаемых, рост газообильности горных выработок, выделения в рудничную атмосферу ранее не встречавшихся газов требуют разработки эффективных средств и способов борьбы с газовыделениями, в частности, - с выделениями природных ядовитых газов.
Если выделения горючих газов и углекислого газа и борьба с ними подробно описаны в научно-технической литературе, то случаи обнаруже-
ния и выделения в калииных рудниках серосодержащих газов и природной окиси углерода, а также борьба с ними требуют дополнительных исследований и оценки эффективности мероприятий по предотвращению их вредного влияния на горнорабочих и работу горных участков.
В работе [1] авторами приведены данные об основных способах и средствах борьбы с сероводородом, в частности, об использовании специальных устройств - нейтрализаторов газов «мокрого» и «сухого» типа, устанавливаемых в призабойном пространстве выработок.
При отсутствии мероприятий по борьбе с выделениями природных ядовитых газов в атмосферу выработок возникает необходимость в остановке комбайновых комплексов и выведении людей из забоев на свежую струю до достижения нормальных санитарно-гигиенических условий. Остановки комбайнов или ограничения скорости их движения приводят к снижению производительности труда, увеличению себестоимости руды и потере прибыли ввиду снижения объема добычи и, соответственно, производства калийных удобрений [2].
При применении мер борьбы с газовыделениями можно значительно снизить простои комплексов, но применение конкретных профилактических мероприятий требует определенных затрат. Поэтому необходимо оценить, во-первых, ущерб от выделения природных ядовитых газов, во-вторых, - экономическую эффективность применения способов газоподавления.
Экономическая оценка последствий от выделения природных ядовитых газов зависит от полноты выявления факторов ущерба. Все составляющие ущерба У можно представить двумя группами: составляющие прямого Уп и дополнительного Уд ущерба:
У = Уп + Уд. (1)
К прямому (или непосредственному) отнесен ущерб, вызванный простоями основного добычного оборудования из-за загазования выработок. Потери продукции АВ за период простоя камеры при невозможности компенсации пропорциональны продолжительности простоя:
ЛВ = Нф • Тпр • n • ß, (2)
где Нф - фактическая добыча руды на комбайне, т/час; Тщ - время простоя добычного комбайна по причине выделения ядовитых газов, час; n - количество простаивающего оборудования, ед.; ß - коэффициент, учитывающий извлечение KCl из руды при последующем обогащении.
С учетом этого прямой ущерб Уп от недоиспользования основного добычного оборудования ввиду выделения природных ядовитых газов определяется по формуле
Уп =(Ц - С)-АВ + А + ЗП, (3)
где Ц - цена 1 т калийных удобрений, руб./т; С - себестоимость производства 1 т минеральных удобрений, руб./т; А - амортизационные отчисления
по простаивающему оборудованию, руб.; ЗП - доплаты рабочим до среднего заработка ввиду простоев рабочей камеры, руб.
В свою очередь, амортизационные отчисления и доплаты рабочим определяются следующим образом:
Ф • N а • п • Т п р
А =-а-пр, (4)
100
и
ЗП = ТПр • (Ст -Сф), (5)
где Ф - среднегодовая стоимость единицы простаивающего оборудования, руб.; Na - годовая норма амортизационных отчислений, %; Т'пр - простои оборудования по причине выделения ядовитых газов, в годах; Ст - средняя тарифная зарплата горнорабочих, руб./час; Сф - фактический размер оплаты, руб./час.
Для выявления факторов дополнительного ущерба был выполнен специальный анализ использования рабочей силы и оборудования на различных участках Второго Соликамского рудника в зависимости от степени сложности горногеологических условий разработки. Анализ показал, что главным фактором ущерба является недоиспользование оборудования из-за установок работы для разгазовывания выработок. Другой составляющей ущерба являются простои оборудования из-за отсутствия горнорабочих, находящихся на больничном.
Таким образом, в дополнительный ущерб должны быть включены последствия от двух факторов:
Уд = Уз.р + Уо.р , (6)
где Уз.р - ущерб от заболеваемости рабочих проходческих забоев с частичной или полной утратой трудоспособности; Уо.р - ущерб от отсутствия рабочих вследствие частичной утраты ими работоспособности.
