CC BY
70
------------------------------------------ © В.М. Бучатский, А.И. Вовк,
В.С. Иванов, 2011
УДК 622.013.004.68
В.М. Бучатский, А.И. Вовк, В.С. Иванов
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРОЕКТА ГРУППОВОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ ШАХТ ВОРКУТСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Разработан проект, позволяющий сохранить компании «Воркутауголь» конкурентоспособность в долгосрочной перспективе, инвестировать в строительство новых добывающих мощностей на перспективных месторождениях региона.
Ключевые слова: угольная шахта, горная масса, конвейер, ленточное полотно.
Сегодня угледобывающие мощности Воркуты представлены пятью угольными шахтами и одним разрезом. Четыре шахты, отрабатывающие запасы Воркутского месторождения, и разрез, разрабатывающий Юньягинское месторождение, добывают коксующийся уголь соответственно марок 2Ж и К. Шахта «Воргашорская» разрабатывает запасы Воргашорского месторождения угля марки ГЖО.
Обогатительные мощности Воркуты - это ЦОФ «Печорская» и две обогатительные фабрики шахт «Ворку-тинская» и «Северная». Причем этих мощностей недостаточно для обогащения всей добытой в Воркуте горной массы. Сегодня угольная продукция Воркуты - 5 млн т коксующегося концентрата в год, около 1,5 млн т отсевов марки 2Ж и свыше полутора миллионов тонн рядового ГЖО. Т.е., три млн т - это высокозольные продукты. Налицо отсутствие баланса добывающих и обогатительных мощностей. «Воркутауголь» теряет не только на цене этих продуктов, но и на транспортировке в них пустой породы до потребителя.
На решение данной проблемы нацелен проект развития обогатительных мощностей ОАО «Воркутауголь», пре-
дусматривающий реконструкцию существующей ЦОФ и строительство второго модуля. Эти мероприятия увеличат мощность фабрики до 13,5 млн т в год, что позволит обогащать в Воркуте всю добытую горную массу.
Наряду с развитием обогатительных мощностей «Воркутауголь» реализует проект, который позволит сохранить компании конкурентоспособность в долгосрочной перспективе, инвестировать в строительство новых добывающих мощностей на перспективных месторождениях региона. Речь идет о проекте групповой реконструкции шахт Воркутского месторождения.
Прежде, чем говорить о сути и основных решениях проекта, опишу текущую ситуацию на Воркутском месторождении, обозначу проблемы, решаемые проектом.
Текущая ситуация
Первая и, пожалуй, главная проблема
- избыточная наземная и подземная инфраструктура шахт.
Четыре шахты Воркутского месторождения, участвующие в проекте групповой реконструкции, разрабатывают свиту из четырех пластов, залегающих в виде синклинали - Воркут-ской мульды (рис. 1), освоение которой
Рис. 1. Трехмерная модель Воркутской синклинали
начато в тридцатые годы прошлого столетия. На сегодняшний день остаточные запасы месторождения сосредоточены в ее центральной «донной» части на глубине 900—1100 м.
Горные работы шахт (рис. 2) неуклонно удаляются от скиповых подъемов, расположенных в краевых частях мульды. Удлиняются конвейерные магистрали, маршруты доставки людей и грузов. Сегодня общая протяженность конвейерных магистралей шахт составляет 40 км, а суммарная протяженность горных выработок - 420 км.
Для проветривания 10 очистных и 35 подготовительных забоев в шахту подается около 100 тыс. м3 воздуха в минуту. Причем 300 дней в году этот объем воздуха необходимо нагревать перед подачей в шахту, а это 600 тыс. Гкал ежегодно. В схеме проветривания участвуют 22 вертикальных ствола. Из них 8 оборудованы вентиляторами главного проветривания.
Каждая из шахт содержит собственные комплексы погрузки, административно-бытовой комплекс. Ежегодно погрузочно-транспортное управление пе-
ревозит 4,5 млн т горной массы с шахт Воркутской мульды на ЦОФ.
