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

· Взрывогидравлическая отбойка (ВГО) -- отделение угля от массива с предварительным рыхлением пласта взрывчатыми материалами, затем отбойка угля струей воды и гидротранспорт отбитого материала непосредственно из забоя.

Гидравлический способ добычи угля успешно применялся на шахтах Кузбасса и Донбасса в 1960-1980-х гг. К основным преимуществам гидротехнологии относятся: быстрая адаптация очистной выемки к изменению горно-геологических условий залегания пласта; отсутствие людей в очистном забое; поточность и малооперационность; существенное повышение безопасности технологии по сравнению с механическим способом добычи за счет увлажнения угольного массива и воздуха в забое.

Вместе с тем способ гидродобычи имеет и ряд недостатков: большие потери и переизмельчение угля, необходимость его последующего обезвоживания, проблемы с очисткой воды и т.п., что также сужает область её использования. Часть отмеченных недостатков (тонкое измельчение, необходимость обезвоживания) может стать несущественной при использовании угля для производства водоугольного топлива.

Кроме того, промышленное применение средств гидромеханизации очистных работ показало, что одним из основных факторов, ограничивающих область применения гидравлического способа безлюдной выемки угля, является крепость угля по шкале проф. М.М. Протодьяконова [11; 20].

· Проведенным исследованием [23; 80] определено, что возможной перспективой развития угольной индустрии при подземной добыче угля Карагандинского угольного бассейна является ряд технологических решений:

· полная перепланировка существующих и объединенных шахтных полей таким образом, чтобы вскрытие, подготовка и системы разработки позволяли отработку выемочных полей значительных размеров (протяженностью выемочных полей не менее 2,5-3,5 км и длиной лавы 250-350 м);

· применение технологических схем с разворотами очистных комплексов или с перемонтажом комплекса по прогрессивной схеме в соседнюю смежную монтажную камеру;

· применение полевых промежуточных выработок для увеличения длины выемочного столба; уменьшение объема поддерживаемых горных выработок до 10-15 км на одну лаву (в настоящее время -- 50-60 км);

· вовлечение в разработку маломощных и сложноструктурных пластов (20-25 % запасов в Карагандинском бассейне);

· повторная разработка ранее оставленных запасов; использование попутно выделяющегося метана в бытовых и производственных целях; создание импортозамещающих производств;

· диверсификация производства (переориентирование -- переучивание высвободившихся рабочих новым профессиям); доведение на каждой шахте числа работающих до 500-1000 чел;

· лизинг оборудования; отработка пластов в сложных горно-геологических условиях, в том числе предохранительных охранных целиков, запасов, оставленных около геологических нарушений, нетрадиционными схемами очистных работ -- короткими очистными забоями с использованием очистных и проходческо-добычных комплексов;

· развитие геотехнологических шахтных разработок -- подземной газификации;

· создание техники для сложных горно-геологических условий;

· производство брикетов из шлама; применение рациональных форм организации труда и улучшение использования существующего оборудования; повышение безопасности ведения горных работ;

· увеличение расходов на социальные нужды; полезное использование породы в шахте. Внедрению высокоэффективных технологических схем с интенсивной выемкой угольных пластов препятствуют причины, обусловленные природными и горнотехническими факторами: уменьшение размеров выемочных полей на действующих горизонтах из-за выборочной отработки шахтных полей и сложности планировки горных работ; усложнение горно-геологических и горнотехнических условий разработки горных пластов, создающих трудности для использования традиционных способов выемки угля; углубление горных работ, что ведет к увеличению затрат на проведение и поддержание горных выработок, проветривание, управление горным давлением в очистных забоях и снижению безопасности работ.

7. Шахтами Карагандинского бассейна за весь период работы было добыто около 1,8 млрд т угля. Примерно такое количество угля было оставлено в недрах в виде различных потерь, где на каждую 1 т угля приходится 0,7 т временно потерянного. Среди них значительную часть занимают запасы углей, залегающие в маломощных и сложноструктурных пластах, в том числе и забалансовых.

