От техники безопасности — к безопасной технике

Пятнадцать лет коллективного труда донбасских и приднепровских ученых  не прошли даром: украинские шахты получили современное высокотехнологичное и безопасное оборудование, а авторы комплекса инновационных разработок выдвинуты на соискание Государственной премии Украины-2010 в области науки и техники.

Наука — серьезная, современная, работающая везде — от космоса до глубин земных и морских, от «супермакро» до «нано», — очень нужна Украине. Но не менее актуальны прикладные разработки, направленные на замену изношенной и морально устаревшей техники. Особенно когда речь идет о безопасности и эффективности шахтерского труда.

Корреспондент «УТГ» встретился с соавторами работы-номинанта «Научное обоснование и разработка эффективных технологий ведения горных работ в условиях глубоких шахт с применением специальных мобильных функционально связанных систем». 

— Вся новейшая техника родом из науки — не бумажной, а «металлической», угольной, спасающей. Поэтому вопрос к соавторам: если уже есть экономический эффект, значит, с наукой у нас все в порядке?

— В нашей коллективной работе сконцентрированы шесть монографий, почти две сотни статей в научных и популярных технических изданиях, 40 авторских свидетельств и патентов СССР, Украины, России и зарубежных стран за 1985—2010 годы, — говорит Анатолий Коваль, заместитель директора по научной работе НИИ горной механики им. Н.М.Федорова. — Весь этот массив научно-технических разработок посвящен проблемам научного обоснования и создания современных высокоэффективных технологий ведения горных работ на большой глубине. По результатам наших НИОКР стало возможным вести разработку глубоких шахт с рациональной нагрузкой на очистные и подготовительные забои, использованием мобильных функциональных взаимосвязанных систем подземного базирования, дегазацией горного массива, инертизацией отработанного пространства, производством пневмоэнергии и газообразного азота передвижными азотно-компрессорными установками и станциями, максимально приближенными к местам проведения горных работ.

Научно-исследовательские работы по пневмоэнергетическим комплексам угольных шахт показали, что обычно применяемые там схемы воздухоснабжения от поверхностных центральных компрессорных станций (КС) малоэффективны: утечки сжатого воздуха в очень длинных и изношенных воздуховодах достигают 60—70%. КПД имеющихся систем пневмоснабжения на многих шахтах не превышает 4—6%, а затраты электроэнергии на производство сжатого воздуха составляют 30—70% от общего количества, потребленного шахтой. Такое положение потребовало разработки новых решений в вопросах производства пневмоэнергии и ее поставки к подземным потребителям.

— Новые решения были модернизацией старых или это действительно отечественное ноу-хау?

— Мы пошли по пути повышения мобильности нашего оборудования, одновременно проводя коренную модернизацию уже имеющегося, — объясняет А.Коваль. — Поэтому одним из решений проблемы стало применение шахтных передвижных компрессорных установок (ПКУ) и подземных компрессорных станций (ПКС), состоящих из нескольких КУ, расположенных максимально близко к подземным потребителям энергии сжатого воздуха. Так ликвидируются недостатки, присущие схемам воздухоснабжения от наружной компрессорной станции, повышается также качество пневмоэнергии, а оборудование в забоях начинает работать лучше. Обработанный и накопленный опыт создания и эксплуатации ПКС позволил усовершенствовать пневмоэнергетический комплекс шахт за счет построения подземных азотно-компрессорных холодильных комплексов, которые производят полезные газы «три в одном»: азот, сжатый воздух и просто холод. 

— Передвижные компрессорные установки требовались разной мощности, поэтому было технически обосновано создание параметрического ряда этих агрегатов производительностью 5, 10, 15, 25, 32 кубометра в минуту, — добавляет Владимир Гринев, доктор технических наук профессор, замдиректора Института физики горных процессов НАНУ по научной работе. — По разработанным техзаданиям сегодня уже серийно выпускаются компрессоры УКГШ-15/7 мощностью 15 кубометров в минуту. Такое оборудование применено в составе модульного агрегата ПКС-45 на крупных шахтах — «Южнодонбасской №3», «Благодатной» и «Глубокой», а также в типовом проекте ПКС-75, выполненном по заданию Минуглепрома Украины.

— Кроме существенного экономического эффекта, ваши разработки направлены на улучшение безопасности шахтерского труда.

