microbik.ru
1
Доклад

директора по добыче и обогащению угля ДТЭК Андрея Смирнова:

«Основные проблемы предприятий угольного блока компании ДТЭК в свете научно-технического сотрудничества с институтами Академии наук Украины»
Угледобывающие предприятия, входящие в компанию ДТЭК, по уровню достигнутых в настоящее время технико-экономических показателей являются безусловными лидерами угольной отрасли Украины. Вместе с тем дальнейшее развитие бизнеса сдерживается рядом достаточно острых проблем, имеющих как общий характер для технологии подземной добычи угля, так и специфические особенности для условий деятельности предприятий компании. В своем кратком выступлении я выделю наиболее важные из них.


  1. Низкая достоверность прогнозирования геологических нарушений и напряженного состояния горного массива в процессе подготовки и отработки очистных забоев.

Ошибки прогнозирования структуры и состояния горного массива приводят к непредвиденной встрече разрывных геологических нарушений. Это вынуждает осуществлять дорогостоящие работы по перемонтажу действующих лав, приводит к потерям промышленных запасов угля и повышает эксплуатационные затраты на добычу. Подтверждением этого является отработка 1049 лавы ш. «Днепровская», где нарушение амплитудой от 1,0 до 5,2 м не было вскрыто выработками, и располагалось внутри выемочного столба. В процессе отработки лавы зольность и себестоимость добываемой горной массы были существенно выше запланированных, а добыча угля, соответственно, ниже.

С аналогичными проблемами периодически сталкиваются шахты ООО «ДТЭК Свердловантрацит» и ООО «ДТЭК Ровенькиантрацит»).

В настоящее время прогнозирование состояния массива на шахтах осуществляется в основном методом пластовой сейсмики. При его использовании мы стоим перед следующей дилеммой:

– немецкая технология DMT довольно дорогая (60-80 тыс. евро на очистной забой с учетом затрат на доставку оборудования в Украину);

– ее украинский аналог УкрНИМИ характеризуется меньшими затратами (до 500 тыс. грн. на очистной забой), но в условиях шахт Западного Донбасса показал низкую эффективность.

В стадии научной проработки находится акустический метод НГУ, основанный на применении системы АК-1. Практических результатов пока получить не удалось, но работа в этом направлении ведется.

Для дальнейшего повышения технического уровня угледобывающих предприятий компании, увеличения объемов и безопасности добычи нам необходимы надежные средства и методы контроля состояния горного массива. Их применение позволит правильно формировать и, главное, успешно реализовывать оперативные и стратегические программы развития горных работ на шахтах.



  1. Низкая достоверность прогнозирования динамики напряженного состояния горного массива при отработке очистных забоев.

При ведении очистных работ на шахте «Самарская» мы столкнулись с мощными динамическими проявлениями горного давления в виде оседаний пород основной кровли, которые периодически приводили к посадкам механизированных крепей «на жесткую» базу. На устранение и ликвидацию последствий аварийных ситуаций тратились значительные средства, возникали довольно большие риски травмирования персонала и выхода из строя дорогостоящего очистного оборудования.

Аномальные проявления горного давления в очистных забоях, также, имели место на шахтах «ДТЭК Шахта Комсомолец Донбасса» и ООО «ДТЭК Свердловантрацит».

Мировой опыт показывает, что эти грозные явления можно прогнозировать на основе трехмерного моделирования динамики напряженного состояния горного массива в окрестности очистной выработки. Для этого используются известные компьютерные модели Flac 3D (метод конечных разностей), 3DEC (метод конечных элементов) или их аналоги. Минимальная стоимость таких пакетов составляет примерно 20 тыс. USD. Консультации по их адаптации к конкретным условиям также весьма дороги.

Основные направления решения проблемы, по нашему мнению, состоят в следующем:

– создание аналогичных, но более дешевых отечественных программных продуктов-аналогов;

– оказание специалистами НАН Украины квалифицированных консультаций.



  1. Отсутствие высокопроизводительных технологий отработки угольных пластов, опасных по газодинамическим явлениям.

Угроза повышенного метановыделения и возникновения газодинамических явлений существенно сдерживает темпы горных работ на шахтах «ДТЭК Шахта Комсомолец Донбасса» и ООО «ДТЭК Добропольеуголь». В перспективе с ростом глубины разработки проблема будет обостряться и на других предприятиях. Устранить имеющиеся ограничения можно за счет создания научно обоснованной системы комплексного (одновременного) прогноза и газовыделения и выбросов.

