Приоритеты совершенствования процесса угледобычи в отрасли путем реализации инновационных технологий и достижений науки в создании инновационного горного оборудования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Приоритеты совершенствования процесса угледобычи в отрасли путем реализации инновационных технологий и достижений науки в создании инновационного горного оборудования

Фамилия автора: Р.С.Каренов



Аннотация

В статье рассматриваются сущность и особенности инновационной деятельности на предприятиях по добыче угля. Отмечается, что освоение технико-технологических инноваций позволяет сокращать эксплуатационные затраты, повышать безопасность горных работ, эффективность использования основного и оборотного капитала на шахтах и разрезах. Раскрываются роль, значение инновационных решений в области угледобычи. Подчеркивается, что дальнейшее совершенствование процессов добычи угля может осуществляться на основе реализации инновационных технологий, освоение которых в перспективе намечается в два этапа. Автором обосновываются приоритеты создания новых и модернизации действующих технологий, разработки и внедрения инновационного горного оборудования отдельно при открытом и подземном способах добычи полезного ископаемого.



Сущность и особенности инновационной деятельности на угледобывающих предприятиях

Проведенный теоретический анализ [1-3] показал, что инновационная деятельность представляет собой преобразование инновационной идеи в коммерчески выгодный для достижения поставленной цели результат. Это осуществляется в ходе инновационного процесса, т.е. последовательного превращения идеи в товар через соответствующие виду инновации этапы. Инновационный процесс наиболее успешен, если осуществляется в ходе освоения комплексной инновации. Всякий инновационный процесс требует создания системы факторов и условий, необходимых для его осуществления, т.е. инновационного потенциала.

Инновационный потенциал предприятия характеризуется его способностью разрабатывать и внедрять инновации в различных сферах деятельности -- производственной, управленческой, маркетинговой, финансовой и т.д. Инновационный потенциал обеспечивает гибкость производственно-хозяйственной системы, ее способность реагировать на внешнее воздействие, перестраиваться в соответствии с требованиями рынка, изменениями законодательства.

Если исходить из этих теоретических положений, то инновационную деятельность угледобывающей компании (предприятия), в значительной степени определяющей уровень экономического развития региона, отрасли и государства в целом, следует рассматривать как особый вид деятельности, связанный с трансформацией идей: результатов научных исследований и разработок или научно-технических достижений при их реализации в новых либо усовершенствованных технологических процессах, продуктах и услугах, внедренных на рынке, новых способах производства, использованных в практической деятельности.

Сущностным содержанием инновации являются проводимые изменения, представляющие собой функциональное наполнение инновационной деятельности предприятия и компании в целом. Целесообразно выделять типологию изменений, присущих инновационным преобразованиям: использование новой техники, новых технологических процессов или нового рыночного обеспечения производства; внедрение продукции с новыми свойствами; использование нового сырья; совершенствование организации производства и материально-технического обеспечения; формирование новых рынков и т.д.

Инновационный потенциал включает научные, проектные и конструкторские разработки, экспериментальные услуги, связанные с подготовкой нового производства, средства для проведения наукоемких операций и технологического контроля.

Повышение эффективности отраслей топливно-энергетического комплекса, аналогичное такому важному аспекту, как технологическое обновление, осуществляется путем разработки и освоения новых технологий и отдельных технических усовершенствований на базе новых знаний, технических устройств и технологических процессов. Только технологическое обновление позволит ТЭКу и в целом государству занять достойное место в мировой энергетике при наличии долгосрочной стратегии, в основе которой лежат инновации, играющие роль определяющего фактора.

Инновационная деятельность выдвигает на принципиально новый уровень понимание роли и места знаний, степень согласия между участниками инновационного процесса, возможность открытого диалога властей, бизнеса и общества при рассмотрении ключевых проблем развития ТЭКа. Нововведения планируются и реализуются как единый комплекс изменений, затрагивающий все сферы деятельности компании и ее субъектов, оказывающий влияние на отдельные факторы производственной сферы.

Особенности инновационной деятельности на угледобывающих предприятиях предопределяют основные положения [4; 24, 25].

1. Эффективность деятельности угледобывающих предприятий зависит от структуры запасов полезного ископаемого и стратегии их отработки, уровня используемой техники и технологии, от работников, их взаимоотношений и взаимодействия в производственном и инновационном процессах. Все это внутренние факторы, обеспечивающие устойчивость функционирования предприятия в изменяющейся внешней среде и рост его конкурентоспособности. Взаимообусловленность этих факторов определяет необходимость использования инноваций во всех элементах структуры предприятия.

2. Функционирование угледобывающего предприятия имеет следующие особенности: жесткая зависимость от горно-геологических условий, качественного и количественного состава запасов; постоянное изменение выработанного пространства, которое является рабочей зоной; высокая степень опасности аварий и травм.

3. Изменчивость горно-геологических условий, особо опасные и малокомфортные условия работы персонала, быстрый износ технологического оборудования, повышенные требования к психологической, физической, профессиональной готовности работников, высокая социальная активность персонала, относительное снижение престижности горняцкого труда -- все это определяет специфические особенности инновационной деятельности, которые необходимо учитывать при ее организации на угледобывающих предприятиях.

Без соответствующих преобразований в сфере экономических отношений инновационная деятельность не дает требуемых для обеспечения конкурентоспособности предприятия результатов.

