Современный подход к освоению угольных месторождений Дальневосточного экономического региона Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622 А.И. Тонких

СОВРЕМЕННЫЙ ПОДХОД К ОСВОЕНИЮ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ЭКОНОМИЧЕСКОГО РЕГИОНА

Проведен анализ использования низкокалорийных, малоэффективных в качестве энергетического топлива углей для получения брикетного топлива, спирто-угольных суспензий, сушонки (эффективное топливо), сжижения с целью получения товарной нефти, нефтяных газов и др. полезных химических веществ, химической переработки в ЗПГ и метанол, угольной гидросмеси.

Ключевые слова: потребление угля, тепловые электростанции, себестоимость добываемого угля.

Неделя горняка

Сегодня отсутствует программа и прогнозные показатели потребления угля на внутреннем рынке теплоэнергетики, а также меры по защите конкурентоспособности российского угольного экспорта. Вместе с этим перед страной стоит проблема покрытия растущего энергодефицита. По инерционному сценарию развития экономики России к 2010 г. энергодифицит составит 10 % роста энергопотребления, а к 2015 г. - 24 %. Развитие атомной энергетики (15,7 % выработки электроэнергии в нашей стране) и гидроэнергетики (17,1 %) не в состоянии покрыть этот дефицит. Основной прирост энергообеспеченности остается за тепловыми электростанциями.

Однако компании, поставляющие уголь электростанциям «большой энергетики», конкурируют не только между собой, но и с другими энергоресурсами. В первую очередь, с такими как природный газ, вода в отношении гидроэлектростанций, и такими как ядерное топливо.

Дальнейший рост потребления угольного топлива на тепловых электростанциях России прежде всего, связан с решением проблемы соотношения цен на уголь и природный газ, который является главным препятствием на пути расширения

внутреннего рынка угля. В настоящее время на внутреннем рынке России соотношение цен уголь - газ в пересчете на условное топливо составляет 1:1, однако этого недостаточно, для того, чтобы заработали механизмы конкуренции между энергоресурсами. Ожидается, что к 2010 г. данное соотношение составит уже 1:1,4 -1,6, а к 2020 г. достигнет уровня 1:2, что подтолкнет энергетиков к более интенсивному использованию угольного топлива.

Сегодня основной проблемой расширения использования угля является его низкая цена на внутреннем рынке. Расширению внутреннего рынка угля препятствует его конкуренция с природным газом.

Правительство, когда принимало «Энергетическую стратегию России на период до 2020 года», четко декларировало: такая ситуация - ненормальна, долю газа в топливном балансе страны надо снижать, а долю угля - увеличивать. Однако получилось наоборот. В энергобалансе РАО «ЕЭС» доля угля в 2005 г. сократилась с 30 % (2000 г.) до 25,8 %, а доля газа возрасла - с 64 до 70,6 %. Газ стал основным энергоносителем на тепловых электростанциях и энергосисте-

мах, доля газа составляет: Северо-Запад России - 61 %; Центр России - 83,7 %; Средняя Волга - 93,5; Урал - 79 %. Для сравнения доля газа в структуре ТЭС: в США - 22 %, в Канаде - 20 %, Японии -7 %, Италии - 42 %. Во всех экономически развитых странах доля угля в выработке электроэнергии неуклонно растет. На практике доказано, что цены на тепло и электроэнергию стабильны в тех странах, где доля угля в выработке электроэнергии находится на уровне не менее 30-35 % [1].

На Дальнем Востоке все тепловые электростанции работают на угле и основная проблема, с которой приходится сталкиваться угольным предприятиям работающим на внутреннем рынке энергетических углей, заключается в снижении себестоимости добываемого угля и коренном изменении представлений об угольном топливе. Это связано, прежде всего, с переходом на новые экологически чистые и высокоэффективные технологии сжигания угольного топлива и продуктов его глубокой переработки.

Повсеместно применяемые в настоящее время технологии освоения месторождений ископаемых углей традиционно ориентированы на добычу угля открытым способом и их подземную разработку.