Самая эффективная из известных комплексных систем борьбы с метаном и выбросами действует на сегодня в Германии. Основа системы – оригинальная методика определения (уточнения) природной газоносности угля в процессе проведения подготовительных выработок. Полученные с ее помощью данные о фактическом содержании метана в угле, уровне пластового давления в массиве и скорости десорбции газа позволяют проектировать системы дегазации, рассчитывать безопасные объемы добычи и определять месторасположение выбросоопасных зон. Система гарантированно позволяет осуществлять безопасную отработку угольных пластов на глубинах до 1500 м. Ее эффективность доказывает тот факт, что последнее зарегистрированное газодинамическое явление в шахтах Германии в виде микро-отжима угля произошло в 2002 году.

Поскольку сложная природа повышенного газовыделения и возникновения выбросов еще недостаточно изучена в Украине, на сегодня мы не имеем настолько эффективных методов борьбы с этими грозными явлениями. Вместе с тем, для нас очевидно, что решение таких вопросов «по зубам» только академической науке. В конечном итоге, хотелось бы обладать технологичными, достоверными комплексными методами прогноза газодинамических явлений, которые не сдерживают темпы ведения очистных и подготовительных работ.



  1. Отсутствие научных основ дегазации и добычи метана в условиях низкопроницаемых массивов Донбасса.

Донбасс отличается от других угольных месторождений мира тем, что его вмещающий массив имеет предельно низкие показатели газовой проницаемости (США: 0,5-50 Дарси; Германия: 7*10-3-10-4 Дарси; Донбасс: от 0 до 0,4*10-5-2*10-5 Дарси). Низкая проницаемость пород делает невозможной фильтрацию метана в нетронутом массиве и существенно затрудняет ее при ведении горных работ. В результате предварительная дегазация на наших шахтах отсутствует, а эффективность подземной дегазации пока, к сожалению, существенно ниже, чем на предприятиях других угольных бассейнов.

Создание основ эффективной дегазации (добычи) метана позволит нашим предприятиям:

– существенно повысить уровень безопасности горных работ по газовому фактору;

– устранить ограничения добычи по фактору проветривания;

– получить новые возможности в области энергосбережения на основе промышленной добычи метана.

Задача кардинального повышения эффективности дегазации наиболее остро стоит на шахтах ООО «ДТЭК Добропольеуголь», ПАО «ДТЭК Шахта Комсомолец Донбасса», ПАО «ДТЭК Павлоградуголь». Эти предприятия уже сегодня вынуждены ограничивать возможности добычной техники из-за «газового фактора».

Проблема однозначно имеет академический масштаб, поскольку связана с изучением сложных процессов десорбции и фильтрации метана в угольных пластах и трещиноватых породных массивах.



  1. Совершенствование технологий закладочных работ для более полного извлечения запасов и оставления породы в шахте.

Существующая промышленная технология подземной отработки угольных пластов требует оставление охранных целиков для защиты зданий и сооружений на земной поверхности. На шахтах Западного Донбасса в охранных целиках под социально значимыми поверхностными объектами содержится более 100,5 млн. т промышленных запасов угля. Охранный целик под центральными районами г. Кировское («ДТЭК Шахта Комсомолец Донбасса») вмещает 21,3 млн. т. Эти запасы можно было бы добывать при наличии эффективных технологий закладки выработанного пространства, позволяющих снижать деформации поверхности до безопасного уровня.

Кроме увеличения промышленных запасов решение проблемы закладки приводит к уменьшению объемов породы, выдаваемой на поверхность. Данные нашего мониторинга показали, что прямые производственные затраты на выдачу 1 т породы из шахты в отвал составляют примерно 50 грн. С увеличением длины подземных выработок и расстояния от шахты до отвала эти затраты будут расти, что негативно влияет на технико-экономические показатели добычи.

Технологии закладочных работ достаточно хорошо известны в мире. Однако, они имеют небольшое распространение по причине высокой стоимости на всех стадиях использования: от проектирования до внедрения. На шахтах Украины закладка выработанного пространства в настоящее время не применяется. Из отечественных разработок можно вспомнить только пневмо-закладочный комплекс «Титан», который был снят с серийного производства по причине низкой эффективности в 90-е годы.

Предложение:

– на основе анализа мирового опыта разработать комплекс конкурентоспособных отечественных технологий закладки выработанного пространства, эффективных для условий Донбасса.



  1. Комплексное использование породных отвалов угольных шахт.

