CC BY
56
УДК 338.45:553.94(571.56-191.2)
оценка экономических показателей эльгинского каменноугольного месторождения ЯКУТии
а. и. Александров,
старший научный сотрудник E-mail: Aleksandrovaldr@mail. ru Научно-исследовательский институт региональной экономики Севера, Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова
с. а. ермаков,
заведующий лабораторией оГР E-mail: dorgi_ho@mail. ru
д. в. хосоев,
ведущий инженер лаборатории оГР E-mail: dorgi_ho@mail. ru институт горного дела Севера им. и. Д. Черского Со РАН
В статье дается оценка современному состоянию мировой торговли углем, роли и значению угля в глобальной энергетике. Рассматривается влияние технологических решений на экономические показатели при валовой и селективной разработке сложноструктурных пластов Эльгинского каменноугольного месторождения. Отмечено, что применение селективной разработки по сравнению с валовой позволяет снизить зольность угля в пластах, что улучшает качественные характеристики товарной продукции.
Ключевые слова: уголь, добыча, месторождения, анализ, селективная выемка, металлоемкость, энергоемкость, торговля, технологии, Азиатско-Тихоокеанский регион.
На сегодняшний день в мире из угля вырабатывается около 29,6 % всей первичной энергии, 42 % электроэнергии производится на электростанциях, работающих на угле. Мировая добыча угля в 2010 г. составила 7 229 млн т, что на 6 % больше, чем в 2009 г., а мировая торговля углем за пять лет
с 2005 г. по 2010 г. выросла с 775 до 938 млн т. Рост добычи угля связан в первую очередь с увеличением выработки электроэнергии, что в свою очередь определяется возрастанием валового внутреннего продукта.
Международные эксперты не ожидают существенного снижения роли угля как одного из важнейших энергоносителей. Более того, за счет весьма вероятного сокращения темпов роста потребления нефти и нефтепродуктов и пересмотра в связи с последними авариями на АЭС отношения к развитию атомной энергетики во многих странах может иметь место некоторый рост его доли в структуре энергопотребления. В период до 2020 г. производство электроэнергии будет устойчиво расти примерно на 2,7 % в год, и хотя основная часть прироста выработки электроэнергии будет приходиться на газ, уголь, тем не менее, сохранит свое доминирующее положение среди источников энергии, обеспечивая к 2020 г. до 32 % от общего объема энергоносителей в электроэнергетике [1].
Согласно прогнозу Министерства энергетики США потребление первичных энергоносителей в мире к 2030 г. возрастет по сравнению с нынешним уровнем на 40 %. Ископаемые виды топлива останутся основными источниками энергии, они будут обеспечивать до 80 % мирового энергопотребления [4].
В последние годы импорт энергетического и коксующегося угля основными странами Азиатско-Тихоокеанского региона (АТР) неуклонно увеличивался, из семи крупнейших стран-импортеров пять относятся именно к этому региону (см. таблицу).
Анализ динамики развития мировой торговли углем, прогнозные данные и проведенные маркетинговые исследования показали, что на развивающихся рынках этих стран в ближайшие годы можно будет дополнительно разместить значительное количество коксующегося и энергетического угля. Складывающаяся благоприятная конъюнктура требует скорейшего вывода на полную мощность Эльгинского месторождения каменного угля и выхода на рынок стран АТР в возможно короткий срок.
Освоение Эльгинского месторождения — крупный комплексный межрегиональный и межотраслевой проект, реализация которого в полном масштабе предусматривает не только строительство мощного угледобывающего предприятия, но и развитие транспортных коммуникаций, дальневосточных портов, объектов энергетики, вспомогательной инфраструктуры.
Основными потребителями эльгинской продукции станут страны АТР, в первую очередь Япония, Корея, Тайвань, Индия, в течение последних лет стабильно импортирующие уголь. С японскими и корейскими компаниями уже проведены переговоры, и подписан ряд соглашений и договоров.