Вся эта инфраструктура обеспечивает ежегодный объем производства в 8 млн т горной массы и обусловливает долю постоянных затрат в себестоимости до 65 %.
Проблема №2 - ограничение мощности, обусловленное наложением двух факторов - производительности скиповых подъемов и готовности фронта очистных работ Шахты «Северная», «Комсомольская» и «Заполярная» имеют ограничения мощности производительностью угольных подъемов, в то время как мощность шахты «Воркутинская» ограничена фронтом горных работ Велик риск длительной аварийной остановки скипового подъема шахты «Заполярная» с потерей объемов производства.
Третья проблема - ограничение производительности очистных забоев по фактору вентиляции. Сегодняшние вентиляционные сети, их протяженность и состояние обусловливают крайне неэффективное использование подаваемого в шахту воздуха. К основным объектам проветривания - очистным и подготовительным работам подается лишь 30-
Рис. 2. Горные работы на Воркутском месторождении. 2005 г.
35 % общего объема воздуха. Производительность очистных забоев по фактору вентиляции по пластам Тройной, Мощный и Четвертый вдвое, а по Пятому практически втрое ниже технических возможностей оборудования. С дальнейшим развитием горных работ и увеличением протяженности сети горных выработок ситуация будет ухудшаться. Необходима кардинальная реконструкция вентиляционных сетей для увеличения нагрузок на очистные забои.
Обозначенные здесь и вытекающие из них проблемы требуют комплексного подхода к их решению. Именно такой подход предусматривает проект групповой реконструкции шахт.
Основные решения проекта
Рассмотрим, каковы основные технические решения проекта и как они решают указанные выше проблемы.
В целом, проект можно разделить на два крупных взаимосвязанных направления:
а) собственно реконструкция, предусматривающая объединение шахт;
б) техническое переоснащение основного производства и внедрение передовых технологических решений.
Основополагающие решения
по реконструкции
Объединение шахт
Первое и ключевое решение заключается в поэтапном объединении сегодняшних вентиляционных сетей шахт в единую сеть с дальнейшим ее сокращением за счет ликвидации сегодняшних вентиляционных горизонтов. Сегодняшняя протяженность сети горных выработок будет сокращена с 420 км до 180 км в 2013. Существующие сети шахт будут соединены единой конвейерной магистралью в последовательно-
Рис. 3. Поле объединенной шахты «Воркута» 2013 г.
сти «Заполярная» — «Воркутинская» — «Северная» — «Комсомольская» (рис. 3). Вместе с этим мы строим наклонный конвейерный ствол с шахты «Заполярная» на ЦОФ «Печорская». Общая протяженность конвейерной магистрали составляет 17,3 км, включая наклонный ствол длиной 2,7 км.
Такая реконструкция позволит решить главную проблему Воркутского месторождения - ликвидировать избыточную инфраструктуру шах т Мы ликвидируем все скиповые подъемы и технологические комплексы поверхности, сокращаем основной объем внутренних железнодорожных грузоперевозок, сокращаем шахтные конвейерные магистрали, маршруты движения людей и грузов. Мы вдвое сокращаем число воздухоподающих и воздуховыдающих стволов и сеть горных выработок, увеличивая коэффициент полезного использования воздуха в шахте до 55-60 % и сокращая эксплуатационные затраты на
тепло, электроэнергию, обслуживание ликвидируемых объектов.
Раскройка выемочных полей и порядок отработки выемочных блоков
При выборе варианта раскройки и размещения трассы главной конвейерной магистрали мы руководствовались следующими основными положениями и целевыми задачами:
• естественными границами блоков являются крупные разрывные нарушения и существующие горные работы;
• максимизировать длину выемочных столбов;
• минимизировать протяженность главных конвейерных магистралей и вентиляционных сетей, число действующих стволов;
• оптимизировать схемы проветривания горных работ;
• минимизировать сроки и стоимость строительства главной конвейерной магистрали шахты.
