Перспективы развития добычи и использования антрацитов Восточного Донбасса Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

- © Б.Д. Тсрснтьсв, С.Е. Мухин,

2013

УДК 622

Б.Д. Терентьев, С.Е. Мухин

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ДОБЫЧИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АНТРАЦИТОВ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА

Рассмотрены перспективы развития добычи и использования антрацитов Восточного Донбасса. Проанализированы основные направления использования углей Восточного Донбасса. На основе проведённого исследования автором обоснована необходимость поиска и создания прорывных технологических решений по добыче и переработке антрацитовых углей. Проанализированы характеристики антрацитов для основных пластов Восточного Донбасса. Ключевые слова: антрациты, Восточный Донбасс, шахтный фонд.

Угольная сырьевая база Восточного Донбасса, расположенного на территории Ростовской области, по состоянию на 1 января 2010 г., оценивается в 28,2 млрд т. В том числе балансовые запасы: категории А+В+С1 - 6,6 млрд т, категории С2 - 3,1 млрд т; забалансовые запасы составляют 3,8 млрд т; прогнозные ресурсы категории Р1 - 2,1 млрд т; категории Р2 - 8,0 млрд т; категории Р3 - 4,6 млрд т.

Балансовые запасы подсчитаны до глубины 1500 м, что в среднем соответствует абсолютной отметке - 1300 м. Исключение составляет участок Южно-Каменский № 2, запасы которого подсчитаны до отметки -2300 м. Прогнозные ресурсы углей, составляющие 52 % ресурсного потенциала, оценены до глубины 1800 м.

В недрах Восточного Донбасса содержатся запасы углей всех видов: бурые - 0,4 % от общего количества балансовых запасов тонн А+В+С1; каменные - 13,2 % (в том числе коксующиеся - 3,8 %) и антрациты -86,4 %.

На территории округа распространены антрациты, на долю кото-

рых приходится 86,3 % всех запасов угля в Российской Федерации. По качественным характеристикам эти антрациты являются уникальными и относятся к категории суперантрацитов. Запасы коксующего угля составляют 28,6 % запасов каменного угля. Суммарная производственная мощность действующих угольных шахт составляет 8,1 млн т в год.

Вместе с тем антрациты Ростовской области практически не содержат метана и других вредных газов, что является их уникальным свойством. В процессе обогащения угля может выпускаться конкурентоспособная на мировом рынке продукция с высокой долей добавленной стоимости - карбид кремния, высокотехнологичные фильтры (активированный уголь, углеродистые молекулярные сита), карбид кальция, углеродистые добавки для производства стали из чёрного лома, термоантрациты, фильтры очистки воды (гидроантрациты) и др.

В соответствии с исследованиями проведёнными в ОАО «Гуковуголь» для условий антрацитовых углей Восточного Донбасса были определены

Таблица 1

Характеристики термографита на основе антрацитов Восточного Донбасса

Показатель Исходный антрацит пласта ТАСМЗ*)

Нц1 К51Н 12 13

Плотность действительная г/см3 1,88 1,85 1,88 1,89 1,83

Зольность Ай, % 5,25 5,83 6,53 7,85 5,89

Выход летучих веществ,Уйа',% 1,19 1,20 1,46 1,09 1,79

Удельное электросопротивление, 10 Ом 0,74 0,74 0,75 0,78 1,00

Коэффициент прочности частиц 24,4 25,6 23,1 27,3 32,1

*) - Рядовой термоантрацит Сулинского металлургического завода

направления использования антрацитов в продуктах технологического назначения. Как примеры приводятся результаты проведённых исследований по получению этих продуктов.

В качестве направлений использования глубокообогащенных природных углей, по результатам исследований определены:

получение термоантрацитов, позволяет улучшить их качественные характеристики. Показатели полученных термоантрацитов представлены в табл. 1.

Из таблицы можно видеть, как улучшились показатели термоантрацитов, полученных из углей Восточного Донбасса, по сравнению с рядовыми. Это позволяет получить продукт высокого качества с более высокими потребительскими свойствами.

По оценкам углесбытовых компаний потребность России в термоантраците и технологическом антраците к концу XX столетия составляла суммарно порядка 105 тыс. т в год, которая с увеличением доли наукоёмких и технологически высокоразвитых производств будет только возрастать.

