Формирование природно-технического комплекса открытой угледобычи Щадов, Иван Михайлович

Введение к работе

Актуальность работы. Эффективное функционирование обрабатывающей промышленности, агропромышленного комплекса, всего народного хозяйства связано с опережающим развитием топливно-энергетического комплекса, что оказывает негативное влияние на природную среду, самовосстановительные возможности которой ограничены. При этом возникают противоречия .между потребностями в топливе, допустимыми затратами на его добычу и потребление, поддержанием нормальных естественно-природных условий жизни людей.

Разрешение этих противоречий возможно, ікак показывает анализ, только при гармоничном взаимодействии природной, технико-технологической и организационно-экономической составляющих горного производства.

Современный этап развития угольной промышленности характеризуется сокращением объемов добычи угля, снижением роли угля в топливно-энергетическом балансе страны (с 59% в середине 50-х годов до 20% к началу 80-х годов и до 14% в 90-х годах). Основные причины — наличие в России более 40% мировых запасов природного газа, неблагоприятное размещение и сложные горио-геолагические условия большинства разрабатываемых угольных месторождений. Но немаловажными факторами являются и низкие темпы прогресса в технологии и организации горных работ, их экологической безопасности.

Развитие экономики требует структурных преобразований угольной промышленности, создания конкурентоспособных угледобывающих предприятий, обеспечивающих удовлетворение спроса на угольную продукцию при снижении финансовой нагрузки на бюджет России, улучшение социальной и экологической обстановки в шахтерских регионах. Это возможно, прежде всего, за счет селективной поддержки и развития предприятий (в основном с открытым спосбом добычи), отрабатывающих наиболее благоприятные угольные месторождения.

iB этих условиях возникла потребность в решении крупной научной проблемы формирования .природно-технического комплекса открытой угледобычи, обеспечивающего одновременно повышение эффективности (производства по всему циклу получения электроэнергии и других .продуктов добычи и переработки угля, улучшение использования ресурсов недр, снижение антропогенной нагрузки на окружающую среду.

іґіод лриродно-техничеаким комплексом (ПТК) понимается динамическая совокупность природных и организационно-технических объектов, тесно .взаимодействующих между собой в процессе получения продукции и обеспечения среды обитания требуемого качества.

Решение этой проблемы в настоящей работе осуществлено для условий открытой разработки угольных месторождений Восточной Сибири. Выбор этих объектов обусловлен их ролью в угледобывающей промышленности России (более 10% добываемого угля) и в регионе (доля угля в «отель-но-печном топливе превышает 90%), а также товышенньши требованиями к экологической безопасности добычи и сжигания угля из-за расположения большинства предприятий в природоохранной зоне о. Байкал.

Цель работы — разработка технолого-организационных решений, в совокупности формирующих яриродно-технический комплекс открытой угледобычи, функционирование которого повышает экономическую эффективность и экологическую безопасность природопользования.

Идея работы заключается в том, что формирование при-родно-технического комплекса рассматривается как организация рационального взаимодействия его основных составляющих: недр, угольных разрезов, электростанций, окружающей среды.

Методы исследования. В работе использованы методы тех-нико-экономичеакого анализа, математической статистики, эксперименты на физических моделях и в производственных условиях, математического моделирования производственных процессов и технологии разработки, анализа и синтеза сложных систем, теории выбора и принятия решений.

Научные положения, представленные к защите:

1. Разработанная на базе выделения элементов ПТК, изучения их взаимосвязей и показателей оценки многоуровневая структура объектов и решений, позволяющих определить потенциал природных ресурсов и обосновать технологию и организацию горных работ, в совокупности обеспечивающих формирование и функционирование природно-техничеокого комплекса открытой, угледобычи.

2. Обоснованные результатами теоретических и экспериментальных исследований выбор взрывчатых веществ и технологии взрывного разрушения высоких уступов, методиче-

скпе положения, обеспечивающие достижение рациональной степени дробления вскрышных пород н повышение коэффициента сброса их в выработанное [Пространство.

3. Динамический подход к обоснованию технологической схемы перевалки и экскаваторио-отвального комплекса оборудования и разработанные методические положения, позволяющие моделировать отработку поля разреза и ее экономические результаты с учетом изменчивости горно-геологических условий.

4. Комплексное обоснование технологии разработки свиты рассредоточенных угольных пластов пологого падения, включающее установление вскрышных и добычных зон, развития горных работ, глубины ввода железнодорожного транспорта и его вида тяги, мощности разреза по углю и горной імаесе, приемной способности внутренних отвалов, схемы вскрытия, обеспечивающее повышение технико-экономических показателей и зоологической безопасности, горных ра'бот.

5. Метод комплексного обоснования 'кондиций на выемочную мощность, технологии добычных работ и углепотоков при разработке сложносгруктурного угольного месторождения, включающий структурный анализ угленосной толщи, формирование вариантов технологических схемы добычи и переработки угля, определение качественно-количественных показателен углепотоков, многокритериальную оценку результатов работы разреза и электростанции.

6. Система мер по организации функционирования ПТК угледобычи в период перехода к рыночной экономике, основными из которых являются акционирование производственного объединения единым комплексом, создание рыночной инфраструктуры, стабилизация и расширение рынка сбыта угля на основе интеграции производнтелги и потребителей угля в региональной финансово-промышленной группе.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается: сходимостью результатов теоретических исследований с данными экспериментов в 'Полупромышленных и производственных условиях; анализом представительного статистического материала о работе разрезов и электростанций, их воздействия на окружающую среду; анализом и обобщением опыта комплексного использования углей и сопутствующих полезных ископаемых; лабораторными и полупромышленными исследованиями углей бассейна; корректным использованием методов математической статистики; широким применением методов ^математического моделирования; внедрением результатов работы при проектировании и эксплуатации, разрезов.