В настоящее время почти все шахты УД АО "АрселорМиттал Темиртау" (кроме шахты "Казахстанская") разрабатывают мощные и средней мощности пласты. В то же время маломощные пласты, запасы которых значительно превышают запасы мощных и средней мощности пластов, либо подработаны, либо еще не вскрыты. В таблице 2 представлены соотношение этих запасов и возможные сроки их отработки.

Условия залегания маломощных пластов на шахтах Карагандинского бассейна разнообразны и отличаются следующими особенностями [24; 83]:

· все пласты, подлежащие вскрытию и первоочередной выемке, расположены выше отметки действующего горизонта, где разрабатываются мощные и средней мощности пласты;

· значительная часть маломощных пластов подработана горными работами на мощных и средней мощности пластах; так, например, в Долинской свите подработаны все пласты, залегающие выше пласта д6, а в Карагандинской свите -- пласты, залегающие выше пласта к12 и к10;

· наклонная высота с верхней границы до нижне действующего горизонта составляет от 1000 до 1500 м;

· маломощные пласты, особенно Долинской свиты, на значительной площади имеют некондиционную площадь, размывы и сложную структуру;

· при проведении горных выработок и очистной выемке маломощных пластов выход породы составит не менее 15-18 % от общей добычи угля и др.

Таблица 2. Промышленные запасы на мощных средней мощности и маломощных пластах в Карагандинском бассейне

Примечание. Использованы данные работы [24; 83].

Разработка технологических схем выемки на маломощных и сложноструктурных пластах и область их эффективного применения в целях выпуска на угольный рынок конкурентоспособной продукции -- актуальная научно-техническая проблема для отрасли в целом и для Карагандинского угольного бассейна в частности.

Создание механизированных комплексов для выемки тонких некондиционных пластов мощностью менее 0,7 м с присечкой породы и оставлением ее позади лавы в выработанном пространстве позволит перевести эти пласты в кондиционные.

Достижение экономического, технологического и экологического эффекта возможно в результате эффективной разработки маломощных и сложноструктурных угольных пластов высокопроизводительными очистными забоями при решении комплекса следующих взаимоувязанных задач [24; 84]:

· разработка технологических схем вскрытия, подготовки и ведения высокопроизводительных очистных работ по отработке маломощных и сложноструктурных пластов;

· формирование технолого-экономических принципов формирования технологических схем высокопроизводительных лав для эффективной разработки маломощных и сложноструктурных пластов;

· реализация экономико-математической модели технологических схем при разработке маломощных и сложноструктурных пластов.

Там, где невозможно или экономически нецелесообразно использование традиционных способов добычи -- разработка тонких пластов, извлечение угля из целиков или из зон геологических нарушений, -- может и должна применяться бурошнековая технология [25; 82].

Сущность бурошнековой выемки угля (и других полезных ископаемых) состоит в выбуривании скважин без крепления выработанного пространства. Между скважинами оставляются целики, которые обеспечивают поддержание кровли. Разрушенный уголь шнеками транспортируется из скважины и далее грузится на скребковый конвейер. Бурошнековая технология имеет серьезные преимущества. Люди работают в относительно комфортных условиях в закрепленном штреке, обслуживанием машины заняты всего 5-6 человек в смену, стоимость бурошнековой машины значительно ниже, чем оборудование для добычи угля комбайновым способом. Но есть и недостатки, основной из которых остается достаточно много угля в межскважинных целиках.

В Карагандинском бассейне сложность проблемы развития горных работ на более глубоких горизонтах связана с тем, что основные запасы угля находятся на глубинах 400 - 600 м и свыше 600 м, а средняя глубина шахт составляет 500 м.

Ключевыми задачами по внедрению прогрессивных систем разработки в условиях глубоких горизонтов являются [23; 81]:

· разработка способов охраны подготовительных выработок, обеспечивающих их устойчивое состояние за лавой в течение времени отработки столба, при залегании в почве пласта пород, склонных к интенсивному пучению;

· создание способов управления горным давлением, нейтрализующих отрицательное влияние глубины на состояние непосредственной кровли и исключающих ее обрушение в призабойное пространство, особенно при крепях поддерживающего типа, применяемых на маломощных пластах.