Другим направлением повышения востребованности и улучшения качества антрацитов является получение на их основе термографитов. Термографит используется в основном для изготовления графитовых препаратов для твёрдых и жидких смазок, элек-

трощеток типа ВТ-3, 6110М и других высокоуглеродистых материалов. Подвергнутые той или иной степени графитации термоантрациты и антрациты применяют в качестве наполнителей при производстве разнообразной электродной продукции и футе-ровочных изделий.

Кроме того, глубогообогащенный антрацит может быть использован для:

- получения карбида кремния, который широко применяется при абразивном производстве и производстве огнеупоров;

- получения фильтрантов для очистки воды, которые находят всё более широкое применение в энергетике при мембранных технологиях приготовления воды. Известно, что технические требования к чистоте исходной воды по взвешенным веществам для установок мембранного типа значительно выше, чем для ионитовых схем водоприготовления.;

- изготовления модифицирующих добавок в строительных материалах: цементе, керамзите, фундаментных блоках, улучшения модифицирующих свойств материалов, могут найти применение золошлаковые отходы сжигания антрацита. Этому способствуют низкое содержание горючих компонентов в золе и склонность ее к вспучиванию. Имеется реальная возможность использования отходов

Таблица 2

Углеродистые материалы на основе термоантрацита и условия их эксплуатации

Материалы Потребительские свойства

Катодные блоки для производства алюминия Стойкость к №+, криолитно-глиноземному расплаву, прочность, удельное электросопротивление

Электродная масса для производства ферросплавов, карбида кальция, фосфора Спекаемость, удельное электросопротивление, прочность, теплопроводность, стойкость к расплавам и окислению

Угольные электроды для производства стали, алюминия ферросплавов Удельное электросопротивление, прочность, теплопроводность, стойкость к расплавам и окислению

Термографиты для твёрдых и жидких смазок Фрикционные свойства

Доменные блоки для производства чугуна Стойкость к расплавам, окислению, прочность, зольность, содержание серы

Футеровочные материалы для производства кислот и удобрений Кислотоустойчивость, абразивоустойчи-вость, прочность

- угледобычи для производства строительных материалов и дорожных покрытий, сократив массу отвальных пород, складируемых на специальных полигонах;

- получения сорбентов, так как обладают высокой природной степенью карбонизации и небольшим выходом летучих веществ при повышенной упорядоченности углеродной компоненты молекулярной структуры, что весьма благоприятно сказывается на показателях пористого пространства при активации. Более того, процесс активации при использовании антрацитов может быть направлен на преимущественное создание пор определённых размеров, т.е. для формирования сорбентов с повышенной селективностью к тем или иным химическим соединениям

- получения электродов, футе-ровочных изделий.

Роль антрацитового сырья при получении углеграфитовых изделий в последние годы возрастает в связи с острым дефицитом нефтяных коксов (рядового качества и особенно игольчатых), а также заметным дефицитом металлургического кокса. Направле-

ния использования и характеристика материалов на основе термоантрацитов представлены в табл. 2.

Для изготовления литейных форм перспективны углеграфитовые материалы на основе антрацита, а для повышения качественных характеристик отливок - покрывающие внутреннюю поверхность форм угольные порошки, взаимодействие которых с расплавом металла способствует образованию защитных углеродных плёнок.

Производства на основе карбидов электрокорунда применяются в основном антрациты месторождений Восточного Донбасса, имеющие зольность < 7 %, содержащие < 2 % серы, < 6 % влаги и, что особенно важно, не более 0,4 % оксида кальция, а также получения интеркаляционных соединений и кластерного углерода, находящих применение в электронике за их способность изменять в несколько десятков раз электропроводность при внедрении в графитопо-добные материалы кремния или фтористого мышьяка.

Необходимо подчеркнуть также, что отвалы ГРЭС, сжигающих антрациты Восточного Донбасса, являются

типичными техногенными месторождениями скандия, селена, рения, гафния, стронция и других технологически ценных элементов.

Как следует из краткого обзора направлений использования антрацитов в различных отраслях промышленности - сохранение потенциала добычи углей Восточного Донбасса является насущной необходимостью для обеспечения высокотехнологических производств дефицитным сырьём.

В связи с этим следует проанализировать современное состояние и перспективы развития угольной промышленности Ростовской области.

В результате мирового финансового кризиса 2008 года в 2012 году в Ростовской области из 13 действующих шахт три шахты законсервированы на неопределённый период, а одна переведена в стадию ликвидации.