Открытыми горными работами в России добывается около 65% всего объема углей. Примерно такова же доля этого способа и в мировой практике. Несомненными достоинствами открытых горных работ являются:

возможность создания крупных добывающих предприятий с производительностью в несколько млн.т в год (США, штат Вайоминг, разрез Норс Анилопе-Рошель, 62 млн. т);

возможность применения высокопроизводительной современной техники и транспорта;

относительная безопасность горных работ;

относительно малая стоимость продукции.

Отрицательные стороны этого способа:

• зависимость от геологических условий залегания угольных пластов и их параметров. Открытые горные работы эффективны на пластах большой мощности и пологого залегания, т.е. в условиях, обеспечивающих небольшой коэффициент вскрыши;

• зависимость от погодных условий и атмосферных явлений в районе ведения работ. Фактор имеет немаловажное значение для территории России;

• сокращение площадей, пригодных для гражданского и промышленного строительства и сельскохозяйственных нужд;

• нарушение гидрогеологического режима на площади открытых горных работ и территориях прилегающих районов;

• трудности проветривания при значительных глубинах (свыше150 200 м) и больших объемах;

• появление экологических проблем, связанных с загрязнением биосферы планеты технологическими (от взрывных работ, от работающего транспорта) и выделяющимися газами и пылью;

• значительные расходы на восстановление экологической обстановки в районе после окончания работ по добыче угля.

Последние обстоятельства вынуждают основные промышленно развитые страны (США, Великобритания, Германия, Франция) приступить к сокращению добычи угля с помощью открытых работ и переходу на подземный способ угледобычи.

Подземный способ добычи угля, являвшийся основным до начала 2-й половины XX века, утратил свои позиции с

развитием высокопроизводительной техники открытых работ, особенно при добыче энергетических углей. Эти позиции усугубились в связи с прекращением деятельности малорентабельных подземных предприятий (особенно в России). В последние годы доля этого способа в России составляет около трети всего объема добываемых углей [2, 3].

К достоинствам подземного способа можно отнести:

• возможность разработки угольных пластов в самых различных условиях залегания и при любых параметрах этих пластов. Существующие технологии и техника позволяют вести добычу угля в любых условиях;

• добычу высококачественных коксующихся углей - сырья для металлургической отрасли промышленности, залегающих, как правило, в условиях, недоступных для открытых работ;

• ограниченное влияние на экологию в районах, прилегающих к местам разработки.

В последнее время распространяется опыт использования подзем-ных выработок, прекративших свою деятельность шахт, для различных, не связанных с добычей угля целей (создание различного типа хранилищ, помещений для размещения оборудования и установок, в т.ч. энергетических, транспортных коммуникаций и т. п.).

Сдерживающими факторами в развитии подземного способа добычи угля являются:

• большие капитальные затраты при создании подземных предприятий;

• высокие эксплуатационные

расходы, усугубляемые необходимостью ведения работ по креплению выработок, управлению кровлей и выполнению вспомогательных процессов (вентиляции и водоотлива);

• опасность горных работ, связанная с их проведением в подземных условиях. Высокая степень травматизма;

• необходимость постоянного проведения специальных мероприятий по борьбе с выделяющимся метаном и образующейся при производственных процессах угольной пылью.

Особую опасность для подземных горных предприятий представляет метан, в связи с его способностью создавать с воздухом горючие и взрывчатые смеси. В таких случаях присутствие угольной пыли во взвешенном состоянии (также способной воспламеняться и взрываться) только усугубляет метановую опасность.

Одним из направлений новой стратегии теплоэнерго-потребления, касающимся непосредственно добычи главного энергоносителя будущего - угля, является совершенствование традиционных и разработка новых способов добычи. Выполнение основных задач направления должно учитывать необходимость создания технологий добычи конкурентоспособного порядка по сравнению с технологиями добычи нефти и газа из остающихся месторождений. Разработка таких технологий должна учитывать ситуацию, складывающуюся в угольной отрасли в связи с понижением уровня горных работ на угледобывающих предприятиях в освоенных месторождениях углей. Результатами понижения уровня являются осложнения в виде повышения горного давления, его проявлений в новых, мало изученных формах; увеличения содержания газа и появления его нестандартных выделений (суфляры, внезапные выбросы); повышения температуры пород с вытекающими последствиями.