Выбор технологии, помимо конкретных горно-геологических и горнотехнических условий, зависит на действующих шахтах также от их производственной мощности, схем вскрытия и подготовки рабочего горизонта, которые зачастую ограничивают эффективность системы разработки и не позволяют реализовать технические возможности средств механизации.

Решить горнотехнические проблемы повышения технико-экономической эффективности работы очистных забоев только за счет оснащения их лучшими зарубежными образцами, очевидно, нельзя. Решение должно основываться на соответствии внедренному высокопроизводительному, надежно функционирующему оборудованию способов подготовки и систем разработки, схем планировки и раскройки шахтных полей. Только такая увязка всех технических и технологических решений позволит полностью реализовать потенциальные возможности внедряемого очистного оборудования нового технического уровня.

В последнее время в области угледобычи предусматриваются также внедрение и распространение следующих инновационных технологий и проектов [11; 20-21]:

· технология открыто-подземной добычи угля при отсутствии людей в очистных забоях. При применении этой технологии решаются три основные задачи: первая -- безопасность рабочих, вторая

· высокая производительность труда, третья -- рациональное использование недр за счет выемки запасов угля, которые не могут быть отработаны традиционными технологиями;

· усовершенствованная технология отработки мощных угольных пластов при открытоподземной добыче угля, разработанная в Институте СО РАН (Россия), позволяющая в 2-3 раза снизить металлоемкость и эксплуатационные затраты по сравнению с обычным способом. При ведении работ по технологии отработки мощных угольных пластов для открыто-подземной разработки последовательность ведения работ следующая. Уголь сначала добывают на карьере (угольном разрезе): снимают сверху породу, вынимают сырье, но постепенно слой, который нужно убрать, превышает мощность угольного пласта. В таком случае "откапывать" полезное ископаемое становится невыгодно: лучше добывать его подземным способом, т.е. в шахте. Это и есть открыто-подземная разработка. В Институте СО РАН (Россия) совместили две технологии: так называемую систему с выпуском и безразгрузочный комплект передвижных опор с созданием гибкого перекрытия. Если представить угольный пласт в вертикальном разрезе, то внизу будет как раз система с выпуском, которая представляет собой механизированный комплекс с дозируемым выпуском угля через специальные люки. Данная технология была усовершенствована и сначала решено было отрабатывать верхний слой с помощью облегченного оборудования, при этом разделять породу и уголь полимерной сеткой [26; 42-43];

· использование инновационной технологии работы в сочетании с проходческим комбайном с самоходным вагоном при подготовке новой лавы, что является одной из передовых технологий в настоящее время. Практически все шахты ОАО "Воркутауголь" (Россия) используют эту технологию.

Перспективной представляется и комбинация различных технологий для обеспечения полноты и эффективности выемки запасов углей. Суть комбинации заключается в том, что часть запасов отрабатывается, например, высокопроизводительными длинными очистными забоями, а участки, не подходящие для добычи по этой технологии (в целиках, между крупными геологическими нарушениями, участки неправильной формы и т.д.), отрабатывают альтернативными технологиями.

Обобщая сказанное ранее, хотелось бы отметить, что в целом реализация приведенных выше инновационных технологий и проектов в области добычи угля позволит значительно повысить производительность труда, улучшить технико-экономические показатели шахт и разрезов, предполагает заметное снижение количества несчастных случаев.

Список литературы

1. Базилевич А.И. Инновационный менеджмент предприятия: Учеб. пособие. -- М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. -- 231 с.

2. Афонин И.В. Инновационный менеджмент: Учеб. пособие. -- М.: Гардарики, 2005. -- 224 с.

3. Гугелев А.В. Инновационный менеджмент: Учебник. -- М.: Изд.-торговая корпорация "Дашков и К0", 2007. -- 336 с.

