Утонченное богатство
Совместная работа ученых-горняков НГУ и специалистов-практиков компании ПАО ДТЭК «Павлоградуголь», направленная на оптимизацию разработки тонких угольных пластов, уже дает ощутимые результаты.
Выдающийся ученый, писатель-фантаст и футуролог сэр Артур Кларк в своем пророческом «катехизисе НТР» предсказал: в 2006-м закроют последнюю шахту.
Провидец не уточнил, где на планете это свершится — в его родной Англии, в германском Сааре или же в нашем Донбассе. В Уэльсе и Японии это уже случилось. А вот в Китае, Украине, ФРГ, США добыча угля, даже с километровых глубин на пластах толщиной менее метра, продолжается. Но извлекать «черное золото» Донбасса все труднее.
Значительная часть пластов здесь сверхопасна по горным ударам и выбросам породы, угля и метана.
Глубина 25% шахт Украины более 1 км, и уголь берется из очистных забоев на пластах мощностью менее 1 м. При этом в Центральном Донбассе на тонкие и сверхтонкие залежи приходится 70% добычи угля, на крутом падении — более 80%. Увы, в таких условиях механизация техпроцессов и обеспечение безопасности горных работ — задача очень сложная. То же относится к Западному Донбассу, где работают 10 шахт ПАО ДТЭК «Павлоградуголь». Они отличаются сложными горно-геологическими условиями: уголь крепок и вязок, кровли нестойкие, представлены слабыми глинистыми и песчано-глинистыми породами, склонными к размоканию, а пласты маломощны.
Но примечательно то, что угольные предприятия, входящие в состав компании ДТЭК, разрабатывая эти самые тонкие, тяжелые и опасные пласты, обеспечивают не только конкурентоспособность добытого угля, но и высокий уровень социальной защищенности своих сотрудников. То есть впервые в Украине создана высокоэффективная производственная модель, несмотря на горно-геологические сложности. Эксперты ГМК единодушны: модель конкурентоспособна и имеет технико-экономические показатели мирового уровня. А значит, западнодонбасские шахты — далеко не последние.
Отсталость матчасти нашего углепрома усугублялась сверхсложными горно-геологическими условиями залегания угольных пластов, которые вообще не разрабатываются мировыми лидерами угледобычи. «Результат дня сегодняшнего — научная работа ДТЭК и Национального горного университета (НГУ), поражающая масштабом внедрения, глубиной научно-технических перемен в нашей угледобыче, с показателями, превышающими мировые для более толстых пластов. Комментарии по научно-техническим достижениям, ставшие основой работы, кажутся излишними, ибо они понятны горным инженерам и ученым», — говорит профессор НГУ, лауреат Госпремии, заслуженный деятель науки Иван Садовенко.
Действительно, еще 5 лет назад все проведенные выработки в Западном Донбассе крепились рамным креплением. В 2008 году объем проведения выработок, закрепленных анкерами, составил 7750 п.м, рамно-анкерным – 57082 п.м. В 2009-м соответственно 5720 п.м и 53175 п.м. В 2010 году достигнуты высокие показатели нагрузки на лаву (т/сут.): шахта «Терновская» – 2480, «Павлоградская» – 3848; им. Героев космоса – 2385, «Благодатная» – 4065, «Степная» – 4500, «Юбилейная» – 2457, «Самарская» – 3005, «Днепровская» – 2831, «Западно-Донбасская» – 2495, им. Сташкова – 2240. А это мировые показатели.
— В этой научной работе решена проблема радикального повышения эффективности добычи угля из тонких и сверхтонких пластов (ТСТП) в сложных условиях Западного и Центрального Донбасса, – говорит главный редактор «Горной энциклопедии», профессор Донецкого национального технического университета (ДонНТУ) В.Билецкий. — А это существенно влияет на повышение энергетической безопасности Украины, позволяя и сегодня, и в будущем пересмотреть энерготопливный баланс в сторону увеличения угольной составляющей. Это будущее нашей угольной промышленности, где самые сложные в мире горно-геологические условия и где залегает 80% твердотопливных запасов страны. Поэтому решение проблемы базируется на внедрении новейших горных технологий, системном научном анализе, технико-экономическом моделировании.
Угольная энергия и синергия
Комплексная научно-техническая работа ДТЭК и НГУ «Сучасні технології комплексної розробки вугільних родовищ України в гірничо-геологічних умовах відпрацювання тонких та надтонких пластів» выдвинута на соискание Государственной премии Украины в области науки и техники за 2011 год. Показатели экономической эффективности и роста заработной платы в результате внедрения комплексной технологии разработок ТСТП в Западном Донбассе превышают отечественные пятикратно при сокращении объема горных выработок в 2,7 раза.
Это эквивалентно мировому уровню для пластов средней мощности и позволяет определить созданную инфраструктуру как стержневую для гарантии энергетической безопасности страны и синергетически объединяющую интересы государства, общества и бизнеса. Общий экономический эффект от использования разработок авторов — более 3 млрд грн.
В чем же особая важность этой энергетической и синергетической, научно-технической и социальной работы? В ней предложено решение важнейшей задачи обеспечения высокоэффективной и надежной работы угольных шахт, надлежащей стойкости выемочных выработок для бесперебойной работы очистных забоев. Проведенные исследования на 10 шахтах Западного Донбасса и на шахте «Комсомолец Донбасса» показали их инвестиционную и социальную привлекательность в сложнейших условиях разработки ТСТП нестойкого слоистого массива углесодержащих пород.
