Обґрунтування доцільності впровадження нового кріплення гірничих виробок на вугільних шахтах

Обґрунтування доцільності впровадження нового кріплення гірничих виробок на вугільних шахтах

Анна Кириченко

аспірант кафедри прикладної економіки

Національного гірничого університету, м. Дніпропетровськ

У статті проаналізовано переваги нового гірничого кріплення науково-виробничого центру "Геомеханіка", яке в експериментальному порядку впроваджувалося на деяких вугільних шахтах Донбасу. Розроблено рекомендації економічного характеру з підвищення ефективності прохідницьких робіт. Автор зокрема пропонує відновити практику аналізу дільничної собівартості робіт, яка раніше існувала й дозволяла реально економити засоби за рахунок виявлення й своєчасного усунення різних "вузьких" місць.

Погіршення гірничо-геологічних умов розробки вугільних пластів, пов'язане з переходом деяких шахт Донбасу на глибину до 1300 м, зумовило необхідність створення й впровадження новітніх засобів закріплення гірничих виробок, що є складним та відповідальним процесом у циклі гірничопрохідницьких робіт. Вартість кріплення складає 30-60 % вартості виробки. Цей процес є дуже трудомістким: кріпильні роботи займають 30-50 % трудовитрат на проведення виробки буро-підривним способом та 40-60 % при комбайновій проходці.

Досвід будівництва вугільних шахт свідчить про те, що саме тип кріплення, технологія й механізація його зведення визначають швидкість проведення виробок, якість гірничопрохідницьких робіт та продуктивність праці прохідників [1]. Підвищення стійкості масиву гірських порід, зниження матеріалоємності та вартості кріплення слід забезпечувати через застосування новітніх, нетрадиційних і вдосконалених конструкцій, а також технологій їх зведення. Однією з причин слабкого впровадження зазначених інноваційних рішень є відсутність мотивації вугільної шахти до вдосконалення гірничопрохідницьких процесів шляхом заміни традиційних типів кріплення на кріплення нового технічного рівня (НТР). Деякою мірою це пов'язано з існуючою технологією видобування вугілля, яку приймають залежно від гірничо-геологічних умов залягання вугільних пластів, із консервативністю менеджменту виробництва на гірничих підприємствах, наявністю довгострокових контрактів із виробниками традиційного кріплення, виходячи з обсягів необхідних матеріалів на ремонтні роботи у виробках тощо.

За даними обстежень стану гірничих виробок у шахтах Донбасу, проведених Донецьким національним технічним університетом [2], протяжність підтримуваних виробок сягає понад 16 тис. км, із них близько 80 % мають металеве піддатливе кріплення. При цьому слід відзначити, що за рахунок досконалішого конструктивного вирішення способу закріплення та його виконання у виробках з однаковими гірничо-геологічними умовами гірського масиву металева маса може бути зменшена, а відстань між арковими рамами кріплення (крок закріплення) - збільшена. Металеве кріплення, створене фахівцями Західно-Донбаського науково-виробничого центру "Геомеханіка", дозволяє істотно збільшити відстань між кріпильними рамами та термін їх експлуатації при одночасному зниженні ваги металокомплекту. Зазначене підприємство випускає промислові партії кріплення НТР відповідно до гірничо-геологічних умов його застосування. Кріплення НВЦ "Геомеханіка" зменшує металоємність процесу проведення гірничих виробок, що створює можливість збільшення їх сумарної довжини, унаслідок чого можуть бути підготовлені до виймання додаткові запаси вугілля.

Раціональна конструкція кріплення створює сприятливі умови для зростання обсягу вуглевидобутку шахти. Результати використання кріплень НТР як одного з напрямів інноваційної діяльності на деяких шахтах наведені в табл. 1. Ці результати свідчать про суттєве зниження витрат шахти на ремонт гірничих виробок (до 40 %), зокрема на підривання підошви виробки для відновлення робочого простору.

На відміну від традиційного кріплення АП3, використання кріплень НТР на вугільних шахтах характеризується такими перевагами:

1) триваліший час стійкого стану гірничих виробок, що уможливлює більш продуктивну та економну роботу видобувної дільниці;

2) менші витрати на безпосередньо видобуток 1 т вугілля;

3) більша швидкість проведення підготовчих виробок, необхідних для видобування вугілля та його транспортування з лави;

4) менші витрати на закріплення та ремонт гірничих виробок, які обслуговують видобувну дільницю, за рахунок зниження обсягів робіт із відновлення їх робочого простору;

5) менші витрати на придбання комплектів аркових рам за рахунок зменшення металевої маси кріпильних елементів.