Потребность в решении методологических проблем инновационного развития предприятия в угольной отрасли

Решению проблем развития угольной отрасли посвящены разработки как отраслевых научно-исследовательских и проектных институтов, так и исследования руководителей и специалистов отрасли и предприятий в работах ряда ученых [5-8], при этом:

· сформулированы основные проблемы угольной промышленности и определены пути их решения в рамках реструктуризации отрасли (формирование конкурентоспособных угольных компаний, создание конкурентного рынка, улучшение условий труда и безопасности горных работ и т.д.), учитывающие результаты комплексного прогноза научно-технического прогресса и варианты инвестирования отраслевых программ развития, что позволило угледобывающим предприятиям осуществить поиск возможностей выхода на уровень рентабельной бездотационной работы;

· разработана концепция оптимизации технологической системы производственно-территориального комплекса в условиях перехода отрасли к рыночной экономике, позволившая определить необходимые изменения технологической системы углепроизводства;

· научно обоснована концепция создания и организации эффективного функционирования вертикально интегрированной компании на базе угледобывающих предприятий, установлены закономерности ее функционирования и предложен механизм взаимодействия субъектов интеграции по технологическому принципу. Разработанные оригинальные методы конструирования и управления бизнес-процессами производственно-финансовой системы позволили выявить возможности уменьшения негативного влияния макроэкономических факторов на себестоимость добычи угля;

· рассмотрены концептуальные вопросы управления социально-экономическими процессами, происходящими на угледобывающих территориях, в зависимости от уровня развития, потенциальных возможностей и масштабов реструктуризации угольного сектора, что позволило разработать и начать освоение механизмов регулирования социально-экономических последствий реструктуризации угольной отрасли;

· показано, что инновации на угледобывающих предприятиях должны разрабатываться во взаимосвязи со всеми элементами технологической сети углепроизводства, с учетом изменения структуры запасов, техники, технологии, персонала и характера его производственного взаимодействия.

Разработаны методологические основы стратегического планирования инновационной деятельности угольных шахт, главным положением которого является необходимость изменения организационно-технологического уклада, что обеспечивается взаимосвязанными, стратегически целесообразными инновациями во всех основных системах угольного предприятия: организационной, технологической и управленческой.

Обоснована стратегическая программа технологического развития шахты, реализация которой позволит повысить динамичность и надежность функционирования технологической системы при высокой изменчивости природных условий в выемочном столбе. Методология преобразования технологической системы предусматривает не только выбор параметров элементов и подсистем, но и расширение возможностей достижения нового уровня показателей и приспособления к потребностям рынка.

Внедряемые на шахтах технологические инновации заключаются в усовершенствовании методов производства, обеспечивающих более высокую концентрацию горных работ; в изменении технологии крепления горных выработок, что позволяет резко снизить трудоемкость и опасность травм при проходческих работах и повысить надежность крепи подземных горных выработок; в применении технологии направленного бурения для повышения эффективности дегазации и др.

Сочетание технических и технологических инноваций является основой повышения производительности труда до необходимого уровня. В течение многих лет производительность труда росла в связи с ростом инвестиций, но сегодня наступил предел. Сколько инвестиций ни вкладывай, роста производительности труда не достигнуть: уже нужны не просто инвестиции, а инвестиции, которые в 3-5 раз повышают рост производительности труда. Если это будет достигнуто, то фондоотдача заметно увеличится и существенно поднимется экономика угольной промышленности. Например, как показывает практика, только при использовании высокопроизводительного оборудования в системе работы "шахта-лава" производительность добычи угля на одного работающего повышается с 80-150 до 500-800 т/мес.

В целом освоение технико-технологических инноваций позволяет значительно сокращать эксплуатационные затраты, повышать безопасность горных работ, эффективность использования основного и оборотного капитала.

Современное состояние и тенденции перспективного развития угольной промышленности Казахстана

Доказанные запасы угля в Республике Казахстан составляют более 30 млрд т. Ввиду большого объема неосвоенных запасов (Казахстан обеспечен углем более чем на 250 лет) в РК наблюдается низкая активность по геологоразведке угольных месторождений. Ресурсная база энергетического угля характеризуется большим объемом, высокими показателями зольности и содержания серы. Запасы коксующегося угля в РК -- значительные и достаточно высокого качества. Большая часть угля добывается открытым способом и имеет низкую себестоимость добычи. Запасы угля на месторождении Тегене, выставленные на конкурс в конце декабря 2014 г., составляют 110 млн т [9; 80].

В настоящее время около 39 % угля производит компания ТОО "Богатырь Комир", 18 % -- "Разрез "Восточный", 7 % -- АО "Шубарколь Комир", 7 % -- "АрселорМиттал", 7 % -- УД "Борлы", 5 % -- ТОО "Каражира", 4 % -- ТОО "Майкубен Вест", 4 % -- ТОО "Ангренсор".

Экспорт угля в РК в 2014 г. составил 30,4 млн т. На экспорт поставляются в основном высокозольные экибастузские угли, обогащение которых нерентабельно, и ввиду высокой зольности и структурных особенностей углей объем экспортных поставок ограничен. Большая часть экспортных поставок угля осуществляется в Россию. До 2020 г., по прогнозам, объем экспорта энергетического угля, скорее всего, сохранится на текущем уровне, а впоследствии существуют риски значительного снижения его потребления основным импортером -- Россией. Поставки угля в страны ЕС и КНР ограничены высокой стоимостью транспортирования.

Казахстан завершает переход предприятий угольной отрасли на международные стандарты, что позволит повысить конкурентоспособность его продукции на внешних рынках и увеличить объем экспорта угля до 32 млн т в год.

В будущем в Карагандинской области ожидается введение в эксплуатацию каменного месторождения угля "Жалын" мощностью 500 тыс. т угля в год. К 2017 г. в Караганде компания

"ArcelorMittal Temirtau" (входит в состав международной корпорации "ArcelorMittal"), которой принадлежат восемь угольных шахт, расположенных в Карагандинской области, и четыре рудника по добыче железной руды (в Карагандинском, Акмолинком и Костанайском регионах), планирует ввести в эксплуатацию новую шахту "Тентекская № 10", запасы которой составляют 340 млн т. Компания "ArcelorMittal Temirtau" только в период с 2007 по 2012 гг. вложила 520 млн долл. США для улучшения условий труда на угольных шахтах.

