Проблемы технического и технологического перевооружения угольных шахт Кузбасса на примере зао «Южкузбассуголь» Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© С.Р. Ногих, С.В. Ясюченя,

М.К. Дурнин, В.О. Торро , 2002

УДК 658.512:589

С.Р. Ногих, С.В. Ясюченя, М.К. Дурнин, В.О. Торро

ПРОБЛЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПЕРЕВООРУЖЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ КУЗБАССА НА ПРИМЕРЕ ЗАО «ЮЖКУЗБАССУГОЛЬ»

Развитие технологических приемов ведения очистных работ, ориентированных на лучшие мировые достижения, создание, с привлечением машиностроительных заводов оборонного комплекса, мощных крепей с высокой несущей способностью обеспечило возникновение угледобывающего предприятия нового типа - малозабойного интегрированного технологического комплекса с нагрузками на забой от 5 до 10 и выше тысяч т в сутки.

Интенсификация производства, применение новых технологических схем очистных и проходческих работ, максимальное использование основных фондов работающих и ликвидируемых шахт, при минимальном уровне инвестиций и благоприятной рыночной ситуации, а также сокращение добычи из пластов со сложными горно-геологическими условиями привело к росту добычи в 1999-2001 г.

Для достижения объемов добычи установленных Энергетической стратегией необходимо сохранить темпы роста угледобычи, обеспечить широкое внедрение перспективных технологий, продолжить создание надежной и высокопроизводительной техники для горных работ.

1. Анализ тенденции развития подземной технологии угледобычи в последние годы на примере ЗАО «Южкузбассуголь»:

Развитие горной науки и горного машиностроения во второй половине 20-го века обеспечило экстенсивный путь промышленной добычи угля. Создание множества технологических приемов и типов оборудования для подземной угледобычи к началу периода социальных и экономических преобразований в России, привело к качественному скачку в области под-

земной добычи угля произошедшему в последней пятилетке ушедшего века.

В Кузбассе по статистическим данным за 1994-2000 г. прослеживается рост добычи, как в целом, так и подземным способом. По статистическим материалам работы угольной отрасли за 1995-2001 гг. следует, что фактическое число очистных забоев к 2001 г. стабилизировалось на уровне 215 при росте среднесуточной нагрузки с 400 до 1198 т.

В компании «Южкузбассуголь» в этот период интенсивное проведение процесса реструктуризации, основанное на научно обоснованных методах многокритериальной мобильной интеграции малозабойных шахт в подземные технологические комплексы, как основного направления рентабельного функционирования шахт производственного объединения, с определением максимальной нагрузки на комплексно-механизированный очистной забой по предельной скорости крепления пород кровли механизированной крепью, скорости выемки угля комбайном, производительности забойного

конвейера и метаноопасности угольного пласта, применением комплексной методики прогнозирования параметров геотехнологической системы производственного объединения при строительстве новых, реконструкции и техническом перевооружении действующих объектов интегрированных подземных и наземных технологических комплексов с рациональным распределением ограниченных инвестиций производственного объединения, привело к следующим результатам (рис. 1).

Реализация идеи сокращения числа очистных забоев, с сохранением и постоянным увеличением нагрузки на забой привела, после первоначального снижения общего уровня добычи к стабилизации и последующему росту. По состоянию на 01.01.95 г. в состав компании входило 18 шахт, 2 ЦОФ с общей численностью ППП 42508 человек. Годовая добыча составила 16,6 млн т угля. На 01.01.2002 г. в состав компании входят 11 шахт (из них 2 строящиеся), 2 ЦОФ, и «Кузбас-спогрузтранс» связанные единым технологическим процессом. Численность ППП 15797 человек.

Годовая добыча за 2001 г. составила 16,4 млн т угля.

В ЗАО УК «Южкузбассуголь» количество забоев сократившись с 56 в 1993 г. до 37 в 1995 г. и до 17 в 1998 г., стабилизировалось на этом уровне в течение последних трех лет. При этом среднесуточная нагрузка на забой возросла с 1174 т в 1995 г. до 1815 т в 1999 г. и достигла 3005 тонн в 2001 г., средняя длина очистного забоя возросла со 121 м до 191 м соответственно.