Из 9 действующих шахт Ростовской области только 3 шахты ведут добычу угля на глубинах до 500 метров, глубина ведения горных работ на остальных шахтах достигает 1000 и более метров. Только два угледобывающих предприятия области имеют технико-экономические показатели работы, близкие к среднеотраслевым. Показатели остальных значительно ниже средних по промышленности.

Действующий шахтный фонд характеризуется следующими показателями (табл. 3) [1].

В 2011 году угольными компаниями области добыто 5280 тыс. т угля -100 % антрациты. Большая часть товарного угля (штыбы, рядовой уголь) поставлена на электростанции области, в том числе: на Новочеркасскую государственную районную электростанцию - 2613 тыс. т, на Экспериментальную тепловую электростанцию - 155 тыс. т. Около 700 тыс. т

штыбов угольными компаниями направлено на экспорт.

На внутреннем рынке в 2011 году было реализовано около 1000 тыс. т сортовых углей, около 270 тыс. т поставлено на экспорт. В то же время в Ростовскую область в 2011 году поступило более 70 тыс. т сортовых углей из соседней Украины, которые имели конкурентное преимущество по цене, так как угольная отрасль Украины имеет поддержку государства.

Как особый класс ископаемых углей — антрацит привлёк внимание фирм ведущих государств мира независимо от транспортной составляющей, потому что возможно получение многообразной востребованной продукции из высококачественного угля.

Ресурсы антрацитов на разведанных участках различных месторождений РФ полностью обеспечивают потребности электродной промышленности государства на многие десятилетия. Восстановленные витринито-вые антрациты Восточного Донбасса должны рассматриваться также как важный продукт экспорта технологического сырья в зарубежные страны. Стоимость такого сырья на мировых угольных рынках существенно превышает стоимость антрацитов, предназначаемых для энергетики.

Проблема рационального комплексного использования антрацитов, а также углей различных марок может быть решена при выполнении первоочередных задач:

- создание альтернативной сырьевой базы производства углеводородного сырья, химических продуктов, технического углерода, редких и ценных элементов;

- создание принципиально новых технологий не топливного использования твёрдых горючих ископаемых с получением продукции ме-

Таблица 3

Структура запасов угля действующих шахт Ростовской области

№ п./п. Наименование предприятия Промышленные запасы (тыс. тонн), в том числе: Производственная мощность шахты (тыс. тонн/год) Обеспеченность вскрытыми запасами (лет)

в том числе: вскрытые

в том числе: подготовленные

в том числе: готовые

1. Шахта «Алмазная» 2876 2490 1747 998 1200 2,1

2. Шахта «Ростовская» 27221 2129 740 740 450 4,7

3. Шахта «Дальняя» 15649 9835 318 46 650 15,1

4. Шахта «Замча-ловская» 10364 1078 913 490 350 3,1

5. Шахта «Обу-ховская» 93954 4161 2 435 1688 1500 2,8

7. Шахта «Сад-кинская» 29613 4872 2 062 1307 2100 10,8

8. Шахта «Восточная» 27005 - - - 700 -

9. Шахта «Шер- ловская- Наклонная» 7848 4729 830 830 650 7,3

10. Шахта «Антрацит» 49000 6326 929 45 1050 3,0

11. Шахта «Гуков-ская»* 45326 4000 114 114 900 4,4

12. Шахта № 410* 10282 225 9 9 90

13. Шахта № 37* 14100 1078 913 490 400 3,0

14. Всего 333238 40923 11010 6757

* Шахты, находящиеся в режиме консервации

дицинского и технологического назначения;

- разработка и внедрение в промышленном масштабе технологий глубокого обогащения угля, переработки органоминеральных отходов добычи и обогащения;

- разработка прогнозов и обоснование перспектив развития угледобывающих регионов на базе комплексного, рационального использования добываемого топлива экономи-

чески выгодных для любой формы собственности.

Основой развития угольной промышленности Восточного Донбасса является оценка перспектив спроса на уголь, исходя из прогнозируемой конъюнктуры внутреннего и внешнего рынков с учётом цены и качества продукции.

Конкурентные преимущества

угольных компаний Ростовской области заключаются в наличии:

- значительных запасов угля с высокими потребительскими свойствами - антрацитов;

- большого производственного опыта добычи угля в сложных условиях Восточного Донбасса;

- выгодного географического положения с возможностью выхода на мировой рынок;

- возможности конкурировать в южных и центральных областях России с углями из других бассейнов с высокой транспортной составляющей в конечной цене продукции.