Китайская госкомпания "Shenhua" еще в конце 2013 г., после переговоров с руководством Карагандинской области, объявила о намерении вложить около восьми млрд долл. США в угольное производство на территории Казахстана, в том числе в первый год инвестиции китайской компании -- около двух млрд долл. США, а во второй -- шесть млрд долл. США. "Shenhua" планирует взять в разработку одно из угольных месторождений Казахстана.

В Костанайской области еще в 2013 г. было принято решение о создании кластера по добыче и переработке углей Тургайского бассейна, запасы которого составляют более 7 млрд т, включающее следующие месторождения: Кушмурунское, Кызылтайльское, Орловское и Эгинсайское. Общая стоимость создания угольного кластера с учетом всех расходов, в том числе строительства ТЭС на 2000 МВт и углехимического комбината, по оценке, составит не менее пяти млрд долл. США [9; 81].

В Казахстане большое внимание уделяется промышленному производству метана из угольных пластов Карагандинского бассейна. По прогнозам, ресурсы шахтного газа в угольных пластах Карагандинского бассейна составляют до 900 млрд куб. м, а это около 85 % от всех запасов Казахстана. Ежегодная общая потребность в газе Карагандинской области 1-1,5 млрд куб. м. Ожидается, что развитие и утилизация метана из угольных пластов позволит получить нетрадиционный экологически чистый энергоноситель. Он частично может заменить уголь, используемый в энергетике промышленно развитых регионов Центрального и Восточного Казахстана, а в коммунально-бытовом хозяйстве и в автотранспорте, как показывает мировой опыт, вытеснит менее чистые экологически и более дорогие жидкие углеводороды и сжиженный газ.

Основные инновационные решения в области добычи угля

В настоящее время энергетика стоит на втором месте по своей значимости в техническом развитии мировой экономики: и это не просто энергия, а энергия в электрических машинах и аппаратах, т.е. речь идет не просто об энергии, а о финальном ее использовании. В связи с этим возникают 3 парадигмы технологического изменения глобальной энергетики, касающейся и угольной промышленности [10; 106]:

· от наращивания объемов потребления ресурсов к увеличению коэффициента финального использования энергии. Должны быть увеличены КПД энергоустановок;

· от производства простых энергоресурсов к производству высокотехнологических энергопродуктов, повышающих коэффициент финального использования и, главным образом, удобных. Для угля это фактически вся линейка производных от угля и продуктов его обогащения;

· от комплексной механизации необходимо перейти к автоматизации, компьютеризации и роботизации всех процессов добычи и переработки угля. Нам нужны не просто технологии в угле, а умные технологии, обеспечивающие высокую производительность труда.

По мнению специалистов [11; 16], дальнейшее совершенствование процессов добычи угля будет осуществляться путем реализации инновационных технологий, освоение которых намечается осуществить в два этапа.

На первом этапе (ближайшие 5-10 лет) планируется переход к автоматизированным, компьютеризированным и роботизированным технологиям добычи угля, включая внедрение проектов "Умная шахта" и "Умный разрез". Предусматриваются разработка, внедрение и использование прогрессивных технологий добычи угля. Это в основном циклично-поточные, поточные технологии, роботизированные технологии, гидротехнологии добычи и транспортирования угля, а также селективные технологии.

На втором этапе (2025-2030 гг. и далее) намечено освоение скважинных технологий извлечения угля, включая его газификацию и гидрогенизацию, технологию открыто-подземной добычи угля без постоянного присутствия людей в очистных забоях, технологию отработки нераспачкованных пластов и др.

инновационный угледобывающий горный механизация



Создание новых и модернизация действующих технологий, внедрение инновационного оборудования при открытой разработке угольных месторождений

В последние годы предлагаемая система мер по поддержке инноваций в угольной промышленности Казахстана дополняется основными техническими и технологическими направлениями инновационной деятельности, к которым могут быть отнесены передовые решения, уже активно применяемые в отдельных компаниях (разрезах) по добыче угля открытом способом:

1. Циклично-поточная технология (ЦПТ) добычи угля -- форма организации производства, при которой в едином технологическом потоке горного предприятия одни процессы выполняются в цикличном режимах, другие -- в непрерывном. Использование циклично-поточной технологии, как правило, подразумевает применение поточного (непрерывно действующего) конвейерного транспорта для перемещения горных пород в технологическом потоке в сочетании с цикличными буровзрывными работами и циклично действующими одноковшовыми экскаваторами или погрузчиками в забое, осуществляющими выемку и погрузку взорванной горной массы на конвейер или (чаще) в бункер дробилки или грохота. При открытой разработке месторождений дробление или грохочение в схемах циклично-поточной технологии осуществляется в двух вариантах: в первом -- в полустационарных дробилках, которые располагаются на борту карьера и периодически переносятся, по мере продвижения горных работ; во втором -- в передвижных дробильных или грохотильных агрегатах, которые перемещаются вместе с экскаваторами по фронту работ.

Развитие комплексной механизации горных работ на карьерах в настоящее время проводится по линии внедрения поточных технологий и высокопроизводительного оборудования. Причем цикличная выемка и поточная транспортировка горных пород -- характерная черта современных горных технологий.

2. Поточная технология добычи -- форма организации производства, отличающаяся полным совмещением во времени рабочих процессов и операций по добыче (извлечению) и непрерывной выдачей полезного ископаемого в течение времени, предусмотренного экономически обоснованным режимом работы. Поточная технология добычи соответствует наилучшей организации производства.