Экономический ущерб от заболеваемости работников с частичной или полной утратой трудоспособности может быть определен следующим образом:
Уз.р = Зб + Зв.п , (7)
где Зб - оплата больничных листов за период заболевания, руб; Звп -оплата выходных пособий при увольнении рабочих по причине неблагоприятных санитарно-гигиенических условий труда.
В свою очередь,
Зб = Ч • Р • С, (8)
где Ч - количество работников, перенесших заболевания, либо отвлеченных из производства по уходу за больными членами семей, по причинам, вызванным загрязнением рабочей среды в течение года; Р - продолжительность заболевания, дни; С - фактический размер оплаты, руб./день.
Дополнительный ущерб от недоиспользованного основного производственного оборудования из-за заболевания рабочих и их отсутствия определяется по формулам (3) - (5). Отличие заключается лишь в причине и соответствующей идентификации времени простоя.
Количественная оценка экономического ущерба по рассмотренным факторам была выполнена для условий Второго Соликамского рудника за несколько временных интервалов, начиная с конца прошлого века. В качестве исходной информации для расчета показателей экономического ущерба использовались данные оперативной и статистической отчетности. Результаты расчета показывают (табл. 1), что основная доля приходится на прямой ущерб, вызываемый остановками добычных комплексов.
Анализ технико-экономических показателей по горным участкам подтвердил существенное удорожание себестоимости продукции на участках, где разрабатываются газоносные пласты АБ и В. При этом основная часть удорожания наблюдается по статье "Амортизация оборудования", что связано с вынужденными простоями комбайновых комплексов. В свою очередь, снижение объема добычи в случае газовыделений происходит и вследствие факторов, оказывающих свое влияние в последующее время.
Таблица 1
Характеристика годового ущерба от газовыделений
Показатели ущерба
Факторы ущерба Расчетная формула Величина, тыс. долларов
Прямой ущерб - от простоя оборудования из-за выделения природных ядовитых Уп =(Ц - С)• АВ + А + ЗП 167,8
газов
Дополнительный ущерб -всего, У = У + У д з.р ^ о.р 40,2
в том числе:
- от заболеваний рабочих, Уз.р = Зб + Зв.п 2,4
- от простоев оборудования из-за отсутствия рабочих Уо.р = (Ц - С) • АВ4 + А4 + ЗП4 37,8
Итого У = Уп + Уд 208,0
Ликвидация отрицательных последствий газовыделений может быть достигнута, например, при использовании средств мокрого газоподавления: специальных нейтрализаторов [4 - 8]. Затраты на каждый нейтрализатор с учетом стоимости химических реагентов на один год его
эксплуатации не превышают 200 долларов. В этом случае экономическая эффективность применения нейтрализатора может быть оценена в первом приближении при учете только прямого ущерба, связанного лишь с удорожанием себестоимости добычи руды. Для любого добычного участка применение нейтрализатора обеспечивает фактический эффект за счет повышения норм выработки.
В случае проведения выработок на участках, характеризующихся наличием в породах ядовитых газов в значительных объемах, норма выработки при проходке камер по пласту АБ - В снижается в 1,18 раза, а при проходке тупиковых выработок по пласту В - в 1,6 раза. При применении нейтрализаторов уменьшения норм выработки на комбайновый комплекс не будет [9, 10].
Тогда экономический эффект Э от применения нейтрализаторов будет
Э = КСбаз — Снов ) — Ен • Кдоп] • Д , (9)
где Сбаз - годовая себестоимость добычи руды по участку на пластах с большими газовыделениями до применения нейтрализаторов, долл.; Снов -годовая себестоимость добычи руды по участку, разрабатывающему газо. . „ руб/год
носный пласт, с применением нейтрализаторов, долл.; Е н - 0,15 ——---
руб
коэффициент сравнительной нормативной эффективности капитальных вложений; Кдоп - удельные дополнительные капитальные вложения на добычу одной тонны руды при применении нейтрализаторов, долл./т; Д - годовой объем добычи участка, т.