Стратегическими целями и задачами развития угольной промышленности в Ростовской области являются:

- надёжное и эффективное удовлетворение спроса на высококачественное топливо и продукты его переработки внутри Ростовской области и за ее пределами;

- обеспечение конкурентоспособности угольной продукции в условиях насыщенности топливного рынка альтернативными энергоресурсами;

- модернизация угольных предприятий с целью повышения эффективности производства, повышения уровня безопасности функционирования угледобывающих предприятий, снижение их вредного воздействия на окружающую среду;

- обеспечение занятости населения шахтёрских территорий Ростовской области за счёт строительства на перспективных участках новых мощностей по добыче, переработке угля и сопутствующих предприятий и увеличения налогооблагаемой базы шахтёрских территорий Ростовской области;

- повышение престижа шахтёрского труда, в частности, за счёт повышения уровня заработной платы, безопасности труда и предоставле-

ния социальных гарантий, а также восстановление и совершенствование системы профессиональной подготовки кадров для угольной промышленности.

Основными направлениями научно-технической и инновационной политики в угольной отрасли будут:

- коренное техническое перевооружение угледобывающего производства, включая оснащение предприятий высокопроизводительной горнотранспортной техникой непрерывного и циклического действия, в том числе для селективной отработки угольных пластов;

- внедрение циклично-поточной и поточной технологии, обеспечение развития технологии подземной угледобычи с преимущественным использованием в длинных очистных забоях механизированных комплексов нового технического уровня, а также короткозабойной техники с применением комбайнов непрерывного действия и самоходных средств транспортировки угля;

- разработка и введение системы мер по повышению качества угольной продукции [2].

Из анализа состояния, основных проблем и перспектив развития угольной промышленности Восточного Донбасса следует, что преодоление препятствий и рисков на пути ее эффективного и устойчивого долгосрочного развития может быть обеспечено на основе государственно-частного партнёрства. Реализация принципов государственно-частного партнёрства требует согласования долгосрочных интересов государства и инвесторов, объединения их усилий и разделения ответственности и рисков. Основные интересы государства связаны с реализацией зафиксированных в Энергетической стратегии России на

период до 2030 года положений государственной энергетической политики в рамках перехода к инновационному социально ориентированному типу экономического развития.

Перспектива угольной отрасли Ростовской области заключается в масштабной реконструкции действующих предприятий и строительстве предприятий нового технологического уровня.

К действующим предприятиям, которые целесообразно реконструировать с увеличением объёмов продукции и повышением технико-экономических показателей можно отнести шахты "Алмазная", "Ростовская", "Дальняя", "Гуковская", "Зам-чаловская", как обладающие значительными вскрытыми и подготовленными запасами. К перспективным шахтам относятся шахты: "Обухов-ская ", " Шерловская-Наклонная ", "шахта им. Б.Ф. Братченко", "Обу-ховская №1" и " Обуховская №410".

Осуществление этих задач позволит увеличить добычу угля в Ростов-

1. Концепция развития угольной промышленности Ростовской области на период до 2030 года.

2. Артемьев В.Б. Технологические и организационные механизмы эффективно-

ской области в рамках Долгосрочной программы до 13 млн. т угля в год.

Выводы

Учитывая резкий рост цен на обогащённый уголь и, особенно, на продукцию глубокой переработки угля необходимо совершенствовать методы обогащения угольной массы, позволяющие увеличить качество угля и повысить его экспортный потенциал.

Обоснована необходимость поиска и создания прорывных технологических решений по добыче и переработке антрацитовых углей в целях получения разнообразных угольных продуктов нового качества.

Результаты общего анализа характеристик антрацитов для основных пластов Восточного Донбасса показали широкие возможности получения углеродных продуктов высокой чистоты и качества с новыми свойствами, пользующихся повышенным спросом в стране и на мировом рынке.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

го функционирования угольной компании при комплексном освоении месторождений: диссертация ... доктора технических наук: 25.00.22, 05.02.22. — Москва 2004. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Терентьев Борис Дмитриевич - профессор, доктор технических наук, Мухин Сергей Евгеньевич - аспирант,

Московский государственный горный университет, [email protected] Moscow State Mining University, Russia.