Шахты Западного Донбасса ежегодно выдают на поверхность и складируют в отвалы более 2,5 млн. т породы. На сегодня 4-ре из 10-ти действующих в регионе отвалов практически полностью заполнены. Это поставило компанию ДТЭК перед непростым выбором: либо мы продолжаем создавать новые отвалы, либо ищем эффективные способы переработки старых. Для реализации первого традиционного направления требуется в кратчайшие сроки получить разрешения на землепользование значительными участками. Это выведет их из сферы сельскохозяйственного использования. Второе направление – инновационное и требует поиска принципиально новых подходов.

Немаловажная сторона проблемы отвалов экологическая. Они могут гореть, размываться, разрушаться под воздействием природных факторов. Все это приводит к загрязнению окружающей среды со всеми вытекающими из этого социальными и экономическими последствиями.

В настоящее время на шахтах Украины используются две основных технологии переработки породных отвалов:

– производство строительных и сыпучих материалов;

– извлечение угля.

Обе технологии имеют довольно ограниченное применение и в ближайшей перспективе вряд ли позволят решить проблему отвалов. Основная причина этого – довольно высокая себестоимость производимой конечной продукции.

Более перспективной, по крайней мере, на первый взгляд, выглядит концепция, рассматривающая отвалы как техногенные месторождения. В этой связи вполне правомерен вопрос о всесторонней оценке состава терриконов на предмет наличия в них полезных компонентов: соединений черных, цветных и редкоземельных металлов, а также других дефицитных видов минерального сырья. Зная состав и содержание полезных компонентов в отвалах можно начать формирование долгосрочной, научно обоснованной программы их комплексного использования, включающей как применение известных технологий, так и создание новых.

Предлагаем академической науке принять участие в решении этой актуальной проблемы. Мы готовы обсуждать возможные варианты сотрудничества на уровне экспертов и специалистов.



  1. Комплексная очистка шахтных вод.

Согласно заключению ведущих экспертов в области экономики, сделанному на Всемирном экономическом форуме в Давосе в январе 2012 года, дефицит пресной воды в настоящее время является второй из пяти главных угроз для развития человечества. Компания ДТЭК остро ощущает эту угрозу, особенно в регионах влияния наших предприятий. Самая тяжелая ситуация, безусловно, имеет место в Луганской области (ООО «ДТЭК Свердловантрацит», ООО «ДТЭК Ровенькиантрацит»), где вода подается с ограничениями по времени. Несколько лучше в этом плане выглядят Донецкая и Днепропетровская области (ПАО «ДТЭК Шахта Комсомолец Донбасса», ПАО «ДТЭК Павлоградуголь»). Однако, и в этих регионах перспективы не внушают оптимизма.

Вместе с тем только шахты Западного Донбасса ежегодно откачивают из горных выработок около 40 млн. м3 воды. Она имеет самую высокую для украинских шахт степень минерализации (1950 до 44700 мг/л), которая примерно равна степени минерализации морской воды. Примерно 3 млн. м3, т. е. около 10% используется на технические нужды. Остальные объемы шахтных вод без очистки сбрасываются в пруды-накопители и в дальнейшем беспрепятственно попадают в бассейны рек и прудов.

В мире накоплен достаточно большой опыт по очистке высокоминерализованных и в частности шахтных вод от вредных примесей с применением технологии обратного осмоса. Однако, до настоящего времени, такие промышленные установки не нашли широкого применения в Украине ввиду высокой стоимости и сложного законодательства в этом вопросе.

Зная, что будущее начинается сегодня, компания ДТЭК готова рассматривать все реальные возможности:

– максимального снижения вредных экологических последствий откачки шахтных вод на земную поверхность;

– обеспечения населения шахтерских регионов питьевой водой, соответствующей по качеству действующим в Украине стандартам, которая получена из шахтных вод путем высокотехнологичной очистки.

Полагаем, что Институт коллоидной химии и химии воды Академии наук Украины сможет оказать нам существенную помощь в решении этой проблемы и предложит наиболее эффективные пути.



  1. Использование низкопотенциальных тепловых источников для выработки энергии тепловыми насосами.

На шахте «Благодатная» ПАО «ДТЭК Павлоградуголь» в рамках совместного проекта с НГУ в 2010 году была введена в эксплуатацию первая на Украине промышленная тепловая установка, использующая энергию шахтной воды. Аналогичные установки будут внедряться на других шахтах Западного Донбасса, а также на шахтах «ДТЭК Шахта Комсомолец Донбасса» и ПАО «ДТЭК Павлоградуголь»). Большие перспективы для этой технологии имеются в наших антрацитовых объединениях.