Для горных участков Второго Соликамского рудника, на которых имели место значительные газовыделения, годовой экономический эффект от применения только по одному указанному фактору составит 294,2 тыс. долларов в соответствии с их базовыми технико-экономическими показателями (табл. 2).
Оценить фактический экономический эффект от внедрения мер борьбы с газом в условиях Второго Соликамского рудника можно и исходя из анализа себестоимости добычи на участках. В этом случае за Сбаз следует принять среднее значение себестоимости добычи руды на участках с газовыделением. Тогда величина Снов определится как среднее значение себестоимости добычи руды на участках без газовыделения. Исходя из известных данных значения Сбаз и Снов составят соответственно 2,95 и 2,12 долл./т. Тогда экономический эффект от внедрения нейтрализаторов сероводорода, определенный по усредненным фактическим данным, составит 282,0 тыс. долларов. Следовательно, можно сделать вывод, что внедрение нейтрализаторов, как и других средств газоподавления, является экономически эффективным как при оценке ш расчетным нормативным данным,
так и по фактическим технико-экономическим показателям добычных участков Второго Соликамского рудника.
Таблица 2
Экономический эффект от применения нейтрализатора на горных участках Второго Соликамского рудника, на которых были выявлены выделения газов и зафиксированы остановки работы комбайнов
Показатели Горные участки, №
1 4 9 10
Объем добычи до применения нейтрализато- 322,6 213,4 478,7 359,1
ра, тыс. т
Объем добычи после применение 380,7 251,8 564,9 423,7
неитрализатора, тыс. т
Себестоимость добычи базовая, долл./т 3,7 4,5 2,3 2,3
Себестоимость добычи новая, долл./т 3,5 4,3 2,1 2,1
Снижение себестоимости добычи, долл./т 0,2 0,2 0,2 0,2
Экономия от снижения себестоимости, тыс. 86,9 70,0 78,8 58,5
долл.
Всего 294,2
Таким образом, доказана экономическая эффективность применения специальных средств газоподавления - нейтрализаторов сероводорода - для реальных условий действующего рудника.
Список литературы
1. Земсков А.Н., Лискова М.Ю., Гайдин А.М. Способы и средства борьбы с сероводородом в рудничном воздухе и в подземных водах // Известия Тульского госуниверситета. Науки о Земле. 2021. Вып. 1. С. 91-101.
2. Смирнов С.П. Практические методы повышения производительности труда. СПб. 2009. 42 с.
3. Ковалев О.В., Ливенский В.С., Мещеряков В.В. Особенности безопасной отработки калийных месторождений. Минск: Изд-во Полымя, 1982. 96 с.
4. Лаптев Б.В. Предотвращение газодинамических явлений на калийных рудниках. М.: Недра, 1994. 138 с.
5. Szlazak N. Zagrozenie gazowe I wyrzutow w gornictwie solnym na przykladzie Kopalni Soli "Klodawa" // Gornictwo [Zecz.nauk. AGHim. Stanislawa Staszica Gor.]. 1966. № 3. S.167-172.
6. Andreiko S.S., Litvinovskaya N.A., LyalinaT.A. Control of gas-dynamic processes in floor rock mass in sylvinite bed AB of the Upper Kama
Potassium Salt Deposit // Gornyi Zhurnal. Moskow: Izdatel'stvo Ruda i Metallly, 2015. № 4. P. 89-92.
7. Большинский М.И., Лысиков Б.А., Каплюхин А.А. Газодинамические явления в шахтах. Севастополь: Вебер. 2003. 284 с.
8. Мельник В.В., Абрамкин Н.И., Виткалов В.Г. Подземная геотехнология. Основы технологии сооружения участковых подземных горных выработок: учеб. пособие / под ред. В.В. Мельник.Москва: Изд-во «Дом МИСиС». 2016. 93 с.
9. Андрейко С.С., Иванов О.В., Нестеров Е.А. Борьба с газодинамическими явлениями при разработке Верхнекамского и Старобинского месторождений калийных солей // Научные исследования и инновации. 2009. Т. 3. № 4. C. 34-37.
