Стратегия развития открытого способа добычи угля

В 1990 г. в конце периода существования б. СССР. Открытым способом в нашей стране добывалось 62% угля, тогда как состояние оборудования для открытой добычи угля находилось на весьма низком уровне: средним мировым показателям соответствовало 23,2% оборудования, имело износ до 50% - 52,3% машин, морально устаревшая и физически изношенная часть составляла 24,5%. Даже на Нерюнгринском разрезе-новостройке, созданным при закупке существенной части мощного горно-транспортного оборудования за рубежом в 1990 г. мировому уровню соответствовало 54% техники, а к 2000 эта цифра понизилась до 44,2%.

Сроки создания и освоения горно-транспортного оборудования всех видов в несколько раз превышали достигнутые в зарубежной практике. Значительно ниже была и производительность труда персонала.

Создаваемое в СССР оборудование относилось принципиально к тем же типам, которые существовали за рубежом. Неоднократно ставились задачи изготовления для отечественных разрезов более мощной, чем зарубежная, техники, однако постоянно заканчивалось тем, что в одной из стран создавали оборудование и быстрее, и производительнее, и надежнее. Бывали, конечно, и у нас некоторые радости: сконструировали и изготовили консольный отвалообразователь с вылетом стрелы 190 м, мощный роторный для добычи угля с повышенными усилиями резания на заводах Украины. Но хотя  такие машины уже выпускают в США, воспроизвести собственную конструкцию на новом, специально для этого построенном заводе в Красноярске мы пока не удосужились.

Радуют по-настоящему белорусские автомобилестроители. Упорно и настойчиво они шли по пути роста грузоподъемности карьерных автосамосвалов, пока не сравнялись с самими высокими в мире показателями и, не останавливаясь на этом, создали наиболее крупный автосамосвал грузоподъемностью 235 т. При этом качество белорусских машин по крайней мере не уступает зарубежному.

Даже с учетом частных достижений путь следования по протоптанным дорогам нас к устойчивым успехам никогда не приводил. Оправдывалось известное наблюдение: "Идущий следом первым быть не может".

Какой же выход из положения? Имеется также использованный некоторыми странами путь, в том числе известный в истории нашего государства: "Обгонять не догоняя". Но этот путь хорош тогда, когда идут своей, принципиально отличной дорогой. И идут энергично.

Безусловно возможен не только госбюджетный, но и фирменный путь финансирования инвестиционно-инновационной деятельности, но для этого необходимо создать соответствующий финансово-налоговый и законодательно-нормативный климат. По примеру Японии, нужно оформить законодательным путем экономический нормативный  механизм, получивший в международном обиходе название "направленной формулы производства", который учитывает маркетинговые прогнозы, их  изменение во времени и недопущение к исследованиям и разработкам изделий ниже прогнозируемого мирового уровня, невозможность постановки на производство, начиная с определенного времени, запроектированных конструкций с узаконенными параметрами. Установление и постепенный пересмотр нижних границ технических достижений к определенному сроку следует, согласно мировому опыту, перенести с ведомственного уровня на уровень Федерального Собрания.

Принципиальное отличие нормативов направленной формулы производства от нормативов плановой практики в ее реально воплощенном варианте заключается в том, что хуже норматива и позднее установленного для него срока сделать нельзя ни при каких обстоятельствах, а лучше и быстрее - безо всяких ограничений. Это открывает путь к рыночной конкуренции при участии и контроле со стороны государства.

Пора набраться смелости и поставить нормативом  задачу повысить производительность труда на открытых горных разработках не менее, чем в 10 раз,  что при наших благоприятных условиях залегания сырья - вполне реальная, хотя и не простая задача. Но для этого всю систему технологий добычи и использования минерального сырья и нормирование их показателей надо в корне изменить: идти не от того, что, как нам кажется, мы можем, а от того, что надо человеку нашего общества.

Открытый способ добычи угля в России как одна из многих взаимосвязанных подсистем отечественной и мировой экономики имеет значительные внутренние и внешние возможности своего развития. Оценка путей совершенствования ряда отраслей народного хозяйства с точки зрения структуры получаемого общего эффекта от совокупности изменений дает основание считать, что внутренние возможности отраслей, взятые обособленно, обеспечивают около одной трети возможного общего эффекта от изменений, остальное связано с реализацией внешних возможностей и, в первую очередь, с изменениями в технологии потребления продукции анализируемой отрасли.