Теоретичній і практичній розробці питань щодо ефективності інноваційних заходів та стимулювання їх упровадження на рівні підприємств із метою підвищення технічного рівня виробництва присвячено багато наукових праць. Н.О.Воронко в роботі [3] запропонував методичні положення з інтенсифікації інноваційних процесів у промисловому виробництві України, а також механізм стимулювання інноваційної діяльності залежно від кінцевих результатів конкретних нововведень. При цьому важливими факторами відзначені здатність та готовність підприємства до інноваційного розвитку. Названі показники дозволяють оцінити відповідність характеристик інноваційного потенціалу підприємства обраному стратегічному напрямку інноваційної діяльності. Ефективність реалізації інновацій у конкретних економічних умовах розглянута в дисертації Л.А. Коваль [4]. Вона розкрила особливості змісту інноваційної діяльності, специфіку мотивів і стимулів до її розвитку, дослідила еволюцію наукової думки стосовно методів спонукання до інноваційної праці. Роль та місце економічного обґрунтування інновацій у посиленні мотивації на науково-методичному рівні встановлені у роботі [5]. Тут визначена необхідність відмови від традиційних недостатньо ефективних підходів до нововведень. П.С. Маковеєв у дисертаційній роботі [6] обґрунтував мотиваційні чинники цілісної системи управління розвитком промислового виробництва з урахуванням його адаптації та ефективного функціонування в умовах ринкового середовища. Розробка інноваційної стратегії підприємства відзначається як відповідальний етап практичної реалізації концепції нововведень. К.В. Мельникова [7] теоретично обґрунтувала систему мотиваційних факторів, які впливають на інноваційну активність робітників підприємства і його керівництва, та доцільність використання різних джерел фінансування інновацій.

Таблиця 1. - Результати впровадження гірничого кріплення конструкції НВЦ "Геомеханіка"

Вирішенню теоретичних і практичних проблем управління мотивацією інноваційної діяльності підприємства в сучасних умовах приділяється постійна увага, про що свідчать вищенаведені та інші наукові праці фахівців. Однак у цих працях недостатньо проаналізовані та визначені причини низького рівня впровадження інноваційної техніки та новітніх технологій виробничих процесів на вугільних шахтах. Вугледобувні підприємства мають специфічні умови господарської діяльності, які пов'язані з видобутком та реалізацією мінеральної сировини при низькому ступені переробки [8]. Посилення стимулювання інноваційної діяльності шахт щодо впровадження новітніх засобів кріплення гірничих виробок потребує вирішення проблеми, яка включає:

- дослідження взаємозв'язку між типами кріплення гірничих виробок та собівартістю підтримання робочого простору;

- проведення наукових і практичних розробок, які визначають умови виробничих процесів видобутку вугілля залежно від способу кріплення виробок;

- мотивацію робітників, зайнятих у впровадженні гірничого кріплення НТР.

Технологічна та економічна складові зазначеної проблеми потребують окремих досліджень, але вони мають поєднуватись із організаційними заходами, спрямованими на утворення організаційних структур на шахті, функціональними обов'язками яких була б підготовка та впровадження інноваційних рішень. У проаналізованих наукових працях визначене місце інноваційної діяльності промислових підприємств у забезпеченні прогресивної спрямованості структурних зрушень та завершенні ринкової реструктуризації на мікрорівні. Метою нашої статті є надання вугільним шахтам обґрунтованих висновків щодо переваг нового гірничого кріплення.

Щоб реалізувати мету, був проаналізований досвід впровадження кріплення НТР у порівнянні із застосуванням традиційного металевого кріплення, широко розповсюдженого на вугільних шахтах Центрального Донбасу [9]. Для оцінки ефективності застосування кріплення того чи іншого типу прийняті сумарні витрати на проведення й утримання гірничої виробки протягом певного часу (декількох місяців, року). Ці витрати розраховані за формулою:

,

де - сумарна вартість комплектів металевого кріплення;

- витрати на гірничопрохідницькі роботи (без урахування вартості металокріплення);

- витрати на металеве кріплення, застосоване для перекріплення (ремонту) гірничої виробки;

- витрати на роботи з перекріплення (ремонту) виробки;

- витрати на підривання підошви гірничої виробки (за обсягом, необхіднім для функціонування вугільної лави).