Добыч:

16000000

Динамика роста добычи угля, среднесуточной нагрузки на забой и количества очистных забоев в 1995-2001 годах по ЗАО УК "Южкузбассуголь"

т

Среднесуточная нагрузка на забой,т

Количество КМЗ

1995 —Добыча, т

1996 1997

— Среднесуточная нагрузка на забой, т

2000 10 мес. 2001

Среднедействующее количество КМЗ, шт

2000000

0000000

15

1998 1999

•Количество КМЗ. шт.

Одновременно количество применяемых типов горношахтного оборудования сократилось по механизированным комплексам и крепям с 17 до 9, по очистным комбайнам с 13 до 6. Количество оборудования имеющегося в наличии, находящегося в работе, и изменение коэффициента использования представлено на рис. 2-3.

Из анализа представленных графиков следует, что коэффициент использования парка за последние пять лет имеет тенденцию к росту. Для поддержания работоспособности единицы оборудования находящегося в забое мы должны иметь дополнительно 0,7-1 единицу для обеспечения замены и ремонта. Имеется существенный резерв снижения затрат на

хранение и ремонт оборудования реализация которого обусловлена повышением качества оборудования и увеличением наработки до капитального ремонта. Рост Ки проходческих комбайнов обусловлен внедрением систем малоагрегатной многоштрековой подготовки выемочных участков по последовательно-параллельной, параллельно-последовательной и параллельной схемам, обеспечивших увеличение коэффициента готовности подготовительных забоев с 0.18 до 0.60, скорости подвигания забоев от 170 до 360 м в месяц при сокращении затрат на проведение выработок участка на 12.9%.

На рис. 4-5 показаны достигнутые нагрузки на отдельные типы отечест-

венного и импортного оборудования находящегося в эксплуатации на 01 июля 2001 г.

В основном применяется отечественное оборудование. Нагрузка на механизированные комплексы нового поколения изготовленные в 1999— 2001 г. - 2КМ144, Фазос 19/37, 2КМ142, МКЮ 1,8/3,0 выше чем на аналогичные выпускаемые ранее. Существенным фактором обеспечившим рост нагрузки на современное оборудование, явилось внедрение технологических схем очистных забоев адаптированных к горногеологическим условиям и геометрическим параметрам выемочных полей и участков шахт Компании.

На шахте «Есаульская» организована работа по эталонному паспорту выемочного участка. В лаве длиной 300 метров применена отечественная крепь типа 2М-138, забойный конвейер «Анжера» - 30, с импортными цепями и польский комбайн KGS-345, достигнута средняя нагрузка 5084 т в сутки и добыча 1489596 т на бригаду, а в целом по шахте за 11 мес 2001 г. добыто двумя очистными бригадами 3001200 т. Длина очистного забоя на шахте увеличилась с 126 до 267 м.

Анализ деятельности компании и шахт по показателю: отношению рубля продукции к рублю затрат (рис. 6) подчеркивает не только благоприятную рыночную ситуацию, сложившуюся в 1999 г.,

когда рост цен на уголь обеспечил возможность рентабельной работы угольных предприятий, осуществивших к этому времени переход на интенсивные технологические схемы угледобычи,

График изменения количества оборудования, по годаї

Рис. 2

График изменения коэффициента использования оборудования, по годам

КП I КМ | КО | КП I 1996

коэф фициент использования КМ коэф фициент использования КП -усредненное значение коэффициента I

КО

1997

КО

КО

1998 | 1999 |

коэ ффициент использования КО

— - усредненное значение коэффициента КМ

— - усредненное значение коэффициента КО

0.4

0.3

КМ

КП

6000 -|

Среднесуточная нагрузка на комбайн в 2000 г.

і

і

KSV-460 KGS-345 1КШЭ К-500

□ Минимальная □ Средняя □ Максимальная

Рис. 4

Фазос Фазос 20КП-70 4КМ-130 2КМ-138 2КМ-144 МК-85Б 3КМ-138 Фазос

1 7 /3 7 1 2 /2 8 1 9 /3 7

□ Импортные ^Отечественные

Среднесуточная нагрузка на комплекс в компании "Кузнецкуголь" в 2000 г.