Изменения у потребителя вызывают целую цепочку изменений в анализируемой отрасли и у ее поставщиков, обеспечивая не только разовые, но и мультипликативные эффекты, что увеличивает искомый результат. Поэтому при разработке стратегии развития открытого способа добычи угля целесообразно применить системный подход к набору технологических, технических, организационных, управленческих и других изменений. При этом важно обеспечить не просто сложение случайно выявленных новых решений на разных технологических переделах, а сформировать новую метатехнологию или несколько метатехнологий, пронизывающих свежей плодотворной идеей переделы от поставщика до потребителя продукции открытой разработки угля. В этих целях необходимо привлечь соответствующую развитую теоретическую базу.

Условиям поставленной задачи в настоящее время наиболее полно соответствует методология инженерного творчества, включающая разделы о видах преобразований, методах преобразований и законах технологических преобразований, включая оценку адекватных социально-экономических последствий этих преобразований, полученную на основании изучения опыта создания тысяч технологий в различных странах и сферах человеческой деятельности.

Теория различает следующие виды преобразований и их экономические последствия: 1) создание новых функциональных структур и обнаружение новых областей применения. Этот вид преобразования обеспечивает повышение экономической эффективности решений в 10 и более раз. Известны в нашей стране практически реализованные решения с фактической экономической эффективностью в 30 тыс.руб. на 1 руб. затрат (слюдяная промышленность), 2) использование новых принципов (физических, химических, биологических,  организационных, управленческих и др.), что повышает эффективность решений в 2-10 раз, 3) создание новых конструктивных решений, что позволяет повысить экономический эффект на 10-50%, 4) расчет и оптимизация параметров известных (существующих) систем, обеспечивающие повышение эффективности решений на 2-10%.

На очевидную большую разницу в эффективности перечисленных видов преобразований в отечественной практике обращают недостаточно внимания, вследствие чего на работы, связанные с обеспечением первого и второго видов преобразований, в нашей стране выделяется около 5% материальных, денежных, людских ресурсов. Для сравнения: в развитых странах - 40-60%. При этом 5% затрат на высоко результативные виды преобразований обеспечивают больший суммарный экономический эффект, чем 95% затрат, связанных с мало результативными третьим и четвертым видами преобразований.

Между тем, известные проекты программ реструктуризации угольной отрасли главное внимание сосредотачивают на малорезультативных параметрических преобразованиях и конструктивных изменениях. Они нужны, но, прежде всего как следствия изменений первого и второго видов при сквозном изменении угольной метатехнологической инфраструктуры.

Отсюда следует первый важный вывод: новую стратегию открытой добычи угля надо разрабатывать, начиная с высокорезультативных видов преобразований, с изменений в технологии потребления угля и других минералов, получаемых попутно при его добыче и переработке, и заканчивая соответствующими изменениями в технологии добычи угля.

I

Прежде всего следует направленно поработать в части расширения области использования углей и угольной, включая попутную, продукции.

Говоря о традиционных масштабных направлениях использования угля-энергетике и металлургии - обычно прежде всего обращают внимание на то, что разработанные способы энерго- и ресурсосбережения могут существенно повлиять на сокращение потребности в углях. При этом из поля зрения выпадают многие факторы, которые могут и должны повлиять в направлении увеличения спроса на уголь.

1. Так, в энергетике по многим оценкам изношено и требует замены до 70-80% котельного оборудования. В большинстве своем это агрегаты для котельных, тепловых и электрических станций малой и средней мощности.

Кроме низких энергетических характеристик таким агрегатам присуще повышенное загрязнение окружающей среды. Особенность таких установок состоит в том, что многие из них строились в 50-е - 60-е годы по устаревшим на сегодня строительным нормативам, в результате чего ни один современный котлоагрегат гражданского назначения не вписывается в существующие строительные модули. Поэтому, чтобы обновить оборудование, необходимо, как минимум, реконструировать существующую строительную часть, а то и просто сломать старую и возвести новую.

Котлы работают без всякой переделки на газе, с небольшими переделками - на мазутах марки М-100 и сырой нефти и при некоторой доработке, на водоугольной суспензии. Выпуск в надлежащем масштабе и использование таких котлов существенно снизят затраты на замену газа углем.