4. Стариков А.П., Изыгзон Н.Б. Методическое обеспечение адаптации угледобывающей компании к инновационной модели технологического развития // Уголь. -- 2009. -- № 9. -- С. 24-26.

5. Петренко Е.В. Развитие инновационной деятельности в угольной отрасли России // Уголь. -- -- № 1. -- С. 30-34.

6. Изыгзон Н.Б. Разработка инвестиционной стратегии развития угольной промышленности России. -- М.: ФГУП ЦНИЭИ уголь, 2008. -- 108 с.

7. Штейнцайг Р.М. Некоторые аспекты развития угольной промышленности // Уголь. -- 2008. -- № 9. -- С. 12-15.

8. Каренов Р.С. Энергетический менеджмент: Учеб. пособие. -- Караганда: ТОО "Арка и К", 2015. -- 296 с.

9. Плакиткина Л.С. Анализ развития угольной промышленности в Республике Казахстан в период с 2000 по 2014 гг. и тенденции перспективного развития // Уголь. -- 2015. -- № 4. -- С. 80-82.

10. Глинина О. Рынок угля -- 2012: инфраструктура, экспорт, вызовы и перспективы // Уголь. -- -- № 5. -- С. 104-108.

11. Плакиткина Л.С. Систематизация основных направлений инновационных решений в угольной промышленности России. Основные инновационные решения в области добычи угля // Горная промышленность. -- -- № 3 (121). -- С. 16-21.

12. Щукин В.К., Мелехов Д.П. Трансформация технологий добычи угля на разрезах Экибастузского месторождения, новые решения -- путь к мировым стандартам // Уголь. -- 2015. -- № 6. -- С. 12-17.

13. Горбунов С. "Богатырские" перспективы // Казахстанская правда. -- 2015. -- 24 июня. -- С. 1 и

14. Турабаева Г. Инвестиции приносят успех // Казахстанская правда. -- 2013. -- 24 авг. -- С.

15. Горбунов С. Мировая техника горняков // Казахстанская правда. -- 2015. -- 30 июля. -- С.

16. Буянов С. Кладовая Сары-Арки // Индустриальная Караганда. -- 2015. -- 2 июля. -- С.

17. Буянов С. "Шубарколь комир": энергия лидерства // Индустриальная Караганда. -- 2014. -- 26 авг. -- С.

18. Буянов С. Золотой фонд Шубарколя // Индустриальная Караганда. -- 2015. -- 2 июля. -- С.

19. Прокопенко С.А. Новые возможности освоения угольных месторождений // Горная промышленность. -- --№ 2 (108). -- С. 24-31.

20. Емелин П.В., Устинков С.С., Сергеев В.Я., Баймульдин М.К. Управление газовыделением на пластах, склонных к самовозгоранию, на шахтах Карагандинского угольного бассейна // Уголь. -- 2012. -- № 7. -- С. 73-74.

21. Инновационные разработки по переоснащению угольных шахт на основе космических технологий // Горная промышленность. -- 2014. -- № 1 (113). -- С. 52-53.

22. Мучник В.С., Голланд Э.Б., Маркус М.Н. Подземная гидравлическая добыча угля. -- М.: Недра, 1986. -- 223 с.

23. Кушеков К.К. Оценка проблем технологии отработки угольных пластов коксующихся углей Карагандинского бассейна // Уголь. -- 2012. -- № 7. -- С. 80-81.

24. Кушеков К.К. Проблема вскрытия и разработки маломощных пластов, оставленных выше действующих горизонтов шахт Карагандинского бассейна // Уголь. -- 2012. -- № 6. -- С. 83-84.

25. Швиченко А.В. Направления совершенствования техники для бурошнековой выемки угля в подземных условиях //Уголь. -- 2011. -- № 5. -- С. 82.

26. Клишин В.И., Писаренко М.В. Научное обеспечение инновационного развития угольной отрасли // Уголь. -- 2014. --№ 9. -- С. 42-45.

Размещено на Allbest.ru