У результаті була визначена ефективність застосування нового й традиційного кріплення для різних варіантів гірничо-геологічних умов й особливостей технології проведення гірничих виробок (табл. 2).

Таблиця 2. - Показники проведення гірничих виробок при використанні традиційного кріплення

У першому варіанті виробку довжиною 1000 м проходять на глибині 300 м у породах міцністю за шкалою М.М. Протод'яконова f = 1,0 і коефіцієнтом Пуассона 0,37. Для закріплення виробки поперечним перетином 9,2 м2 прийняте традиційне серійне аркове кріплення. Вартість комплекту кріплення - 2500 грн. Крок зведення металевих арок - 1,0 м. Виробки проводить бригада прохідників кількістю 40 осіб. Заробітна плата в бригаді складає в середньому 1500 грн./міс. Після проведення виробка до початку перекріплення (ремонту) знаходиться в експлуатації 480 діб.

У другому варіанті гірничу виробку такою ж довжиною, як у варіанті 1, проводять на глибині 500 м у породах міцністю f = 2,5 та коефіцієнтом Пуассона 0,35. Кріплення виробки поперечним перетином 11,7 м2 здійснюється з використанням традиційного кріплення. Відстань між арковими рамами - 0,8 м, робочий і максимальний опори кріплення - 200 і 400 кН відповідно. Чисельність бригади прохідників - 50 осіб, їх середня заробітна плата - 1500 грн./міс. Після проведення виробка знаходиться в експлуатації 180 діб до початку підривання підошви і 180 діб - до початку її перекріплення.

Виробку в третьому варіанті довжиною 1000 м проводять на глибині 700 м у породах середньої міцності (f = 2,5, коефіцієнт Пуассона - 0,3). Для закріплення виробки поперечним перетином 12 м2 у цих умовах прийняте традиційне аркове кріплення. Вартість металевого комплекту - 2800 грн. З урахуванням складності умов крок зведення аркових рам - 0,5 м. Робочий і максимальний опір кріплення, відповідно, 200 і 400 кН. Виробку проводить бригада прохідників чисельністю 50 осіб. Середній заробіток прохідників у бригаді - 1500 грн./міс. Після проведення виробка знаходиться в експлуатації 180 діб до підривання підошви і 360 діб до перекріплення.

Результати розрахунку показників гірничопрохідницьких робіт за вказаними варіантами представлені в табл. 2. Ці результати відповідають даним, наведеним у звітних документах шахт у частині витрат на проходку виробок у різних за складністю умовах експлуатації.

На основі виконаного аналізу встановлено, що найбільші витрати пов'язані з проведенням виробки. Ці витрати по варіантах, що розглядаються, складають відповідно 68,0 %, 85,8 % та 83,4 %. Решта витрат (32,0 %,...16,4 %) обумовлена перекріпленням і підриванням підошви виробки (табл. 2). Саме вони можуть бути усунені або зменшені при застосуванні новітніх засобів кріплення. При цьому витрати ростуть непропорційно швидко з погіршенням гірничо-геологічних умов проведення виробки, зі зменшенням швидкості її проведення та збільшенням тривалості експлуатації.

Застосування нових типів металевого кріплення, вартість якого перевищує вартість традиційних серій, дозволяє істотно підвищити економічну ефективність проведення виробки в цілому, оскільки в цьому випадку підривання підошви й перекріплення виробки не здійснюють або суттєво зменшують. При застосуванні кріплення НТР, яку пропонує НВЦ "Геомеханіка", витрати по приведених вище варіантах проходки виробок за результатами розрахунків показані в табл. 3. Графічне зображення кількісних оцінок витрат на гірничопрохідницькі роботи та ремонт пошкоджень кріплення діючих виробок показане на рис. 1. Із наведених даних випливає, що виробнича собівартість гірничопрохідницьких робіт, кріплення виробки та її утримання, підривання підошви при застосуванні новітніх техніки й технології порівняно з традиційними засобами зведення й утримання виробки знижується відповідно до варіантів кріплення на 24,9 %, 12,4 %, 15,3 %. Загалом зміна гірничо-геологічних умов розташування транспортних та вентиляційних штреків у гірському масиві при поглибленні видобувних горизонтів з 300 м до 700 м приводить до зміни сумарних витрат на зведення цих виробок у 3-5 разів і більше.