2. Прогнозируется, что в достаточно сжатые сроки ведущие в экономическом отношении страны откажутся от применения рядовых черных металлов и перейдут на потребление только высококачественных сталей. Один из путей получения высококачественной стали состоит в прямом ее восстановлении из металлизованного рудного материала с небольшими добавками новых легирующих - ванадия, ниобия, тантала и др. При этом следует вспомнить, что первые в мире агрегаты по прямому восстановлению железорудного материала в сталь были созданы и до сих пор работают в нашей стране на одном из заводов г. Красноярска. Их отличительной чертой является использование в качестве восстановителя не газа, а угля, причем уголь не обязательно должен быть коксующимся. Многие марки углей, добываемых открытым способом, пригодны для этой цели.

3. Особую область создания более современной технологии и техники открытых горных работ открывает использование редких и редкоземельных элементов в сплавах и соединениях с металлами и полимерами.

Разработана технология легирования алюминия скандием. В результате получается легкий и очень прочный материал, пригодный для использования в конструкциях горных машин и механизмов. Полимеры могут не только существенно повышать свою прочность, но и приобретать новые свойства, например, диэлектриков. Черные металлы в таких сплавах также приобретают ряд новых свойств, в частности, гигантский магниторезисторный эффект, что открывает возможности создавать буровую технику на новых принципах.

4. В одной из оборонных организаций, располагающей серийно выпускаемыми установками для воздействия на обрабатываемое вещество тремя видами физических полей, проведен эксперимент по обработке бурых углей Назаровского месторождения Канско-Ачинского бассейна. В результате обработки бурые угли перешли в разряд каменных вследствие того, что из их молекулы была удалена часть химически связанной воды. Теплота сгорания угля повысилась более чем в 1,5 раза. При этом установка не использовалась на полную мощность, что свидетельствует о возможности дальнейшего развития эксперимента.

Проводившие опыт специалисты, не работавшие в угольной промышленности, прекратили испытания, посчитав затраченную энергию чрезмерной. Экономисты-горняки дают противоположную оценку. Они исходят из того, что бурый уголь на Назаровском месторождении добывается в достаточно простых горно-геологических условиях открытым способом, тогда как каменные угли, аналогичные полученным в результате эксперимента, относятся на практике в основном к углям шахтной добычи с существенно большими затратами. Согласно ориентировочным расчетам, для получения углей большей калорийности и меньшей влажности в тех диапазонах, что достигнуты опытным путем, оправданы затраты электроэнергии, которые можно получить от сжигания 2-2,5 т бурого угля.

Представляются перспективными эксперименты и аналитические исследования в обнаруженном направлении, впервые давшем принципиально новые результаты.

5. Микробиологические технологии используются для переработки углей и торфов в гуминовые кислоты, внесение которых в почву повышает их  в 2 раза урожайность растений и усиливающих их морозостойкость. В принципе для этого пригодны обычные почвенные бактерии, живущие вблизи угольных месторождений и за большой период времени приобретшие свойства переработки углей. Их преимуществом является безусловная экологичность - недостаток - относительно низкая производительность.

Необходимо поставить целевые исследования или заимствовать результаты конверсионных разработок для создания нетрадиционных технологий по переработке вскрышных пород и отходов обогащения в строительные, конструкционные и функциональные материалы, включая композиты. Подобные результаты уже известны в горной промышленности.

Так, после прекращения добычи слюды на Алданском месторождении были изучены свойства вмещающих пород и установлены их уникальные характеристики как связующего материала. Использование этого материала позволило создать и наладить серийный выпуск абразивных кругов, сохраняющих прочность при рекордно высоких скоростях вращения.

6. В Бразилии для потребления спиртов сконструированы специальные автомобильные двигатели. Исследования, проведенные в США, показали, что добавка до 15% спирта к бензину не требует даже перенастройки обычного двигателя. При повышении содержания спиртов в смеси до 16-25% требуется регулировка двигателей обычными способами. Более высокое содержание спиртов (вплоть до 100%) требует внесения конструктивных изменений в двигатели. Это имеет большое значение для отдаленных и малоосвоенных регионов, куда завозить бензин и другие виды моторного топлива дорого, а месторождения углей, особенно с ограниченными запасами, находятся практически повсеместно.

Расчеты показывают, что производство бензина из углей значительно дороже для потребителей, чем модификация автомобильных двигателей под спирты. Известные результаты получения бензина из углей в Германии и ЮАР оправдывали себя лишь в форс-мажорных обстоятельствах.