Оценка потенциала возможностей сбыта Эльгин-ского угля, основанная на анализе будущего спроса на импортируемый энергетический уголь в пределах рынков стран АТР, показывает, что вполне возможно размещение на этих рынках до 12,0 млн т энергетического и до 8,0 млн т коксующегося угля в год.
Эльгинское каменноугольное месторождение открыто в 1961 г., находится на юге Якутии в Токин-ском угольном районе Южно-Якутского бассейна, обладает запасами более 3,75 млрд т коксующихся и энергетических углей, из которых более 50 % пригодны для открытой добычи. Общая площадь месторождения составляет 236 км2. Эльгинское месторождение по запасам высококачественного коксующегося угля, их качеству и горно-геологическим условиям эксплуатации относится к группе уникальных, при этом обладающим удобным доступом к портам побережья Тихого океана и далее к международным рынкам.
По степени разведанности и характеру углена-сыщенности Эльгинское месторождение разделено на два участка: предварительно разведанный северо-западный участок площадью 62 км2 и изученный на стадии общих поисков юго-восточный участок площадью 20 км2. Разведанные и утвержденные в ГКЗ запасы на северо-западном участке Эльгинского месторождения составляют 2,1 млрд т.
В геолого-структурном плане Эльгинское месторождение относится к Токинскому угленосному району и представляет собой пологую брахисин-клинальную складку, вытянутую с северо-запада на юго-восток. Промышленная угленосность в районе месторождения связана с отложениями ундытканской, нерюнгриканской, кабактинской и дурайской свит. Преобладающая часть углепрояв-лений относится к весьма тонким, тонким и средней мощности пластам. Часть пластов ундытканской и нерюнгриканской свит относится к группе мощных пластов (более 3,5 м). Отложения угля по бассейновой классификации двух марок: Ж и СС.
Отложения ундытканской свиты на северо-западном участке Эльгинского месторождения пользуются повсеместным развитием. В разрезе свиты выявлено 21 углепроявление, из которых 11 пластов характеризуются широким площадным развитием с мощностью 1,0 м и более. Десять пластов и угольных пачек относятся к группе средних по мощности (средние значения их мощности колеблются от 1,4 до 2,85 м) и три пласта — У20, У5, У4 — к группе мощных пластов (от 4,74 до 8,89 м).
крупнейшие страны-импортеры угля
в 2010 г., млн т
Импорт угля
Страна Всего энергетический коксующийся
уголь уголь
Япония 187 129 58
Китай 177 129 48
Южная Корея 119 91 28
Индия 90 60 30
Тайвань 63 58 5
Германия 46 38 8
Турция 27 20 7
Большинство пластов имеет сложное строение и включает от 1—2 до 10—12 породных прослоев. Породные прослои представлены углистыми алевролитами и углистыми аргиллитами, алевролитами, песчаниками мелкозернистыми, реже среднезернис-тыми. Кровля и почва угольных пластов сложены алевролитами, песчаниками мелко- и среднезернис-тыми, редко углистыми породами.
В разрезе нерюнгриканской свиты выявлено 16 углепроявлений, из которых 6 пластов характеризуются широким площадным развитием с мощностью более 0,7 м и представляют промышленный интерес. Эти пласты приурочены к верхней части разреза свиты. Строение пластов сложное. Угольные пласты Н16 и Н15 имеют выход на дневную поверхность по большей части периметра северозападного участка.
Пласты угля на Эльгинском месторождении имеют пологое залегание, а мощные угольные пласты Н15, Н16, У4 и У5 содержат около 75 % запасов всего месторождения.
Благоприятные условия залегания угольных пластов, значительная их мощность и высокая угле-насыщенность определили возможность разработки месторождения открытым способом до пласта Н15 включительно. Нижележащие пласты (Н Н Н2) пригодны для отработки подземным способом.