Научная новизна диссертации.

1. Предложены идея, принципы и концепция создания природно-технических комплексов открытой угледобычи.

2. Разработана методология формирования природно-тех-ничеакого комплекса открытой угледобычи как динамической системы единого процесса природопользования.

3. Уточнен механизм взрывного разрушения и сброса осадочных пород высоких уступов, предложена их классификация по сопротивляемости взрыву, установлены закономерности: динамики технического состава игданитов во времени, изменения коэффициента сброса щороды -и его управления.

4. Разработан динамический метод расчета технологических схем перевалки и обоснования экскаваторно-отвального комплекса оборудования при разработке свиты сближенных угольных пластов.

5. Разработан .метод обоснования транспортной технологии разработки свиты рассредоточенных пологих угольных пластов.

6. Разработана методика комплексного обоснования технологии разработки сложноструктурных угольных пластов с многокритериальной ее оценкой.

Практическое значение диссертации.

1. Установлены направления повышения потребительских свойств углей Восточной Сибири, нетопливного использования углей, отходов их: переработки и вскрышных пород.

2. Обоснованы и внедрены технические составы стабильных игдаиитов, технологии взрывных работ и их параметры, обеспечивающие достижение рациональной степени дробления пород высоких вскрышных уступов и повышение коэффициента сброса их в выработанное пространство.

3. Обоснованы и внедрены рациональные вскрышные комплексы оборудования, технологические схемы перевалки вскрышных пород, их параметры и нормативы готовых к выемке запасов на угольных разрезах Иркутского бассейна.

4. Разработана технология отработки свиты рассредоточенных пологих угольных пластов, обеспечивающая глубокий ввод экологически (безопасного железнодорожного транспорта и почти полную утилизацию 'вскрышных пород.

5. Разработан комплекс технологических решений по добыче и 'Переработке угля, позволяющий резко снизить требуемые объемы обогащения и повысить экологическую безопасность в районах добычи, и сжигания утля.

6. Обоснована и внедрена система мероприятий по адаптации к рыночным условиям угольных предприятий Восточно-Сибирского региона.

Личный вклад автора состоит:

в постановке и решении лроблемы формирования природ-но-техническ'ого комплекса открытой угледобычи, обосновании его принципов и методологии;

в организации комплексного изучения сырьевой базы открытой угледобычи в (Восточной Сибири, оценке ее потенциала и определении направлений повышения потребительских свойств углей;

в разработке метода обоснования бестранспортных и транспортных технологий разработки свит соответствейНо сближенных и рассредоточенных пологих угольных пластов;

в теоретическом и экспериментальном обосновании применения эфефктивных ВВ и технологий взрывных работ на высоких вскрышных уступах угольных разрезов;

в постановке и теоретическом обосновании выбора технологий добычи углей сложноструктурных 'месторождений.

Реализация работ. Разработанная методология формирования природно-технических комплексов открытой угледобычи использована ,в концепции развития АО «Востсибуголь» до 2005 г. Разработанные технологии торных работ внедрены в проекты строительства Тугнуйского и (Мугунского угольных разрезов. Стабильные взрывчатые смеси типа АС:ДТ, новые схемы взрывных работ и их параметры внедрены на Черем-ховских разрезах. Нормативы готовых к выемке запасов угля, определенные по разработанной методике, внедрены на Азей-скоїм и Тулунском разрезах. Комплекс технологических и спе-цальных противопожарных мероприятий внедрен на Хара-норском и Холбольджинском разрезах. Результаты исследований используются в учебном процессе в ИрТУ и МГГУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались: на Всесоюзной конференции «Угольная промышленность Сибири» (Кемерово, 1985); на региональном совещании «Перспективы развития открытых торных работ по добыче угля Восточной Сибири и Забайкалья» (Иркутск, 1985); на ВУЗовской конференции «Актуальные аспекты техники и технологии разработки месторождений полезных ископаемых Восточной Сибири» (Иркутск, 1990); на Международной конференции «Безопасность работ в горной промышленности» (Донецк, 1991); на X Всесоюзной научной конференции ВУЗов с участием научно-исследовательских институтов (Новосибирск, 1991); на IX Международном горном конгрессе (Мадрид, 1992); на научно-практической конференции по горному машиностроению (Новокузнецк, 1993); на И Международной конференции по экологически чистому и эффективному использованию ікаменного .и бурого угля (Гонконг, 1993); на научной конференции «Экологические проблемы горного производства» (Москва, 1993); на Международной деловой встрече «Уголь — стратегия развития и деловое партнерство» (Иркутск, 1993); на симпозиуме «Новая техника и технология открытых горных работ» (Москва, 1994); на совещании «Состояние и перспективы развития минерально-сырьевой базы угольной лромышлён-

5'

ности Восточно-Сибирского региона» (Иркутск, 1995); на Всероссийском съезде ,по охране природы (Москва, 1995); на II научно-технической конференции «Экологические проблемы горного производства, переработки и размещения отходов» (Москва, 1995); на Международном симпозиуме по вопросам устойчивого развития районов открытых разработок угольных 'Месторождений (Красноярск, 1995); на Международной конференции по технологии угля (Барселона, 1995).

Публикации. По теме диссертации опубликована 41 работа.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, изложенных на 309 страницах машинописного текста, содержит 142 рисунка, 78 таблиц, 4 приложения и список использованных источников.