В результате первоочередными к отработке приняты запасы шахт «Север-
ная», «Комсомольская» и южного блока шахты «Заполярная» с одновременной подготовкой выемочных полей по пласту «Четвертому» в центральном блоке. Порядок отработки пластов в свите Сегодня на Воркутском месторождении принят следующий порядок отработки пластов в свите: Четвертый — Тройной — Пятый и Пятый — Мощный. Пласты Пятый и Четвертый являются защитными для опасных по внезапным выбросам угля и газа пластов Мощный и Тройной. Учитывая небольшое междупластье между пластами Четвертый и Тройной, в целях снижения степени разрушения пород кровли пласта Тройной и обеспечения безопасного анкерного крепления выработок на нем, принято решение о первоочередной отработке пласта Пятый. Таким образом, на площадях, где пласт Пятый является кондиционным и подлежит отработке, принятый порядок отработки пластов в свите выглядит следующим образом: Пятый — Тройной — Четвертый. По заключению ВНИМИ первоочередная отработка пласта Пятый обеспечит эффективную разгрузку вышележащих пластов, опасных по внезапным выбросам и горным ударам.
Технологические решения проекта
Подготовка выемочных столбов Решение задачи максимизации запасов в выемочных столбах в том числе за счет увеличения их длины до 4 км. и бо-
лее, увеличение нагрузок на очистные забои повлекли за собой необходимость применения многоштрековой (в данном случае трехштрековой) подготовки выемочных столбов. Такое решение вопросов обеспечения ПЛА и вентиляции выемочного участка обусловило практически полуторократное увеличение объемов подготовительных работ Однако это не приведет к увеличению себестоимости продукции по центру затрат «подготовительные работы» при увеличении производительности труда на подготовительных работах в 3-3,5 раза. Такой рост производительности относительно сегодняшнего уровня вполне реален за счет внедрения новых технологических решений и ряда организационных мероприятий.
Система разработки и производственная мощность шахты
Для блоков шахт «Северная» и «Комсомольская», а также центрального блока принята система разработки длинными столбами по простиранию и по восстанию при углах падения пласта до 2°. Южный блок шахты «Заполярная» будет отрабатываться длинными столбами по простиранию. Запасы выемочных столбов при длине лав 300 м составляют:
• по пласту Пятый — 1,0—1,2 млн т;
• по пласту Четвертый — 1,6—1,8 млн
т;
• по пласту Тройной — 2,7-3,8 млн т;
• по пласту Мощный — около 4 млн
План
Рис. 4. Трасса конвейера ЛЛ1 258
Рис. 5. Трасса конвейера №2
Рис. 6. Конструкция канатно-ленточного конвейера
т.
Выемочные столбы отрабатываются с полным погашением прилегающих выработок и проветриванием на переднюю сбойку. Управление кровлей -полное обрушение.
Отработка пласта Пятый предусмотрена по наиболее эффективной при такой мощности пласта струговой технологии. Пласты Четвертый, Тройной» и Мощный будут отрабатываться по традиционной комбайновой технологии с применением как отечественной, так и зарубежной очистной техники.
Годовой объем производства в 9,0 млн т горной массы зольностью 30-34 % будет обеспечиваться работой четырех очистных забоев - двух по защитным
пластам Пятый и Четвертый, двух по продуктивному пласту Тройной.
Оборудование главной конвейерной магистрали
Одно из пионерных для России решений проекта - канатно-ленточная технология на главном конвейерном транспорте. 17-километровая конвейерная магистраль оборудуется двумя канатно-ленточными конвейерами длиной 10 км и 7 км.
Первый десятикилометровый конвейер, соединяющий шахты «Северная», «Воркутинская» и «Заполярная»,
Рис. 7. Сечение ленточного полотна канатно-ленточного конвейера
Рис. 8. Армировка ленточного полотна
Рис. 9. Конструкция става на участке закругления трассы в горизонтальной плоскости
Рис. 10. Подвесное крепление линейного става канатно-ленточного конвейера
имеет высоту подъема всего 20 м и знакопеременный относительно выдержанный профиль (рис. 4). Трасса конвейера имеет 5 закруглений в горизонтальной плоскости радиусом 2 км.