«Следует указать, что использование высокоэффективной добывающей техники позволяет достичь мировых показателей нагрузок на очистной забой при максимальных параметрах выемочных столбов и лав. При этом в условиях высоконагруженных лав работают современные системы наблюдения и прогнозирования состояния горного массива», — говорит о важности работы-номинанта гендиректор ГП ДУЭК (Донецкая угольная энергетическая компания), кандидат технических наук С.Лозовский.
Действительно, авторы, ученые НГУ и горняки Западного Донбасса, разработали научно-техническую программу мониторинга быстровлияющих фаз горного давления в условиях выемки угля длинными лавами с увеличенной длиной выемочных столбов, осуществили техническое внедрение технологических решений по ликвидации критических проявлений горного давления в механизированных лавах, где разрабатываются именно эти тяжелые залежи.
— Во время первого этапа технических инноваций в наших лавах применялись мехкрепи первого поколения (1КД-80), работали украинские комбайны 1К-101 и легкие конвейеры (СП-202, СП-250), — говорит Валерий Гречушкин, Герой Украины, заместитель генерального директора по производству ПАО ДТЭК «Шахта «Комсомолец Донбасса». — Рост добычи в очистных забоях достигался в основном за счет локальных научно-технических улучшений. А вот второй этап технических инноваций отличался вводом в работу отечественных и импортных мехкрепей второго поколения (1КД-90, 2КД-90, OSTROY), более производительных добычных комбайнов МВ280Е, МВ220Е, тяжелых конвейеров СП-251 и SZK-228. У этой техники более высокая надежность и производительность. Однако, с учетом сложного взаимодействия с горным массивом, она требует принципиально новых подходов к ее применению. И на нашей шахте достигнуто эффективное ее использование. Так, сейчас среднесуточная нагрузка на лаву составляет 1789 тонн в сутки, добыча рядового угля из очистных забоев в 2010 году по шахте — более 3950 тысяч тонн, коэффициент машинного времени превышает 0,55. Инновации в очистной технике в период второго этапа внедрения данной работы добавят к добыче угля 950 тысяч тонн, и это позволяет впервые за время функционирования шахты преодолеть рубеж в 4 миллиона тонн в год.
Прибыльные инновации
Столь масштабные производственно-технические достижения невозможны без мощной научной основы. Вот что рассказывает об инновационных НИОКР для ДТЭК один из соавторов работы, профессор кафедры ПРМ НГУ, доктор технических наук Ирина Ковалевская:
— Особого внимания заслуживает созданная в университете комплексная инновационная модель для прогноза этапов интенсивных и эволюционных изменений в угледобыче с соответствующим отображением сложных фаз горного давления и развития горных работ. Главный критерий, определяющий граничные требования работоспособности техносхем, — безопасность подземного персонала, обусловленная факторами надежного проветривания и обеспечения стойкости горных выработок.
— Вы один из ведущих специалистов страны и Европы по подземным крепям, хотя это и не женское дело. Что еще нового вы создали для этих «непоследних» шахт страны?
— Мы разработали комплексную схему оптимизации взаимодействия системы «массив–закрепленные породы–крепи», которая одновременно реализует условия адаптации грузонесущей конструкции к характеру проявлений горного давления и равнопрочности самой конструкции в пространственной постановке. А тут без новейших ІТ-технологий — никуда!
Применение компьютерных ГИС-технологий на шахтах ДТЭК ведется по двум основным направлениям: использование плоско-совмещенных планов и трехмерной модели систем горных выработок и месторождения. Такая модель помогает решать актуальные задачи шахты: определять любые параметры расположения выработок, расстояния между пластами и слоями породы, составлять высокоточные паспорта крепления очистных забоев и другое. Эта IT-модель незаменима при обучении подземного персонала, она позволяет эффективно решать задачи взаимного влияния смежных угольных пластов и многие другие. Это универсальный и достаточно мощный механизм современного горного инженера ХХІ века.
Прямая речь
Александр Вилкул, губернатор Днепропетровщины, на встрече с шахтерами шахты «Степная», 2 августа 2011 г.:
«Уникальный случай, когда крупная частная компания бескорыстно делится своим опытом со всеми коллегами… Это касается комплексной и высокоэффективной работы ДТЭК–НГУ, номинанта на Госпремию Украины-2011».
Справка «УТГ»
Сегодня в Донбассе разрабатывается около 1600 шахтопластов со средней динамической мощностью в 0,9 м. Лишь небольшое количество из них достигает толщины 1,5 м и редко — 1,8—2,5 м. В практике эксплуатационных горных работ в этом регионе мощными (толстыми) считают залежи толщиной более 1 м, средними — от 0,6 до 1 м, а тонкими — 0,45—0,6 м. В целом по бассейну пласты мощностью более метра составляют всего 8,5%; от 0,6 до 1 м — 41,5%; остальное приходится на тонкие, глубокозалегающие и крутопадающие пласты.
Цитаты в тему
Владимир Ильич Ленин, основатель советского государства, 1921 г.:
«Считаю использование механических горно-врубовых комбайнов в шахтах Донбасса дорогим и неэффективным… Кайлом и лопатой — проще и дешевле!»
Владимир Ильич Бондаренко, заведующий кафедрой подземной разработки месторождений НГУ, заслуженный деятель науки и техники Украины, 2011 г.:
«Чем больше потребность в углях, коксующихся или энергетических, тем больше мы углубимся во чрево планеты. Жирные куски — толстые угольные пласты — мы уже в основном «съели». Переходим на тонкие и сверхтонкие, но с большой механизацией и автоматизацией их разработки».