Таблиця 3. - Порівняльна оцінка витрат на проведення гірничих виробок при застосуванні різних типів кріплення

Рис. 1. Питомі витрати на укріплення, утримання й ремонт шахтного кріплення традиційного типу та НВЦ "Геомеханіка".

Досвід застосування металевого аркового кріплення нового технічного рівня при проходці більше 100 виробок на вітчизняних і зарубіжних шахтах свідчить про його істотні переваги. У той же час перехід видобувних робіт на великі глибини вугільних шахт викликав необхідність використання комбінованих анкерно-аркових кріплень, які більшою мірою відповідають ускладненим умовам експлуатації. Природно, що й нове аркове, й комбіноване анкерно-аркове кріплення коштують дорожче, ніж кріплення, що серійно випускається. Проте, як показують виробничий досвід і можливі результати розрахунків, ефективність кріплення гірничих виробок при використанні кріплення НТР може бути істотно підвищена. Цей висновок підтверджується результатами досліджень проявів тиску гірських порід у виробках на шахтах-лідерах вугільної галузі (шахта ім. О.Г. Стаханова, ДП "Макіїввугілля" та інших). Позитивні результати експлуатації нового кріплення на цих шахтах, перш за все в напрямку зниження витрат на гірничопрохідницькі роботи, визначили широку область і сприятливі перспективи їх ефективного застосування.

Висновки

Отже, ефективним шляхом поліпшення економічних показників інноваційної діяльності вугільних шахт є впровадження кріплення нового технічного рівня. Ці кріплення забезпечують підвищення економічності вуглевидобутку, причому зазначений ефект при поглибленні горизонту розташування виробок, що обслуговують виймальну лаву, зростає. Досвід застосування кріплення, запропонованого НВЦ "Геомеханіка", на багатьох шахтах показав його істотні переваги порівняно з традиційним серійним кріпленням і, передусім, у собівартості гірничих виробок (витрати знижуються на 12-25 %). Обмежене застосування новітніх технічних засобів та технологій укріплення транспортних і вентиляційних штреків зумовлений слабкою зацікавленістю шахт у впровадженні нововведень, а також недостатньою інформованістю фахівців, що мають займатися цими питаннями, про переваги тих чи інших інновацій. Для підвищення ефективності прохідницьких робіт на вугільних шахтах рекомендується:

1) відновити практику аналізу дільничної собівартості робіт, яка раніше існувала й дозволяла реально економити засоби за рахунок виявлення й своєчасного усунення різних "вузьких" місць;

2) прогнозувати зміну навантажень на кріплення та їх податливість у виробках;

3) розробити методику планування витрат на проходку гірничої виробки, яка б відрізнялася простотою й забезпечувала надійні й достовірні результати рішення практичних задач вибору раціонального типу кріплення.

Література

1. Заславський Ю.З., Дружко Е.Б. Новые виды крепи горных выработок. - М.: Недра, 1989. - 256 с.

2. Касьян Н.Н., Новиков А.О., Петренко Ю.А., Овчаренко Н.А. Разработка технологий ведения ремонтных работ, обеспечивающих устойчивость выработок в послеремонтный период // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. - № 6. - С. 201-205.

3. Воронко Н.О. Організаційно-економічне забезпечення інноваційної діяльності в промисловості: Автореф. дис. канд. екон. наук. - Харків, 2001.

4. Коваль Л.А. Соціально-економічні важелі активізації інноваційної праці на промислових підприємствах: Автореф. дис. канд. екон. наук. - К., 2002.

5. Економіка й організація інноваційної діяльності / О.І. Волков, М.П. Денисенко, А.П. Гречан та ін. - К.: ВД "Професіонал", 2004. - 960 с.

6. Маковеєв П.С. Мотиваційні механізми управління розвитком промислового виробництва: Автореф. дис. д. екон. наук. - К., 2000.

7. Мельникова К.В. Управління мотивацією інноваційної діяльності підприємства: Автореф. дис. канд. екон. наук. - Харків, 2004.

8. Ходжаев Р.Ш., Огаркова Е.В., Тен Н.В. Себестоимость добычи угля по участку и шахте. - М.: Недра, 1991. - 144 с.

9. Обобщение опыта крепления и охраны подготовительных выработок / С.И. Егоров, Ю.М. Халимендик, Э. П. Курченко и др. // Уголь Украины. - 2002. - № 5. - С. 10-12.