10. Оценка газоносности и газодинамических характеристик пород соляных и глинисто-карбонатных пачек на шахтном поле рудника Второго рудоуправления ОАО "Беларуськалий" / С.С. Андрейко, Д.А. Бобров, Е.А. Нестеров, Е.В. Лукьянец // Недропользование. 2020. Т. 20. № 3. С. 270279.
Земсков Александр Николаевич, д-р техн. наук, доц. a. zemskov@kanexgroup. ru. Россия, Пермь, Группа КАНЕКС,
Лискова Мария Юрьевна, канд. техн. наук, доц. mary. 18.02@mail. ru, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
ASSESSMENT OF EFFECTIVENESS OF MEASURES TO COMBAT EMISSIONS OF NATURAL POISONOUS GASES AT POTASH MINES
A.N. Zemkov, M. Yu. Liskova
The continuous increase in the capacity of mining enterprises, the intensification of underground mining, the increase in the gas abundance of mining, the release of gases not previously encountered into the mine atmosphere, require the development of effective means and methods to combat gas emissions, in particular, with the release of natural poisonous gases. The article describes the developed methodology for the economic assessment of damage from the release of natural poisonous gases in potash mines. The economic efficiency of measures to combat hydrogen sulfide emissions at the Second Solikamsk mine of PJSC Uralkali was also calculated.
Key words: potash mine, gases, gas releases, neutralizer, atmosphere.
Zemskov Alexander Nikolaevich, doctor of technical sciences, docent, a. zemsko v@kanexgroup. ru. Russia, Perm, KAHEKC Group
Liskova Maria Yurevna, candidate of technical science, docent, mary. 18.02@mail. ru, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University
Reference
1. Zemskov A.N., Liskova M.Yu., Gaidin A.M. Methods and means of combating hydrogen sulfide in mine air and in groundwater // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2021. Issue 1. pp. 91-101.
2. Smirnov S.P. Practical methods of increasing labor productivity. St. Petersburg, 2009. 42 p.
3. Kovalev O.V., Livensky V.S., Meshcheryakov V.V. Features of safe mining of potash deposits. Minsk: Polymya Publishing House, 1982. 96 p.
4. Laptev B.V. Prevention of gas-dynamic phenomena at potassium mines. M.: Nedra, 1994. 138 p.
5. Szlazak N. Zagrozenie gazowe I wyrzutow w gornictwie solnym na przykladzie Kopalni Soli "Klodawa" // Gornictwo [Zecz.nauk. AGHim. Stanislawa Staszica Gor.]. 1966. № 3. S.167-172.
6. Andreiko S.S., Litvinovskaya N.A., LyalinaT.A. Control of gas-dynamic processes in floor rock mass in sylvinite bed AB of the Upper Kama Potassium Salt Deposit // Gornyi Zhurnal. Moscow: Izdatel'stvo Ruda i Metallly, 2015. No. 4. P. 89-92.
7. Bolshinsky M.I., Lysikov B.A., Kaplyukhin A.A. Gas-dynamic phenomena in mines. Sevastopol: Weber. 2003. 284 p.
8. Melnik V.V., Abramkin N.I., Vitkalov V.G. Underground geotechnology. fundamentals of technology for the construction of precinct underground mine workings: studies. manual / ed. Melnik V.V. Moscow: Publishing House of MISIS. 2016. 93 p.
9. Andreiko S.S., Ivanov O.V., Nesterov E.A. Struggle with gas-dynamic phenomena in the development of Verkhnekamskoye and Starobinskoye potash salt deposits // Scientific research and innovation. 2009. Vol. 3. No. 4. C. 34-37.
10. Assessment of gas content and gas dynamic characteristics of rocks of salt and clay-carbonate packs in the mine field of the mine of the Second ore Management of JSC Belaruskali / Andreiko S. S., Bobrov D. A., Nesterov E. A., Lukyanets E. V. // Subsoil use. 2020. Vol. 20. No. 3. pp. 270-279.