Углевмещающие породы характеризуются в основном средней прочностью, оцениваемой по усредненным значениям, сопротивлением сжатию 42—78 МПа и сопротивлением разрыву 5,3—9,1 МПа. Преобладающие значения величины сцепления пород составляют 13—22 МПа, угол внутреннего трения колеблется в пределах 32—360, и лишь конгломераты отличаются более низким углом внутреннего трения, составляющим в среднем 280. Угли низкой прочности, сопротивление их сжатию колеблется от 0,64 до 10,1 МПа при средних значениях в пределах 3,8—5,5. Породные прослои в углях менее прочны по сравнению с вмещающими породами и характеризуются сопротивлением сжатию в пределах от 10—20 до 48—55 МПа.
Анализ результатов физико-механических свойств углевмещающих пород позволяет выделить в разрезе месторождения следующие закономерности:
• отложения ундытканской свиты менее влажные, имеют большую объемную массу, обладают значительно большей прочностью, характеризуются более высокими показателями сцепле-
ния и угла внутреннего трения по сравнению с нижележащими отложениями нерюнгриканской свиты;
• среди всех разновидностей пород наименьшую прочность имеют конгломераты, затем туфопесчаники, алевролиты, песчаники крупнозернистые, песчаники среднезернистые, а наибольшей прочностью обладают песчаники мелкозернистые.
Угли Эльгинского месторождения отличаются низким содержанием серы (0,3 %) и фосфора (0,005 %), но в то же время высокая зольность (порядка 37—39 %) обусловливает необходимость внедрения новых технологий, позволяющих производить селекцию при добыче угля.
Согласно проведенному анализу, в большинстве предложений российских и зарубежных научных, проектных и консалтинговых организаций обеспечению необходимого уровня качества угля, снижению его зольности уделяется достаточно большое внимание. Во многих работах рассмотрено применение только цикличной технологии на базе буровзрывных работ, одноковшовых экскаваторов и автотранспорта в различных вариантах: нижнего уступа по бестранспортной технологии с использованием мощных драглайнов, вышележащих уступов — по транспортной схеме с использованием механических лопат в комплексе с большегрузными автосамосвалами, а также комбинированный открыто-подземный способ разработки, в том числе на открытых работах — по циклично-поточной технологии и транспортно-бес-транспортной схеме. Цикличная технология предусмотрена и при текущем проектировании разреза, ввод которого в эксплуатацию произведен в 2011 г.
Вместе с тем рядом организаций («Сибги-прошахт», ИГД СО РАН, ИГДС СО РАН) был рассмотрен вопрос применения при разработке месторождения техники непрерывного действия в первую очередь для организации селективной выемки угля и породных прослоев из пластов со сложной структурой.
Институтом горного дела Севера выполнена оценка условий разработки и возможности применения на данном месторождении технологии селективной выемки угольных пластов комбайнами типа КСМ-2000Р с учетом его усилий резания, физико-механических свойств угля и породных прослоев, приконтактных зон и междупластий [2].
В работе [5] рассмотрены три технологических варианта разработки месторождения, в том
числе с применением комбайнов КСМ-2000Р на добычных и частично вскрышных породах. Для всех вариантов рассчитано требуемое количество оборудования для объема добычи 30 млн т угля и 108 млн м3 вскрыши в год, исходя из К — 3,6 м3/т.
вск.
Первый вариант: цикличная технология с применением буровзрывных работ на вскрышных и добычных работах.
Второй вариант: на вскрышных работах та
же цикличная технология с соответствующим набором оборудования, а на добыче — комбайны КСМ-2000Р в комплексе с автосамосвалами — выше пласта У6 и конвейерами — ниже У
Третий вариант: для разработки вскрыши используются механические лопаты и частично (до 30 %) КСМ-2000Р с автотранспортом. На добычных работах, как и во втором варианте, используются комбайны КСМ-2000Р с автотранспортом и конвейерами.
Для рассмотренных вариантов произведены расчеты удельных показателей металлоемкости, энергоемкости и количества вредных выбросов в окружающую природную среду. Расчеты показали, что по сравнению с цикличной технологией при использовании комбайнов типа КСМ-2000Р на добычных работах (2-й и 3-й варианты) ниже удельные показатели металлоемкости и энергоемкости соответственно в 3 и 2,7 раза, пыли и взвешенных веществ — в 4 раза, исключаются выбросы вредных газов от буровзрывных работ. А при частичном применении КСМ на вскрышных работах (3-й вариант) удельная энергоемкость и металлоемкость уменьшатся еще на 10—20 %, выбросы пыли и газов сократятся в 1,1 и 1,5 раза соответственно.