На разработках твёрдых полезных ископаемых поточная технология добычи впервые применена в начале 1920-х гг. Основой её организации послужило создание в 1923-1924 гг. в Германии комплекса машин непрерывного действия для карьерной добычи бурых углей. С конца 30-х годов принципы поточной технологии впервые реализованы в СССР в подземной добыче твёрдых полезных ископаемых (угля и марганцевой руды) с помощью средств гидромеханизации, а с начала 50-х -- обычного механического оборудования (очистных агрегатов и очистных комплексов).

В условиях научно-технической революции область применения поточных технологий на горных предприятиях постоянно расширяется. Дальнейшее внедрение поточных технологий -- важнейшее направление повышения эффективности горного производства [11; 18].

Поточная технология добычи угля впервые в мире внедрена на разрезе "Богатырь" Экибастузского угольного бассейна. Известно, что Экибастузское каменноугольное месторождение по концентрации запасов является уникальным в мире. На площади 64 км2 сосредоточено 13 млрд т угля, на 1 км2 площади приходится 200 млн т угля. В геологическом отношении месторождение представляет собой мульду, на периферии которой сверхмощные пласты угля выходят почти на поверхность, а к центру мульды они погружаются на 750 м.

По периметру все месторождение разделено на 12 геологоразведочных участков протяженностью по 3 км каждый. Отработка месторождения осуществляется от периферии к центру мульды.

Все запасы угля Экибастузского месторождения предусматривается отрабатывать открытым способом в два этапа: на первом этапе -- до глубины 400 м, на втором -- до дна мульды. Коэффициент вскрыши в целом по месторождению составляет 1,43 м3/т, в том числе до глубины 400 м --1,61 м3/т.

Экибастузский уголь марки КСН как энергетическое топливо обладает рядом неоспоримых потребительских преимуществ: низшая теплота сгорания -- 4000 ккал/кг, рабочая влага 3-5 %, содержание серы 0,5 %, температура плавления золы 1600°.

Низкий коэффициент вскрыши, хорошие потребительские свойства предопределили бурный темп развития Экибастузского угольного бассейна, начало освоения которого относится к 1955 г. [12; 12].

В таблице 1 представлены основные показатели освоения угледобычи в Экибастузе с начала эксплуатации и ресурсы первого этапа для ее дальнейшего развития в бассейне.

Таблица 1. Фактические горнотехнические показатели по угольным разрезам Экибастузского бассейна

Примечание. Использованы данные работы [12; 13].

В Экибастузе первая очередь разреза "Богатырь" мощностью в 5 млн т угля в год была введена в конце 1970 г. В 1971-1979 гг. разрез эксплуатировался и строился, и в 1979 г. была введена последняя -- девятая очередь. Проектная мощность разреза достигла 50 млн т угля в год.

Проектом разреза "Богатырь" для отработки угольных уступов высотой 20-25 м были предусмотрены германские роторные экскаваторы СРс (к) - 2000 производительностью 4500 т/ч, но к моменту ввода первых очередей этих машин не было. Первые два опытно-промышленных образца машин были введены в эксплуатацию только в 1972-1973 гг. Поэтому вводимые мощности на "Богатыре" комплектовались непроектными роторными экскаваторами разных модификаций производительностью 1000 т/ч -- СРс (к) - 470, ЭР-1200, ЭРП-1250, а в 1975 и в 1978 гг. были введены в эксплуатацию два гигантских роторных комплекса ЭРШРД-5000 Новокраматорского машиностроительного завода производительностью 5000 т/ч, но экономически малоэффективных. И только в 1981-1983 гг. на разрезе были введены в эксплуатацию четыре модернизированных роторных экскаватора фирмы TAKRAF СРс (к) - 2000, в полной мере соответствующих проектной системе отработки угольных уступов. Именно этот экскаватор с роторным колесом 11 м, с надежной дробилкой и оригинальным погрузочным устройством стал базовым для всего бассейна.

В настоящее время на разрезах Экибастуза эксплуатируются 12 таких экскаваторов, которыми добыто и отгружено более 2 млрд т угля. Окончание оснащения проектным оборудованием позволило на разрезе "Богатырь" уже в 1983 г. перекрыть проектную мощность, добыв 52,1 млн т угля [12; 14].

Сегодня ТОО "Богатырь Комир" -- одно из крупнейших предприятий в мире, ведущее добычу угля открытым способом на двух разрезах -- "Богатырь" и "Северный". Его суммарные промышленные запасы составляют около 3 млрд т угля. На долю компании приходится 60 % всего добываемого угля в Экибастузском угольном бассейне и 40 % общего объема по республике.

Для перехода на разрезах "Северный" и "Богатырь" на новую автомобильно-железнодорожную технологию с усреднением угля на внутрикарьерных складах за период 2005-2014 гг. инвестировано 132,5 млн долл. США. Почти половина этих инвестиций была направлена в 2007-2013 гг. на модернизацию четырех роторных экскаваторов СРс (к) - 2000 с продлением срока их эксплуатации на 10 лет в качестве дробильно-усреднительных машин на усреднительных складах [12; 16].

Действующая технология добычи и отгрузки угля в ТОО "Богатырь Комир" надежно обеспечивает потребителя в любое время года, в том числе и в самый напряженный осенне-зимний период. Но в связи с углублением разрезов требуется коренная реконструкция, в первую очередь угольного комплекса разреза "Богатырь", с переходом на автоконвейерную технологию с автоматизированным управлением всеми звеньями технологической цепи.

До 2020 г. будет осуществлен заключительный этап полного перехода разреза "Богатырь" на автомобильно-конвейерную технологию транспортировки угля на поверхность с его усреднением и непрерывной погрузкой в полувагоны. При данной технологии предусматривается применение современного высокопроизводительного оборудования -- одноковшовых экскаваторов, большегрузных автосамосвалов. Также предусматривается строительство дробильно-перегрузочных пунктов, установка систем магистральных и подъемных конвейеров, усреднительно-погрузочного комплекса, в состав которого входят приемные и отгрузочные конвейеры, штабелеукладчики, погрузочные машины.