II

Переходя к рассмотрению возможностей использования второго вида преобразований для разработки стратегии развития открытых горных работ, следует сделать констатацию общего характера: в технологию и технику открытых горных разработок и переработки углей заложены преимущественно физические и физико-химические эффекты. Даже известный в науке их перечень используется далеко не полностью, и поэтому локализовать работы такого направления преждевременно. Однако многие факты говорят о том, что более высокая эффективность может быть достигнута при параллельном внедрении на открытых разработках угля химических и биологических эффектов наряду с новыми физическими эффектами. Это не исчерпывает всей области приложения новых принципов. Существенно отличные решения следует искать также в сфере организации и управления производством при открытой добыче угля.

Наряду с известными и разработанными в угольной промышленности принципиально новыми решениями могут быть предложены следующие, частично заимствованные в оборонной промышленности в порядке конверсии и других отраслях топливно-энергетического комплекса и горно-рудной промышленности.

1. С использованием новых физических эффектов:

а) Проведенное в Архангельской области опытное использование шахтобуровых установок для добычи кимберлитовой породы и подъема бурового шлама, содержащего алмазы, эрлифтным способом, доказало его принципиальную работоспособность и открывает возможность усовершенствования системы с размещением на самоходных платформах на гусеничном или колесном ходу для сплошной отработки трубки с поверхности без выполнения вскрышных работ. Эта технология вполне пригодна для добычи угля, особенно из месторождений, сложенных мощными пластами.

б) Проведение скважин любого диаметра и глубины по породам различной крепости без бурения за счет последовательного автоматизированного проведения серий взрывов с использованием небольших таблеток супермощного взрывчатого вещества. Широко используется в оборонном комплексе, в том числе для создания подземных полостей под водой.

в) Использование лазерных установок для обработки в потоке на конвейере материала, подлежащего обогащению, с целью расшатывания связей между минералами и их частицами для повышения эффективности процесса.

г) Лазерная обработка материалов рабочих поверхностей оборудования с целью их упрочнения.

Процессы широко используются в других отраслях экономики.

2. С использованием новых химических эффектов:

а) Использование разработанного в цветной металлургии метода химического обогащения, особенно при развитии углерудного направления на разрезах. Хорошо сочетается с лазерным облучением обогащаемого материала.

б) Применение химических методов селективной отсадки компонентов из сложных растворов сбросных вод, получаемых при добыче и обогащении

минеральной массы на разрезах, если они содержат подлежащие использованию вещества, а также новых химических волокон для очистки сбросных вод с целью недопущения загрязнения окружающей среды. Применяются в оборонной промышленности.

в) Расширение применяемой номенклатуры эффективных флотореагентов и сверх-поверхностно-активных веществ в порядке конверсии оборонных разработок.

г) Проверка и распространение на разрезах тяжелых жидких взрывчатых веществ, способных проникать в мельчайшие трещины горного массива и улучшать гранулометрический состав взорванной горной массы. Обеспечивают снижение удельного расхода взрывчатых материалов, повышение производительности погрузочного и транспортного оборудования. Особенно перспективны для улучшения проработки подошвы породных уступов большой высоты. Выпускаются серийно.

3. С использованием технологических эффектов.

- В последнее время вырисовались и получили конструктивное оформление новые средства ведения экскаваторных работ по рыхлой и плотной бестранспортной вскрыше - экскаваторы билайны. Согласно расчетов, они заметно повышают часовую выработку в сравнении с драглайнами, увеличивают дальность передачи породы, высоту основного уступа, которые наряду с консольными отвалообразователями увеличат объемы наиболее дешевых работ, выполняемых с поперечным перемещением вскрыши в выработанное пространство.

- Наряду с развитием сложившихся и возникающих эффективных технологических направлений открытой добычи угля целесообразно усилить внимание к скважинным методам в двух модификациях:

а) Размывка угольного пласта гидромонитором с последующей эрлифтной выдачей угля на поверхность. Этот метод достаточно успешно используется при добыче конгломератов фосфоритов и рыхлых железных руд.

б) Использование горизонтально и вертикально разветвленных скважин, бурение которых освоено в промышленных масштабах для добычи нефти, в сочетании с микробиологическим методом отделения угля от массива либо с методом управляемой подземной газификации угля, где скважины служат последовательно формируемыми реакционными каналами.