— Да, и реальным воплощением технических решений в этой сфере стала модульная подземная азотно-компрессорная станция, — продолжает В. Гринев. — Созданная нами установка УКВШТ-5/7 оснащена автономным автоматом для пожаротушения, датчиком контроля метана и окиси углерода. Ее можно использовать на расстоянии 50—100 метров от забоя или в 30 метрах от лавы, повышая давление воздуха у пневмопотребителей до 5—6 кгс/см2. Однако нефтяные масла в таких компрессорах существенно сужают сферу применения установок в угольных шахтах. Поэтому специалисты из НАНУ и НИИ горной механики провели комплекс научно-технических работ по созданию компрессоров, работающих на негорючей рабочей жидкости.

С 2000 по 2010 год выпущено серийно более 1400 таких агрегатов, при этом более тысячи из них эксплуатируются непосредственно в шахтах, обеспечивая бесперебойную работу подземных потребителей сжатого воздуха, несмотря на выход из строя ряда стационарных компрессоров на поверхности шахт. Это и есть современная и безопасная горная техника.

Своих коллег поддерживает Сергей Смоланов, кандидат технических наук начальник центрального штаба Государственной военизированной горноспасательной службы (ГВГСС) Украины. По словам главного горноспасателя страны, из 227 украинских шахт всего 30 полностью соответствуют современным стандартам промышленной безопасности.

— Коллектив наших авторов разработал способ повышения безопасности и эффективности процесса разрушения горного массива, суть которого — в инертизации пылегазовой смеси, образующейся при работе добывающего ГШО, путем подачи в зону разрушения горного массива газообразного азота, — отмечает С. Смоланов.

— К сожалению, в сложных горно-геологических условиях Донбасса вероятность аварий все еще не исключена. Как в таких случаях избежать человеческих жертв и минимизировать ущерб?

— После серии крупных и кровавых подземных катастроф на шахтах Украины, России и Китая мы провели анализ влияния горно-геологических и горнотехнических условий добычи угля с больших глубин на предмет пред­отвращения новых аварий, — говорит С. Смоланов. — Определили «узкие» и опасные места в подземных работах, которые необходимо усовершенствовать, пересмотреть. Улучшенные технические параметры наших агрегатов превосходят предыдущие отечественные и нынешние зарубежные аналоги. Они вполне отвечают современным техническим трендам, особенно по мобильности. Поэтому очень важной технической инновацией считаю подъемную спасательную установку АСППУ для без­опасного и эффективного ведения горноспасательных работ на глубинах свыше 1400 метров.

— Создание эффективной спасательной техники — одна из главных задач горной науки, — дополняет рассказ коллеги зав­кафедрой горной механики НГУ, доктор технических наук профессор Владимир Самуся. — На нашей кафедре разработан и обоснован комплекс технических решений, практическое использование которых позволило создать типоразмерный ряд универсальных мобильных подъемных спасательных агрегатов для аварийно-спасательных работ в шахтных стволах. Мы также разработали и подтвердили рекомендации по безопасному и эффективному использованию этих установок и для ремонтно-восстановительных работ в стволах глубоких шахт. После этого ученые из НГУ в кооперации с заводами Донбасса и Приднепровья построили передвижные мобильные шахтные подъемные установки с автономным энергоснабжением для глубоких шахт — АСППУ-6,3. Их актуальность и необходимость широкого применения обусловлены авариями на подъемах шахтеров и в шахтных стволах. На сегодняшний день аналогов таким аварийно-спасательным установкам в Украине и странах СНГ нет. Подобные же импортные дороже на порядок. Наши машины уже доказали свою эффективность при ликвидации аварий на шахтах им. К.Маркса и им. Ф.Дзержинского. 

— Так что мешает по-гор­бачевски «расширить и углубить» такое мобильное спасение?

— Когда мы узнали, что 33 горняка на медном чилийском руднике уже почти месяц заблокированы на 700-метровой глубине, предложили им использовать для спасения наши АСППУ-6,3, — говорит В.Самуся. — По моему мнению, в сотрудничестве с чилийскими шахтостроителями и другими поставщиками ГШО на медные рудники мы могли бы быстрее поднять людей на солнечный свет. А пока что мы эффективно работаем в Украине и в России — в Донбассе и в Республике Саха.

Кстати

Многолетнее использование разработок авторов в угледобывающей отрасли Украины позволило получить суммарный экономический эффект в 1,29 млрд грн. С применением новых высокоэффективных технологий за последнее десятилетие добыто 72,5 млн тонн угля. Кроме того, бесперебойное снабжение пневмоэнергией угледобывающих предприятий страны дало экономию в 780 млн грн, которые необходимо было бы потратить на замену 60% компрессорного парка поверхностных компрессорных станций.