После 2020 г. намечается переход на новую технологию транспортировки угля на поверхность с его усреднением и непрерывной погрузкой в полувагоны с поэтапным увеличением производственной мощности разреза и формированием постоянного вскрышного отвала. Для этого дополнительно группа компаний "Самрук-Казына" определила партнера по проекту внедрения циклично-поточной технологии добычи, дробления, усреднения и транспортировки угля на разрезе "Богатырь". Контракт между ТОО "Богатырь Комир" (СП АО "Самрук-Энерго" и ОК "РУСАЛ") и ведущим мировым производителем горного оборудования и технологий -- компанией ThyssenKrup Industrial Solutions AG был заключен в декабре 2014 г. Завершение проекта планируется в 2019 г. Новая технология позволит дополнительно добывать 8 млн т угля стабильного качества. При росте производственных мощностей на 20 % производительность труда увеличится на треть [13; 9].

Поточная технология с полной конвейеризацией транспорта добытого угля при наклонном падении угольных пластов и отработки вскрышных пород внедрена на разрезе "Восточный". Данная угольная компания завершила строительство циклично-поточного вскрышного комплекса (ЦПВК) № 1 в 2010 г. За время его работы снизились затраты на электроэнергию и увеличились объемы добычи энергетического топлива. Новейшие технологии также позволили значительно минимизировать нагрузку на окружающую среду.

Сегодня разрез "Восточный" АО "Евроазиатская энергетическая корпорация" (АО "ЕЭК"), входящий в ENRC, реализует крупный инвестиционный проект по строительству цикличнопоточного вскрышного комплекса № 2. Его стоимость составила 195 млн долл. США. Реализация данного проекта позволит на 20 млн кубометров в год увеличить вывоз вскрышных пород.

Разработчиком и основным поставщиком оборудования из высокопрочной стали выступила известная зарубежная фирма. Адаптировали проект к технологическим особенностям разреза "Восточный" специалисты института "Карагандагипрошахт".

Комплекс будет работать по следующей схеме: экскаваторы отгружают горную породу из забоя в большегрузные 40-тонные (и более) автосамосвалы, которые доставляют ее на дробильный комплекс. После этого система конвейеров поднимает раздробленную породу на поверхность, где специальный отвалообразователь укладывает ее в кучи, т.е. в отвалы. Общая длина конвейерных ставов составит более 10 км. Дробильные установки будут оснащены пылеулавливающими устройствами, что позволит существенно снизить выбросы неорганической пыли.

Таким образом, циклично-поточный вскрышной комплекс № 2, так же как и действующий ЦПВК № 1, представляет собой устройство дробильных установок и конвейерных линий. Строительство ЦПВК № 2 выступает очередным важным этапом на пути повышения мощности разреза "Восточный". Благодаря этому сегодня АО "ЕЭК" -- один из крупнейших поставщиков электроэнергии в Казахстане. На долю предприятия приходится порядка 11 % всей вырабатываемой в стране электроэнергии [14; 4].

В последнее время значительная работа проводится по техническому перевооружению угольной компании. Так, технический парк разреза "Восточный" пополнился новым бульдозером марки Liebherr PR 764. Это один из самых больших в мире бульдозеров с гидростатическим приводом стоимостью около 145 млн тенге. Для АО "ЕЭК", входящего в состав ТОО "Евразийская Группа" (ERG), он стал седьмой единицей техники, которую предприятие приобрело для угольного подразделения в 2015 г. На разрезе уже эксплуатируются 12 единиц техники этой марки: экскаваторы, краны, погрузчики и бульдозеры.

По мнению специалистов [15; 1], техника приобретена в замен убывающего оборудования и будет эксплуатироваться на горных работах. Бульдозер разработан специально с учетом высоких требований добывающей промышленности.

Исследуя мировой опыт, можно отметить, что компания Komatsu в период с 2009 по 2011 гг. реализовала проект по использованию роботизированных самосвалов на карьерах чилийской медной корпорации CODELCO. В Австралии компания Pilbara с 2009 по 2012 гг. осуществила проект по созданию 2-х роботизированных карьеров, а на руднике компании Rio Tinto в ближайшее время будут введены в эксплуатацию 150 автономных (работающих без водителей) самосвалов Komatsu 930E-AT. В Канаде корпорация Alberta Mining Corporation планирует разработать проект компании Caterpillar по созданию 8 роботизированных горных производств [11; 18].

В странах СНГ, и прежде всего в России, также проводятся работы по реализации проекта роботизированных карьеров.

В частности, ОАО "ВИСТ Групп" (резидент Государственного фонда "Сколково") уже несколько лет работает над проектом "Интеллектуальный карьер".

Элементы системы "Интеллектуальный карьер", востребованные уже в настоящее время, включают:

· систему предупреждения столкновений;

· роботизированные самосвалы;

· дистанционно управляемое горное оборудование;

· систему дистанционного контроля и диагностики оборудования;

· систему контроля качества технологических дорог;

· систему управления и контроля качества полезных ископаемых;

· систему управления буровзрывных работ (БВР) на основе высокоточной навигации;

· систему управления промышленной безопасностью.

Этапы реализации проекта "Интеллектуальный карьер" следующие:

· роботизированная перевозка самосвалами горной массы по фиксированному маршруту между стационарными пунктами разгрузки-погрузки;

· роботизированная перевозка самосвалами горной массы между экскаваторами и пунктами разгрузки без оснащения дистанционным управлением экскаваторов и другой техники;

· роботизированная перевозка самосвалами горной массы с использованием дистанционно управляемой техники (экскаваторы, бульдозеры, погрузчики и др.).