Развитие идей этого направления может осуществляться в нескольких аспектах.

Рис. 1. Камерная система разработки мощного пласта: 1 -

изолирующие перемычки отработанных блоков; 2 - вентиляторы местного проветривания; 3 -комбайн КП-25 (П-160); 4 -самоходная вагонетка 5ВС-15М (ЦЫ-А-Наи1ег)

В освоенных бассейнах и месторождениях и на участках новых месторождений, пригодных для ведения подземной добычи на базе традиционных способов совершенствование технологии должно идти за счет:

• разработки эффективных систем ведения горных работ (систем разработки). Приоритетом должны пользоваться системы разработки, нацеленные на применение высокопроизводительных выемочных и транспортных машин. Легких, простых и дешевых крепей призабойного пространства, эффективных способов управления горным давлением. В качестве примера можно привести технологию разработки угольного пласта большой мощности (рис. 1) камерной системой с использованием комбайнов КП-25 и П-160. Камеры отрабатываются прямым ходом комбайнов в блоке снизу вверх. После отработки камер обратным ходом начинается выемка запасов угля из целиков с коэффициентом извлечения К = 0,5. Число блоков в выемочном участке - 14.

Очистные камеры крепятся армопо-лимерными анкерами по «крестовой» схеме - восемь анкеров в ряду. Доставка угля в пределах выемочного блока производится самоходными вагонетками на пневмоколёсном ходу 5ВС-15М или аккумуляторными вагонетками ЦЫ-А-Наиіег. Крепь возводится комплектом оборудования «Кобра» КузНИИшахтост-роя. Расчетная нагрузка на блок 1620 т/сут или 486 тыс. т/год. Опыт применения аналогичной технологии на шахтах

Южной Африки и Австралии показал, что один комбайн обеспечивает годовую добычу более 600 тыс. т;

• разработки высокопроизводительных средств механизации основных и вспомогательных процессов в очистных забоях и на добычных участках;

• совершенствование организации работ в очистных забоях и на предприятиях в целом. Повышение концентрации работ в пространстве, основанное на сокращении количества очистных забоев с сохранением или увеличением нагрузки на забой. Сокращение объемов непроизводительных работ во вспомогательных процессах и операциях (концевые операции, работы по борьбе с пыле-образованием, работы по дегазации и т.п.). Концентрации работ во времени за счет совмещения вспомогательных процессов и операций с основными, сокращения числа рабочих смен в очистных забоях и предприятии в целом;

• оптимизации параметров реконструируемых и новых горных предприятий в соответствии с объемами запросов потребителей и возможностями месторождений. Строительство малых предприятий с небольшими капитальными затратами и эксплуатационными расходами, определяемыми небольшими объемами горных работ по проведению выработок, использованием простых и дешевых средств транспорта, простых систем вентиляции и водоотлива, полной авто-

матизацией всех производственных процессов. Кузбасским государственным техническим университетом для Кузнецкого ТЭКа разработаны несколько горных предприятий подземного типа. Предложены в качестве типовых малые шахты (шахта-модуль), средние (типовая шахта), крупные (шахта-гигант) и угледобывающий комплекс (система для угольного района). В параметрах предприятий заложены нагрузки на забой 15 ^ 20 тыс. т, производительность рабочих машин не менее 20 т/мин и технический ресурс крепи не менее 8 млн. т. Технологическая схема одного из вариантов "малой шахты" представлена на рис. 2;

• разработка технологий использования других видов георесурсов, находящихся в поле горного предприятия (попутные полезные ископаемые, шахтные газы), отходов горного производства (ценных вмещающих пород, шахтных вод). Использование подземных и поверхностных сооружений горных предприятий для других нужд.