тип комплекса

Рис. 5

Соотношение затрат на 1 руб товарной продукции

1,56

10мес2001

Рис. 6

1000

т/сут

5000

4500

4000

3500

3000

2500

2000

1 500

1 000

500

2КМ-14 2 М КЮ -1 ,8/3 ,0

1.6

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

0,9

0,8

0,7

0,6

1995

1996

1997

1999

Угольная компания затраты на 1 руб. товарной продукции ш.Есаульская затраты на 1 руб. товарной п родукции

ш.Аоашевская затраты на 1 руб. товарной продукции ш.Томская затраты на 1 руб. товарной продукции

но и практические результаты внедрения научно обоснованной комплексной методики прогнозирования параметров геотехнологической системы производственного объединения при строительстве новых, реконструкции и техническом перевооружении действующих объектов интегрированных подземных и наземных технологических комплексов с рациональным распределением ограниченных инвестиций производственного объединения.

Из практического опыта организации горных работ по методу многокритериальной мобильной интеграции малозабойных шахт в подземные технологические комплексы, как основного направления рентабельного функционирования шахт производственного объединения при ограниченных инвестициях выявлены следующие его достоинства и недостатки:

• достоинства технологических схем малозабойных шахт:

- высокая интенсивность производства;

- увеличение нагрузок на забой;

- снижение удельных затрат на рубль товарной продукции;

- повышение коэффициента использования оборудования;

- мобильность, приспособляемость к внешним условиям рынка;

- сокращение числа звеньев технологической схемы шахты, увеличение ее надежности и снижения уровня травматизма ;

- снижение объема проводимых и поддерживаемых выработок;

- высокая окупаемость затрат на первоначальном этапе отработки;

• недостатки технологических схем малозабойных шахт:

- необходимость наличия определенных горно-геологичес-ких условий для подготовки фронта работ, в Кузбассе 78% высококачественных углей залегает в пластах со сложными горно-геологическими условиями;

- интенсивное вложение ресурсов на этапе подготовки производства;

- увеличение объема дегазационных работ;

- усложнение схемы проветривания выемочного участка;

- возрастание вероятности проявления газодинамических явлений с ростом глубины горных работ и

скорости продвижения очистного забоя, дополнительные затраты на предупреждение этих явлений;

- проблематичность дальнейшего роста - увеличение размеров очистного столба, энергоемкости и металлоемкости оборудования имеет естественный предел;

- неполнота извлечения запасов угля в пределах горного отвода или месторождения (извлекаются около 60%, 40% необходимо извлекать иными технологическими приемами);

- проблемы при нисходящем порядке отработки запасов очистного блока (выемочной панели) на самовозгорающихся пластах;

- избирательность области применения данной технологии в условиях действующих шахт, связанная с перекройкой шахтного поля и изменением коммуникационных звеньев технологической схемы шахты.

2. Направления развития технологии подземной угледобычи в ближайшие 10-15 лет

2.1. Основные направления

Результаты исследований способов и схем вскрытия шахтных полей и угольного месторождения в целом, технических и технологических решений развития, интеграции и тиражирования прогрессивных элементов геотехнологии и технических средств на шахтах, технологических процессов, интенсивных малозабойных технологий угледобычи, технологических схем шахт, а также систем вентиляции, дегазации, комплексного использования недр позволяют на основе представленных ниже перспективных направлений, сформировать технологическую систему способную с высокой эффективностью функционировать в условиях взаимосвязанных технологических подземных и наземных угледобывающих комплексов с учетом изменяющихся горногеологических, горнотехнических и рыночных условий.

Первым перспективным направлением повышения эффективности предприятий угольной промышленности на современном этапе ее реструктуризации, предлагается разработка и реализация интегрированных подземных технологических комплексов (ИПТК) отдельных шахт.

Сущность ИПТК состоит в мобильной интеграции по общим гео-

технологическим признакам, интенсивных малозабойных технологических схем подземной угледобычи отдельных или соседних шахт в развивающуюся технологическую систему группы шахт, отрабатывающих одно или несколько угольных месторождений-аналогов в структуре производственного объединения. Обеспечивающей специализацию и унификацию по вскрытию, подготовке, системам разработки, схемам проветривания, дегазации, утилизации метана, водоотлива, транспорта, переработки горной массы и реализации продукции.

Предлагается система интеграции новой организационно-

технологической структуры: шахтные блоки, интенсивные малозабойные шахты, ИПТК, угледобывающая Компания.