К настоящему времени автоматизированная система управления Горно-технологический комплекс (АСУ ГТК) "Карьер", являющаяся основой для построения роботизированного горного производства, внедрена в крупных горнодобывающих предприятиях СНГ.

Как считают специалисты [11; 20], создание и ввод в эксплуатацию первого в России и СНГ роботизированного горного производства -- системы "Интеллектуальный карьер" -- позволит:

· повысить производительность открытых горных работ;

· снизить производственные издержки;

· обеспечить безопасную добычу угля в труднодоступных и тяжелых по климатическим условиям регионах;

· "смягчить" проблему нехватки квалифицированных кадров.

· Селективная (раздельная) выемка -- раздельное извлечение из недр каждой разновидности (или сорта) полезных ископаемых (или полезных ископаемых и пустых пород).

На разрезах селективная выемка осуществляется при помощи специальных способов ведения буровзрывных и выемочно-погрузочных работ: совместным взрыванием (рыхлением) и селективной погрузкой; раздельным взрыванием (рыхлением) и раздельной погрузкой. Совместное взрывание применяют при разработке сложноструктурных месторождений, представленных слабыми и средней крепости горными породами с хорошими показателями дробления. При селективной выемке на разрезах наиболее целесообразно применение автомобильного транспорта, позволяющего раздельно перевозить уголь и породу [11; 20].

В Казахстане внедрение селективной технологии выемки осуществлено на Шубаркольском угольном разрезе. Как известно, разработка уникального Шубаркольского месторождения низкозольного энергетического угля началась в 1985 г. Месторождение имеет форму вытянутой чаши длиной около 12 км и шириной около 6 км. Самая глубокая точка залегания угля -- всего 200 метров. При этом толщина пласта доходит до 30 метров, а общий объем запасов составляет порядка 1,5 млрд т. То есть при объемах добычи порядка 10 млн т в год месторождение можно эксплуатировать 150 лет [16; 3].

Всего до 1990 г. на Шубаркольском месторождении было добыто 11 млн т угля. Однако в 90-е годы прошлого столетия из-за известных экономических потрясений разрез пришел в упадок. Объем добычи угля сократился до 800 тыс. т в год.

В 2000 г. предприятие было приобретено акционерами ENRC (ныне ERG) -- Евразийской группы. Опытный менеджмент грамотно подошел к вопросам технического перевооружения разреза, наладил технологию добычи и отгрузки, обеспечил стабильный сбыт. Все это позволило разрезу вернуться в число наиболее передовых угольных предприятий страны.

В 2014 г. на разрезе было добыто 9,7 млн т угля, что является рекордным показателем за все время существования предприятия. Согласно долгосрочной Программе развития АО "Шубарколь комир" к 2022 г. планируется довести уровень добычи полезного ископаемого до 20 млн т в год. Это согласуется с Государственной стратегией развития угольной отрасли РК [17; 3].

Шубаркольский уголь, пригодный как для энергетики, так и для металлургии, имеет высокую калорийность и низкую зольность, с меньшим содержанием серы и влаги, его можно использовать в технологии получения глинозема, частично заменив им российский уголь, а также он является привлекательным для поставок на экспорт.

Сегодня уголь Шубарколя -- это бренд, известный по всей Европе. Ценное топливо поставляется во множество стран мира, включая Великобританию, Италию, Польшу, Румынию и др. Рынок сбыта постоянно расширяется, например, начаты поставки в Японию. Благодаря высокому спросу растет и добыча угля. Осуществляется постоянное обновление парка спецтехники разреза. В частности, АО "Шубарколь комир" стало первым в Казахстане предприятием, которое приобрело 220тонные "БелАЗы". Кроме того, на добыче и отгрузке угля работают машины ведущих мировых производителей. Так, приобретен второй буровой станок DM-45 американского производства. Уже давно внедрили в производство угольные погрузчики Caterpillar, бульдозеры Caterpillar и Dressta известные мировые бренды, которые очень надежны и имеют коэффициент технической готовности и отдачу намного выше, чем ранее использовавшаяся техника.

Сегодня АО "Шубарколь комир" располагает тремя экскаваторами Hitachi с ковшом 21 кубометр. Одна такая единица позволяет отгружать в год до 5 млн кубометров вскрыши и заменяет несколько старых экскаваторов с прямой лопатой.

Рассматриваются перспективы приобретения экскаваторов объемом ковша порядка 30 кубометров. Это позволит еще выше поднять производительность труда и увеличить объемы добычи угля. Также следует отметить, что АО "Шубарколь комир" развивает собственную железнодорожную сеть: за последние пять лет было построено 12887 метров путей. Иначе предприятие просто не сможет принимать и обрабатывать то количество вагонов, которое необходимо для стабильной отгрузки. Ведь на путях здесь одновременно находятся по 1500-2000 вагонов [18; 3].

Одно из стратегических направлений развития АО "Шубарколь комир" -- диверсификация производства, позволяющая расширять ассортимент продукции и обеспечивать страховку от возможных изменений конъюнктуры рынка. Уникальным стало производство спецкокса из шубаркольского угля, который считается не только лучшим по качеству -- с самой низкой зольностью и самой высокой калорийностью, но и наиболее экологически чистым в СНГ. Для утилизации газа и уменьшения вредных выбросов на "Шубарколь комир" построена ТЭС на коксовом газе с установленной мощностью 2 МВт. Полученная здесь электроэнергия полностью закрывает потребности завода по производству спецкокса. Новизна проекта заключается в том, что до настоящего времени коксовый газ не использовался в энергетических газопоршневых установках на территории стран СНГ.