Конвейер оснащен двумя приводными станциями - головной и промежуточной общей установленной мощностью 3,2 МВт.
Трасса второго конвейера построена от границы шахт «Воркутинская» и «Заполярная» до ЦОФ ««Печорская». Длина конвейера - 7 км, высота подъема - 1 000 м (рис. 5).
Трасса конвейера имеет протяженное закругление в горизонтальной плоскости радиусом 2 км.
Конвейер оснащен пятью приводными станциями - головной и четырьмя промежуточными общей установленной мощностью 11,4 МВт.
Главная отличительная особенность канатно-ленточного конвейера (рис. 6) состоит в том, что его тяговым органом является не ленточное полотно, как у классического ленточного, а пара кольцевых канатов.
Ленточное полотно специального сечения (рис. 7) служит только для поддержки транспортируемого груза и свободно лежит на тяговых канатах.
Ленточное полотно армируется ме-таллокордом (рис. 8) как вдоль, так и поперек оси полотна. Это полностью исключает риск продольного повреждения ленты на протяженном участке.
Тяговый канат в зависимости от нагрузки имеет диаметр от 30 до 60 мм и поддерживается на ставе конвейера на направляющих футерованных роликах. Шаг пар роликов зависит от линейной массы транспортируемого груза и обычно составляет 7-8 м для грузовой ветви и вдвое больше для холостой. На участках закруглений конвейера в горизонтальной плоскости поддерживающие ролики устанавливаются под расчетным углом к вертикали (рис. 9) и с меньшим шагом.
Среди конструктивных преимуществ
- низкая металлоемкость линейного става, возможность закругления трассы конвейера в горизонтальной плоскости с малыми радиусами (тт 400 м) без потери полезного сечения ленточного полотна.
Основное же преимущество канатноленточной технологии, основываясь на котором мы отдаем ей предпочтение -это низкие эксплуатационные затраты в сравнении с классической ленточной технологией транспортирования. Значительно ниже доля затрат по статьям «электроэнергия», «запасные части», «трудозатраты» (таблица).
Все приводные станции установки оснащены блоками частотного регулирования скорости, позволяющими а) осуществлять плавный запуск, б) оперативно регулировать скорость движения ленточного полотна, обеспечивая его оптимальное заполнение.
Из негативных сторон рассматриваемой технологии стоит отметить ограничение на ширину ленточного полотна, что приводит к увеличению расчетной
скорости при больших значениях производительности.
Так конвейер с шириной ленточного полотна 1 150 мм при максимальной производительности в 3 000
тонн/час должен иметь скорость движения ленточного полотна 6,5 м/с.
Теплоснабжение
Как уже отмечалось, основными потребителями тепловой энергии на шахтах Воркутского месторождения являются калориферные на воздухоподающих стволах. Годовое потребление тепла составляет около 600 тыс. Гкал. Практически 2/3 этой потребности «Воркутауголь» вырабатывает самостоятельно, сжигая в собственных котельных твердое топливо.
Остальной объем поставляется Ко-миэнерго в виде жидкого теплоносителя по трубопроводам.
Проектом предусматривается поэтапное строительство четырех газогенераторных и четырех вакуум-насосных станций на основных воздухоподающих стволах. Газогенераторные станции, используя в качестве топлива шахтный метан, будут вырабатывать электрическую и тепловую энергию. Тепловая энергия в объеме около 330 тыс. Гкал будет использоваться для отопления воздухоподающих стволов. Вырабатываемая электрическая энергия в объеме, оцениваемом как 2/3 сегодняшней потребности, - продаваться Комиэнерго. Себестоимость производимой газогенераторами электроэнергии вчетверо ниже сегодняшней цены Комиэнерго. тепловой энергии - в 7 раз ниже цены Комиэнерго и на четверть дешевле, чем производимой угольными котельными.