Скважинная технология добычи угля может применяться для выемки всех запасов угля на месторождении либо их наиболее труднодоступной части. В обоих случаях этот способ позволяет резко сократить объемы горнокапитальных и вскрышных работ, повысить эффективность добычи угля.

4. С использованием организационно-управленческих эффектов: наряду с другими методами совершенствования организации и управления производством целесообразно рассмотреть эффективность вступления угольных разрезов и компаний, абсолютное большинство которых являются рентабельными в сложившихся рыночных условиях, в финансово-промышленные группы совместно с основными потребителями угольной продукции - электростанциями и металлургическими заводами, основными поставщиками продукции для разрезов - машиностроительными, металлургическими и железобетонными заводами, перевозчиками топлива - транспортными организациями, а также банками, страховыми компаниями и  пенсионными фондами (вертикально-интегрированный тип группы).

Решая задачу совершенствования конструкций оборудования для открытой добычи угля, целесообразно учитывать два важных обстоятельства:

а) при использовании выпускаемых гражданской промышленностью нашей страны конструкционных и функциональных материалов радикальное совершенствование технических средств и условий их эксплуатации крайне ограничено. Необходим переход на использование материалов гораздо более высокого качества, что на данном временном этапе возможно за счет использования избыточных мощностей в оборонной промышленности. Однако переход на использование материалов более высокого качества, дело не простое, оно потребует полного перепроектирования всего выпускаемого оборудования;

б) закупка оборудования по импорту способна лишь на короткое время смягчить остроту проблемы. Так, по оценкам английских и индийских экономистов транснациональные монополии, выпускающие основную часть высокоэффективного оборудования, продают свою новую технологию в развивающиеся страны в среднем через 9,8 года после ее создания, в развитые страны - через 5,8 года, причем независимые производители получают ее в среднем через 13,1 года. В стратегической перспективе этот путь лишь закрепляет технологическое отставание технически недостаточно подкрепленных экономик.

Поэтому путь к повышению эффективности и конкурентоспособности открытой добычи угля в России может проходить только через создание собственной прогрессивной технологии и техники, осуществленной с использованием высококачественных материалов. Предпосылок к решению этой проблемы в стране немало, однако оно потребует времени и средств.

На первом этапе работ следует решать частные, относительно несложные задачи, для чего существуют заделы в оборонной промышленности.

IV

Наряду с выбором параметров разрезов по мощности и коэффициенту вскрыши для определенных технологий горных работ целесообразно разработать отраслевые рекомендации по рациональному районированию поставок углей различных предприятий с учетом марочного состава продукции. Эта работа требует учета поставок угля шахт и разрезов одновременно. Эффективное решение задачи будет способствовать догрузке существующих разрезов без дополнительных капитальных вложений и может быть использована для обоснования состава предприятий в финансово-промышленных группах.

Разработаны методы инженерного творчества, позволяющие получать более эффективные решения, чем известные, для любого вида преобразования. Они, однако, мало известны и практически не применяются в угольной промышленности. Между тем, с использованием таких методов получены важные результаты в отраслях нефтедобычи, цветной металлургии, электротехники, радио- и приборостроения.

В отрасли недостаточно используются конверсионные разработки. Нет ни одной постановки задачи принципиально нового решения масштабных технических и технологических проблем для открытых горных разработок перед недогруженными институтами и предприятиями оборонной промышленности, которые обладают не только знаниями новых эффектов, но и потенциалом к нахождению дополнительных.

Безусловно, в угольной промышленности есть собственные разработки, которые позволят повысить конкурентоспособность угольной продукции действующих, реконструируемых и новых проектируемых разрезов.

Представленный в настоящей статье перечень решений призван дополнить общий список. При анализе предложений следует обратить внимание, что они охватывают не только область добычи и переработки угля, но также области работы поставщиков и потребителей. Из представленных предложений вырисовывается новая метатехническая структура с использованием взаимосвязанных между собой частных технологий, отличающихся малооперациональностью и поточностью.

В соответствии с установленными законами технологических трансформаций и сопровождающих их изменений социально-технологических показателей представленные технологии как малооперациональные и поточные, использующие сложные формы движения материй и эффекты относятся к постиндустриальным, для которых характерны пониженные себестоимость, капиталоемкость, трудоемкость и степень воздействия на окружающую среду.

Источник: http://www.cnieiugol.ru