Необходимость существенного преобразования подземной угледобычи на основе прорывных инновационных идей и решений

Оценка специалистов [19; 25] показывает, что подземная угледобыча к настоящему времени подошла к пределу возможностей повышения уровня безопасности горных работ. Накопился целый ряд противоречий между техническими средствами и способами, организационно-техническими, конструктивными и проектными решениями. Используемые организационно-технические решения в отношении средств и способов обеспечения промышленной безопасности угольных шахт во многом устарели и не соответствуют современному уровню развития техники и технологии работ по выемке и транспортировке угля. Сложившиеся требования нормативных документов по обеспечению пылевзрывобезопасности, защите выработок от возникновения эндогенных пожаров, вентиляции, креплению выработок и т.п. не соответствуют современному уровню развития техники и технологии угледобычи: многооперационны, трудоемки, неэффективны.

В последние годы аварии в шахтах все чаще стали перерастать в катастрофы. Всем памятны взрывы метана на шахтах им. Ленина, "Шахтинская", "Абайская" угольного департамента АО "АрселорМиттал Темиртау", унесшие жизни многих горняков.

И это все происходит на самых передовых угольных производствах, спроектированных по прогрессивным технологиям на основе последних представлений и оснащенных новым импортным оборудованием. Вероятно, сопротивление недр земли техногенному вторжению человека нынешними технологиями угледобычи приближается к уровню исчерпания возможностей их безопасного применения, и требуются качественно новые подходы к освоению пространства литосферы.

Отмеченные выше обстоятельства определяют острейшую необходимость существенного и активного преобразования подземной угледобычи в Карагандинском бассейне на основе прорывных инновационных идей и решений.

1. Современные проблемы эксплуатации угольных шахт выдвигают задачу сочетания максимальной производительности с обеспечением достаточности мероприятий по безопасности горных работ при подготовке и отработке выемочных участков. Высокой рентабельности достигают шахты с суточной производительностью не менее 10-15 тыс. т угля. Оптимальной в части концентрации горных работ, стабильной нагрузки на очистной забой и достижения высокой производительности является технология "шахта - лава".

Как показывает опыт работы отдельных передовых шахт УД АО "АрселорМиттал Темиртау", перевод предприятий на режим "шахта - лава" позволяет обеспечить высокопроизводительную работу с безусловным обеспечением безопасности за счет следующих действий:

· снижение количества работников в пределах рабочей зоны действия очистного и проходческих забоев;

· применение современных средств механизации конвейерного транспорта;

· автоматизация системы управления основным добывающим оборудованием с визуализацией всех процессов на пульт диспетчера;

· управление геодинамическим и газодинамическим состояниями.

2. Несмотря на достигнутые успехи в деле профилактики аварийных ситуаций, явившиеся следствием работы в этом направлении ученых, исследователей и производственников, состояние пожаровзрывоопасности на шахтах, как показывает анализ, требует дальнейшего улучшения.

Дегазация угольных пластов и управление газовыделением, имеющие целью предотвратить опасность загазирования выработок, повышают эндогенную пожароопасность. Предварительное физико-химическое воздействие на пласт при дегазации приводит, как правило, к повышению склонности угля к самовозгоранию, а использование способов управления газовыделением с помощью газодренажных штреков и отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства -- к усилению проветривания выработанного пространства и интенсификации окислительных процессов, являющихся причиной низкотемпературного окисления с дальнейшим переходом в стадию самовозгорания угля.

Все это свидетельствует о необходимости совместного, комплексного решения вопроса безопасности в угольных шахтах и невозможности разработки мероприятий по профилактике эндогенных пожаров без учета газовой опасности [20; 73].

Прогнозное газовыделение из разрабатываемого пласта на ряде шахт Карагандинского бассейна может достигать критических значений, и производительность очистных забоев лимитирована по фактору вентиляции. Газовый фактор является одним из главных препятствий на пути увеличения нагрузки на очистной забой. Без кардинального снижения газообильности горных выработок, и в первую очередь разрабатываемого пласта, обеспечить нагрузку, предусмотренную в технологических схемах "шахта-лава", не представляется возможным. Поэтому в технологических схемах подготовки и отработки выемочных участков должны быть предусмотрены новые модули безопасности, включающие ряд следующих элементов:

· управление геодинамическим состоянием массива на основе результатов геодинамического районирования;

· управление геомеханическим состоянием в горных выработках (выбор крепи, активные методы управления горным давлением);

· управление газовыделением (вентиляция и дегазация);

· управление удароопасным и газодинамическим состоянием;

· порядок и контроль горных работ в опасных зонах.

К главным из применяемых средств оценки геодинамического состояния относятся метод геодинамического районирования, сейсмотектонический анализ, геолого-структурный анализ, шахтные наблюдения и комплексный мониторинг измерений напряженного состояния.

С учетом данных прогноза и требований безопасности выбираются технологическая схема подготовки, параметры лавы и горное оборудование в увязке с комплексом систем и средств по контролю за состоянием выработок и профилактическими мерами на основе многофункциональной системы безопасности. Применение такого технологического подхода в концепции "шахта-лава" позволило в горно-геологических условиях шахт УД АО "АрселорМиттал Темиртау" существенно повысить технико-экономические показатели и снизить уровень травматизма шахтеров.

3. Как показывает зарубежный опыт, переход к агрегатной, безлюдной выемке, роботизированной, кибернетизированной добыче угля, использованию принципиально новых технологий, основанных на физических, химических методах извлечения полезного ископаемого, космических, информационных технологий, продолжающийся с конца XX в. и по настоящее время, является актуальным.

Создание роботизированных шахт позволит: во-первых, резко расширить добычу угля; вовторых, будет кардинально решена проблема безопасности на шахтах, так как роботизированные шахты не потребуют регулярного присутствия людей под землей.