Вместе с тем, шахтные воды являются далеко не единственным источником «бросового» тепла. По предварительным оценкам достаточно большие запасы энергии сосредоточены также в вентиляционной струе и в хозяйственных стоках наших предприятий. Эти постоянные источники также можно использовать для выработки тепла тепловыми насосами взамен шахтных котельных, работающих на угле. Для решения такой задачи необходима разработка научных основ проектирования тепловых насосов нового типа. Мы хотим полностью исключить уголь из процесса выработки тепла, которое используется для внутренних нужд наших шахт.



  1. Разработка технологии и оборудования для снижения содержания серы в добываемой горной массе.

Большая часть углей, добываемых в Донбассе, и в частности на шахтах ПАО «ДТЭК Шахта Комсомолец Донбасса», ООО «ДТЭК Ровенькиантрацит», относятся к категории высокосернистых, т. е. содержание серы в них превышает 3%. Это существенно ограничивает экспортные возможности компании и ухудшает экологическую обстановку в регионах расположения ТЭС.

Имеющиеся на сегодня технологии десульфурации (предварительного удаления серы) разработаны только до уровня промышленных образцов и не внедрены в реальное производство по причине низкой производительности (до 50 т/час) и высокой стоимости (около 60 млн. грн.). Такие технологические параметры не позволяют решить проблему снижения содержания серы в масштабах деятельности предприятий ДТЭК.



  1. Программа «Здоровье и трудовое долголетие горняков».

Угольная отрасль занимает лидирующие позиции по уровню опасности жизни и здоровью трудящихся. Такие профессиональные болезни как силикоз, пневмокониоз, заболевания опорно-двигательного аппарата и суставов, а также многие другие, не позволяют трудящимся полноценно работать, резко сокращая их трудовое долголетие. О масштабах проблемы свидетельствуют следующие данные по шахте «Комсомолец Донбасса»: 10% подземных работников шахт возрастом до 40 лет уже имеют профессиональные болезни, а с возрастом более 50 лет число больных возрастает до 47% от общего числа трудящихся.

К сожалению, применяемые методы профилактики и лечения профессиональных болезней на сегодня остановились на довольно низком уровне и требуют незамедлительного совершенствования. Это не может удовлетворять компанию ДТЭК, как крупнейшего работодателя в угольной отрасли. Поэтому нас, в первую очередь, интересуют самые современные методы профилактики, своевременного выявления и лечения наиболее распространенных профзаболеваний. Медицинская наука должна ответить на вопрос определения безопасного стажа работы по подземным профессиям. Большой эффект может дать, также, разработка методов индикации индивидуальной устойчивости или предрасположенности к профессиональным заболеваниям на основе генетических, физиологических и биохимических маркеров.

Не менее важной проблемой для компании остается улучшение санитарно-гигиенических условий труда подземных рабочих. Организм горняка в подземных условиях подвергается воздействию многих неблагоприятных факторов: повышенной запыленности атмосферы, шума и вибрации, недостаточного освещения и вентиляция, вынужденно-неудобного положения тела; нервно-психического, зрительного, слухового перенапряжения, физических перегрузок, а также повышенной опасности травматизма.

Нашей компании нужны действенные и доступные к применению средства для предотвращения или радикального снижения влияния вредных факторов на здоровье горняков. Предлагаем совместно с институтом Медицины труда взяться за разработку научно обоснованной программы «Здоровье и трудовое долголетие горняков».



  1. Поисковый проект «Разработка технологии безопасной сварки узлов и деталей горно-шахтного оборудования в подземных условиях».

Рудничная атмосфера может содержать метан и быть потенциально взрывоопасной. В связи с этим сварочные работы под землей практически запрещены. Такая ситуация создает определенные проблемы с осуществлением оперативного ремонта очистного и проходческого оборудования, вышедшего из строя в процессе эксплуатации. Разборка и выдача на поверхность массивных узлов горных машин часто приводит к простоям, довольно дорога и трудоемка. Решить проблему можно путем создания новой технологии ведения сварочных работ в условиях взрывоопасной метановоздушной атмосферы.

Обозначая такую цель, мы понимаем ее масштаб и сложность. Вместе с тем нам известны огромные фундаментальные достижения возглавляемого Борисом Евгеньевичем Патоном Института сварки Академии наук Украины. Они вселяют оптимизм.
В заключении я хотел бы еще раз уточнить, что перечисленные проблемы – это основной, но далеко не полный список проблем шахт угольного блока ДТЭК. При наличии заинтересованности в их решении со стороны институтов Академии наук Украины, мы открыты и готовы к сотрудничеству на уровне рабочих групп, экспертов и специалистов предприятий. Если эксперты смогут предложить для обсуждения какие-либо другие вопросы, связанные с добычей угля, мы всегда готовы к диалогу.