Другим перспективным направлением является отработка расположенных близко к поверхности пластов открыто-подземными способами. Разрез отрабатывает пласт до экономически выгодного (6-8) коэффициента вскрыши. Далее продуктивный пласт отрабатывается подземным способом модульными шахто-участками до глубины, исключающей опасное влияние горно-

геологического фактора, с максимальными нагрузками и минимальным объемом подготовительных работ, обеспечивающими экономически эффективную, безубыточную добычу.

Такие участки также могут отрабатываться после проведения очистных работ открытым способом, либо в сочетании открытых и подземных работ. Горные отводы в данном случае выбираются таким образом, что позволяют иметь несколько добычных участков, которые по мере отработки одного поля перебазируются на подготовленное следующее, экономя при этом средства на приобретение дополнительного оборудования.

В настоящее время в Кузбассе имеется около 400 млн т запасов качественных углей вскрытых разрезами, добыча которых этим способом рентабельна.

Третье направление. Для комплексной отработки месторождений, снижения потерь запасов, оперативного реагирования на меняющееся условия рыночной экономики необходимо развивать предприятия, работающие по малозатратным технологиям. Такими технологиями отраба-

тываются низкотехнологичные запасы локальных, до 3 млн т запасов, горных отводов со сложными горногеологическими условиями, на долю которых приходится до 40% запасов, сосредоточенных на выемочных участках с ограниченными размерами (400-600 м), имеющих сложную конфигурацию, расположенных вблизи геологических нарушений или между ними. Это короткозабойная технология, новые технологии гидродобычи, отработка маломощных и средней мощности пластов с борта разреза с применением агрегатов безлюдной выемки РТП, (разработчик тонких пластов).

Четвертым направлением

должно стать применение нетрадиционных технологий получения энергии из твердого углеводородного раствора, каким является угольный пласт.

Существующие механизированные комплексы для подземной добычи угля, в настоящее время достигли такого качественного уровня, что дальнейшее их развитие по пути увеличения размеров очистных выработок, длины вынимаемых столбов угля, габаритов, энергоемкости и металлоемкости конструкций становится весьма проблематичным и не приведет к качественно новым решениям, позволяющим резко увеличить объемы добычи.

Необходимо не только использовать энергию угля и попутного газа традиционными методами, но и создавать иные способы и методы воздействия на угольное вещество. Для этого нужно искать новые пути, новые технологические приемы, основанные на более полном, достоверном знании о процессах протекающих в горном массиве, для управления ими, создания технологий нового поколения.

2.2. Технологическая система

Сочетание этих направлений в единой технологической системе при разработке новых месторождений брахисинклинального типа с запасами угля более 100 млн т угля позволит создать комплексное угледобывающее предприятие ведущее поэтапное освоение месторождения. На первом этапе разработка пластов ведется открытым способом при коэффициенте вскрыши менее 8, потом подземным из открытых горных выработок до глубины разработки 250-300 м и на

завершающем этапе - подземным, применяя малозабойные, короткозабойные, малозатратные традиционные и нетрадиционные технологии с проведением вскрывающих выработок в нижнюю часть брахисинкли-нальной складки. Финансирование развития каждого последующего этапа осуществляется за счет деятельности предыдущего. Конечным, завершающим этапом будет продажа рекультивированного горного отвода.

При этом применение комплекса прогрессивных технологий угледобычи сосредоточенных на одном месторождении в единую систему позволит эффективно использовать их преимущества и исключить имеющиеся недостатки.

Угледобывающие предприятия, ориентированные на комплексное использование месторождения, обеспечивающее отработку в единой технологической связи высокотехнологич-

ных, технологичных и низкотехнологичных запасов, как угля, так и попутного газа позволяют при изменении требований рынка, гибко применять технологические приемы, сохраняя рабочие места и кадры опытных специалистов угольщиков, обеспечивают не только экономически, но и экологически эффективную отработку угольных месторождений.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Ногих С.Р. — кандидат технических наук, технический директор ЗАО УК «Южкузбассуголь». Ясюченя С.В. — горный инженер. ЗАО УК «Южкузбассуголь».

Дурнин М.К. — горный инженер. ЗАО УК «Южкузбассуголь».

Торро В.О. — горный инженер. ЗАО УК «Южкузбассуголь».