4. Научно-производственная фирма "ГРАНЧ", образованная в 1992 г. группой специалистов спецлаборатории Госстандарта СССР, ранее занимавшихся разработкой лазерных систем, в 2009 г. создала комплекс "Умная Шахта"® - ГОРНАСС -- на сегодня наиболее совершенную подземную информационную систему, позволяющую управлять практически любым подземным оборудованием и в режиме реального времени отслеживать местоположение любого человека в шахте [21; 52].

Создав этот комплекс, фирма "ГРАНЧ" продолжает внедрять "космические" технологии в шахтах, оставаясь признанным лидером инновационного технического переоснащения горнодобывающих предприятий.

Созданию комплекса "Умная Шахта"® предшествовал целый ряд выполненных специалистами компании многолетних исследований и разработок. Если кратко и сжато охарактеризовать комплекс, то это единая информационно-управляющая инфраструктура, предназначенная для мониторинга и управления любым технологическим оборудованием в шахте, обеспечения связи и сигнализации, наблюдения, оповещения и поиска людей, застигнутых аварией. Комплекс "Умная Шахта"® постоянно поддерживает связь любого человека, спустившегося под землю, с диспетчером шахты и показывает его местоположение с точностью, в сотни раз превышающей точность любых других известных в мире подземных систем.

Комплекс "Умная Шахта"® -- ГОРНАСС на сегодняшний день включает три системы [21; 53].

· Granch МИС -- многофункциональная измерительная система аэрогазового контроля, передачи информации и управления оборудованием, предназначенная для решения любых задач автоматизации в шахте. На базе Granch МИС созданы и успешно функционируют системы аэрогазового контроля, системы автоматизированного управления конвейерным транспортом, автоматизированного управления шахтным водоотливом, управления энергоснабжением и др.

· Cranch SBGPS -- система наблюдения, оповещения и поиска людей, застигнутых аварией. Она позволяет непрерывно наблюдать местоположение шахтера под землей с погрешностью + 20 м, передает шахтеру команды и сигналы голосовыми фразами, оповещает об опасности и получает подтверждение, что сигнал не только принят, но и осознан, измеряет газовую обстановку вокруг каждого шахтера и передает информацию о ней на пульт диспетчера, подсказывает человеку, находящемуся под землей, правильные действия в зависимости от ситуации.

· Cranch SBAVS -- система громкоговорящей связи, оповещения и сигнализации, которая обеспечивает голосовую связь с диспетчером или любым другим абонентом, группой абонентов, всеми абонентами, осуществляет предпусковую сигнализацию конвейерного транспорта, имеет функции аварийного останова конвейера с индикацией номера сработавшего поста, выдает предупреждающий сигнал не только на стационарные посты, но и на Устройство оповещения, совмещенное с индивидуальным головным светильником.

5. На шахтах крутое залегание пластов предопределяет большую сложность горногеологических условий угледобычи, чем на пологих и наклонных пластах. Для крутых пластов до сих пор не созданы работоспособные механизированные комплексы. Так, неоднократные попытки, предпринимавшиеся отраслевыми научно-исследовательскими институтами и проектно-конструкторскими организациями по созданию и внедрению прогрессивных средств комплексной механизации и технологий механизированной отработки крутых пластов, не привели к положительным результатам.

В связи с этим в настоящее время при разработке шахтных полей с крутыми пластами угольные компании оставляют их нетронутыми и осуществляют выемку угля только из пластов с углом наклона до 35° (более 90 % всей подземной добычи), где возможно применение механизированных комплексов. Кроме того, как показала практика, применение существующих технологий добычи на крутых и крутонаклонных пластах отмечено возникновением эндогенных пожаров, что еще раз подтверждает высокую рискованность отработки крутых и крутонаклонных пластов и объясняет, почему угольные компании предпочитают от нее отказываться, так как их цель -- обеспечить рентабельность угледобычи в сегодняшних условиях, а на таких пластах она существенно ниже.

Однако такой характер недропользования, когда ценные запасы угля остаются просто брошенными, никак нельзя назвать рациональным. Это повышает необходимость продолжения научных поисков совершенствования технологии и техники разработки крутых и крутонаклонных пластов. Вовлечение в разработку запасов угля из крутых и крутонаклонных пластов поможет удовлетворить спрос на качественные угли со значительно меньшими капитальными затратами как при вскрытии запасов уже разрабатываемых шахтных полей, так и при строительстве новых шахт.

Одно из возможных инновационных решений для сложившейся ситуации -- применение на крутых и крутонаклонных пластах технологии гидравлической выемки.

Общим для всех систем разработки при гидравлической добыче угля является следующее:

· очистные работы ведутся, как правило, без крепления забоев;

· длина очистного забоя не превышает эффективной части длины струи гидромонитора, для самоходных машин -- их автономности; в пределах участка уголь перемещается самотечным гидротранспортом по почве выработок или по металлическим желобам.

На гидрошахтах используются в основном четыре способа отбойки [22; 27].

· Гидравлическая отбойка (ГО) -- способ отделения угля от массива с использованием энергии высоконапорной струи воды, формируемой и направляемой на массив угля гидромонитором, и гидротранспорта отбитого материала непосредственно от забоя.

· Механогидравлическая отбойка в коротком очистном забое (МГО) -- отделение угля от массива с помощью механического или комбинированного (механогидравлического) рабочего органа комбайна с обязательным гидротранспортом отбитого материала непосредственно от короткого забоя.

· Механогидравлическая отбойка в длинном очистном забое (МГОК) -- способ отделения угля от массива с использованием механического или комбинированного (механогидравлического) рабочего органа комбайна и транспортировки отбитого материала из забоя (лавы) конвейером или самотеком.