Применение технологии селективной выемки угольных пластов также позволяет значительно улучшить качественные показатели добываемого сырья, снизить потери и разубоживание.
Анализ технических характеристик горно-добычного оборудования свидетельствует о том, что минимальная мощность отдельно вынимаемого им
Зависимость зольности угольных пластов (%) от мощности извлекаемых породных прослоев, м
слоя может быть равна 0,05 м, а при 0,2 м некоторые виды техники, в том числе комбайны КСМ, работают без снижения заявляемой производительности.
Для определения характера изменения зольности добываемого угля за счет повышения уровня селекции для основных пластов Эльгинского месторождения в работе [1] была рассчитана зольность твердого топлива при валовой и раздельной выемке угля и породных прослоев с вариантами от 100 % засорения (валовая) до 100 % селективной выемки выделенных геологами пропластков, когда все они мощностью 0,05 м и более извлекаются. Расчетами установлено, что зольность по пласту Н при валовом способе составит 36,4 %, при селективной выемке всех прослоев мощностью более 0,2 м — 33,9 %, а при добыче чистого угля — 29,9 %. Для остальных пластов значения зольности соответственно составят: Н16 — 25,6 %, 23,6 и 22,1 %; У4 — 31,6 %, 27,2 и 24,9 %; У5—26,6 %, 22,4 и 21 % (см. рисунок).
Таким образом, применение селективной разработки по сравнению с валовой позволяет снизить зольность угля в пластах: Н15 — на 2,5 % — с 36,4 до 33,9 %, Н16 — на 2,0 % — с 25,6 до 23,6 %, У4 — на 4,4 % — с 31,6 до 27,2 %, У5 — на 4,2 % — с 26,6 до 22,4 %, что улучшит качественные характеристики и стоимость товарной продукции (угля). Так, например, в договорах ОАО СУЭК (Сибирская угольная энергетическая компания) прямо прописан пункт, где говорится, что при снижении зольности на 1 % стоимость угля увеличивается на 1,3 %. Также подсчитано, что при снижении зольности кокса на
1 % расход его в доменной печи уменьшается на 1,5—2,5 % [3].
В целом применение безвзрывной селективной технологии с использованием комбайнов КСМ-2000Р для разработки Эльгинского месторождения по сравнению с цикличной технологией позволит уменьшить металлоемкость, энергоемкость затрат, сократить потери, повысить качество добываемого угля за счет селективной отработки и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду.
Список литературы
1. Гаврилов В. Л. Исследование качественных характеристик угля при валовой и селективной разработке сложноструктурных пластов Эльгинского месторождения / В. Л. Гаврилов, С. А. Ермаков, Д. В. Хосоев, Е. А. Хоютанов // Проблемы комплексного освоения георесурсов. Труды IV Всероссийс-
кой научной конференции с участием иностранных ученых, г. Хабаровск. 27—29.09.2011. В 2 т. Т. 1. С. 283—288.
2. Ермаков С. А. Изыскание новых технологических решений селективной отработки Эльгин-ского угольного месторождения / С. А. Ермаков, А. М. Бураков, Д. В. Хосоев // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. № 1. С. 323—328.
3. Ефремов Э. И. Оценка экономической эффективности освоения угольных ресурсов Якутии. Якутск: изд-во ЯНЦ СО РАН, 1993. С. 69.
4. Сайт U. S. Energy Information Administration. UPL: http://www. eia. gov.
5. Хосоев Д. В. Оценка технологий разработки Эльгинского угольного месторождения / Д. В. Хосоев, С. А. Ермаков // Уголь. 2009. № 11. С. 9-11.
6. BP Statistical review of world energy füll report 2011.