В освоенных месторождениях и на участках новых месторождений, непригодных для ведения подземной добычи на базе традиционных способов в связи со сложными геологическими условиями, сложными формами пластов, трудностями технического или технологиче-

ского порядка, должны применяться нетрадиционные способы:

• подземная газификация углей (ПГУ);

• скважинно-гидравлическая добыча энергоресурсов (СГД), в т.ч. угля;

• комбинированные способы с извлечением основного компонента (угля), подземной газификацией трудно извлекаемых запасов и добычей других полезных составляющих (в первую очередь метана).

Практически любое месторождение полезных ископаемых, в том числе и угольное, может рассматриваться как локальная концентрация различного рода природных ресурсов. К ним относятся, прежде всего, основной компонент (руда, уголь и т.д.) и дополнительные георесурсы.

Эти ресурсы могут быть в виде рассеянных и редких элементов (в т.ч. металлы и их соединения), выделяющихся газов (метан, диоксид углерода). В связи с малыми объемами или невысокими концентрациями многие из этих ресурсов не могут разрабатываться самостоятельно, но их совместная с главным компонентом разработка может дать ощутимый экономический эффект для горного предприятия. Принято отработку месторождения с извлечением нескольких полезных компонентов считать комплексным освоением месторождения.

Особое место в ряду дополнительных георесурсов

Рис. 2. Схема работ в малой гидравлической шахте: 1 -

технологический комплекс на поверхности; 2 - обогатительный и отгрузочный комплекс: 3 - гидравлические выемочные машины:

4 - транспортирующие машины:

5 - технологический транспорт-

ный узел: 6- зумпф: 7- ГВУ шахты: 8 - вентиляционные

шурфы

Среднегодо-

вая

занимает метан, который может рассматриваться как фактор повышенной опасности горных работ с одной стороны и, как носитель энергоресурсов - с другой.

Использование угля как энергоносителя при производстве электроэнергии -основное направление его использования, но не единственное. Не следует забывать возможности его использования в качестве сырья для получения большого количества полезных и ценных продуктов, как из самих углей, так и из попутных компонентов и отходов.

При ведении работ традиционными способами крупными горными предприятиями при них, как правило, создаются разветвленные обслуживающие комплексы. Состав и назначение вспомогательных предприятий и цехов может быть самым различным. Это мастер-

1. Итоги работы угольной промышленности России за 2006 год //Уголь. -2007. - 3. - С. 23-29.

2. Малышев Ю.Н. Современные подходы к рентабельному освоению угольных месторождений //Уголь. - 2000. №3. - С. 43.

3. Малышев Ю.Н., Трубецкой К.Н., Айруни А. Т. Фундаментальные прикладные методы

ские, бытовые комбинаты, склады, транспортные системы, котельные и т.д. В связи с ликвидацией горных предприятий или сокращением производства вспомогательные помещения и оборудование остаются без применения. На их базе целесообразна и возможна организация переработки углей и (или) отходов горных и других предприятий [4].

Низкокалорийные, малоэффективные как энергетическое топливо угли могут быть использованы для получения брикетного топлива, получения спиртоугольных суспензий, используемых как топливо, получения сушонки (эффективное топливо), сжижения с целью получения товарной нефти, нефтяных газов и др. полезных химических веществ, химической переработки в ЗПГ и метанол, угольной гидросмеси (опыт КНР).

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

решения проблемы метана угольных пластов. -М.: Изд-во Академии горных наук, 2000. - 519 с.

4. Кондырев Б.И., Ивановский И.Г., Приеменко С.Б. Нетрадиционное освоение угольных месторождений: Учеб. Пособие. - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2003. - 209 с. ЕШ

г Коротко об авторе

Тонких А.И. - кандидат экономических наук, доцент кафедры «Экономики и производственного менеджмента», Дальневосточный государственный технический университет (ДВГТУ), институт экономики и управления, горный институт, [email protected]