Экология
Проект нацелен и на улучшение экологической ситуации.
Наименование параметра Классическая ленточная технология Канатно-ленточная технология
Количество роликов става, шт /100 п.м. Влияет на энергозатраты на преодоление сил трения ленты о ролики, расход запасных частей, и трудозатраты на обслуживание 280 96
Количество подшипников на роликах става, шт./100 п.м. Влияет на расход электроэнергии на преодоление сил трения в подшипниках, расход запасных частей, и трудозатраты на обслуживание 560 96
Минимальное количество точек перегруза (для условий проекта), шт. Влияет на износ ленточного полотна, фракционный состав груза, пылеоб-разование 3 1
Диаметр роликов, мм Влияет на момент сопротивления вращению ролика (и, как следствие, на энергозатраты) и на износ подшипников роликов из-за различной скорости вращения 159 264
Возможность просыпания груза из-за схода ленты Влияет на трудозатраты по обслуживанию конвейерной линии есть 1 нет 1—1
Уменьшение полезной емкости ленточного полотна на участках закругления в горизонтальной плоскости Влияет на выбор ширины ленточного полотна при проектировании и, соответственно, энергозатраты на транспортировку излишков массы ленточного полотна при эксплуатации есть нет
Прогиб между роликоопорами под весом груза Влияет на износ ленточного полотна, энергозатраты на преодоле-ние сил трения ленты о ролики есть нет
Во-первых, за счет реконструкции складского хозяйства. Сегодня на каждой из четырех шахт есть свой открытый угольный склад. Их общая емкость составляет более 400 тыс. тонн. После объединения шахт эти склады будут ли-
квидированы, а для шахты «Воркута» будет построен склад емкостью не более 100 тыс. тонн, конструктивно предусматривающий пониженное пылеобра-зование при его наполнении. Будет также остановлено дальнейшая эксплуата-
ция сегодняшних породных отвалов, за исключением отвала ЦОФ.
Во-вторых, мы предусматриваем утилизацию 90 % каптируемого метана для производства тепловой и электрической энергии для собственных нужд. Сегодня мы утилизируем лишь 40 % газа, остальные 60 % выбрасываем в атмосферу.
В-третьих, за счет очистки полного объема откачиваемой из шахты воды, для чего проектом предусматривается строительство дополнительных очистных сооружений.
Таким образом, проект групповой реконструкции шахт Воркутского месторождения оказывает влияние практи-
чески на все технологические звенья угледобычи. Результат этого воздействия
- кардинальное сокращение избыточной инфраструктуры, многократное увеличение производительности труда на месторождении, снятие существующих ограничений производственной мощности предприятия в целом и производительности отдельных участков, существенное улучшение экологической ситуации в регионе. Для «Воркутауголь» это снижение себестоимости, а значит сохранение конкурентоспособности на рынке коксующихся углей в долгосрочной перспективе, возможность развивать новые перспективные месторождения региона. вгсга
Коротко об авторах
Бучатский В.М. — ЗАО «Северсталь-Ресурс»; Вовк А.И., Иванов В.С. — ОАО «Воркутауголь», e-mail: Pmip.mail@vorkuta. stvtrstalgroup. com
A
------------------------------------------------------------ ЛИДЕРЫ ПРОДАЖ
Абрамов А.А.
Собрание сочинений: Т.6: Флотация. Физико-химическое моделирование процессов: Учебное пособие. - Издательство Московского государственного горного университета, издательство «Горная книга», 2010. -607 с.
Автор книги - один из самых авторитетных ученых России в области обогащения полезных ископаемых. Его труды признаны специалистами классическими учебниками. 6 том собрания сочинений А.А. Абрамова посвящен изложению методологии физико-химического моделирования флотационных систем. От теории автор переходит к примерам, иллюстрирующим механизмы действия реагентов при флотации.
