Введение к работе
Диссертация, представленная в форме научного доклада, выполнена на основе результатов исследований автора, опубликовании п 1976-1993 г,г. Концептуальними положениями определены основи стратегии развития угольной промшленнссти по гарантироваш-ому обеспечении хозяйственного комплекса Украины углем. Научно-технические разработки обеспечивают ускоренное создание и аффективное использование потенциала угольных шахт в новых условиях хозяйствования и совершенствования инфраструктуры отрасли.
Актуальность проблемы. Экономический суверинитет Украины, проблемы энергетики и экологические факторы требуют реализации новых принципов управления и разработки технологий,существенно повы-шащих эффективность функционирования угольной промыллзнности. Задача гарантированного углеобеспечения Украины в условиях ограннче-ния диверсификации технологий получения электроэнергии, сокращения импорта нефти и угля из других бассейнов СНГ приобретает ранг стратегической.
Анализ и обобщение особенностей развития угольной промышленности позволяют опредекить основное содержание его тенденций на современном этапе, из которых, по существу, следуют направления и задачи решения исследуемой проблемы.
Угольная прошзленнссть Украины является базовой государственной структурой и представляет собой многоотраслевой хозяйственный комплекс, в котором функционируют 23 производственных обьедииенил по добь«е угля, включаючих 280 шахт с годовой производственной мощность» примерно 160 і.іліі.т. Это слоаная многоуровневая иерархическая система управления с элементами территориально-чекотрасде-вого принципа организации и наметившейся трансформацией производственных объединений в производственно-хозяйственные комплекси. конечной продукцией которых является не только уголь, ко и продук-* ция широкого потребления, что,с одной сторони,укрепляет их производственно-экономическую базу» а с другой,- требует разработки комплекса мер по сбалансированности производства на макро-и микро-урозне, которые обеспечили бы долговременное эффективное развитие отрасли в целом.
Доминирующим фактором, определяющим состояние и направления развития угледобывающей отрасли, являются горногеологические уело-
вия разработки угольных пластов, которые не имеют аналогов в мировой практике и характеризуются как особо сложные: почти 76 % отрабатываемых угольных пластов относятся к весьма газоносным, 38,5 % - к опасным по выбросам угля и газа, более 40 шахтопластов {в перспективе 115) - к склонный к горным ударам} на освоенных глубинах (800-1300 м) температура горных пород достигает"45-52; невысокая устойчивость пород, вмещающих угольные пласты, средневзвешенная мощность которых немного выше I м, в число важнейших ставит задачі' охраны горных выработок. Кардинальной задачей в этих условиях является прогнозирование газодинамических (ежегодно происходит до 300 проявлений) и обнаружение геомеханических опасностей, что додано составить предмет разработки подземного мониторинга угольных вахт.
Выявленные анализом основные тенденции и диспропорции в развитии угледобывающей отрасли Украины сводятся к следующему: несвоевременное строительство новых и реконструкция действующих шахт из-за лимитированных капиталы&к вложений привели к снижению потенциала производственных мощностей (156-162 млн.т в год) и объемов добычи угля (1976 г.. - 218,2 млн.т; 1992 - 134,5 млн.т) ; низкий уровень состояния горного хозяйства, неразработанность многих технологических решений, издержки в эксплуатации горной техники затрудняют реаение вопросов повышения эффективности и безопасности ведения подготовительных и очистных работ, что ведет к сни-кению производственной мощности шахт и производительности труда, росту трудоемкости работ; высокая удельная протяженность горных выработок вызывает значительные ресурсные затраты на их охрану и поддеркаше; истощение запасов углей лучших по качеству и условиям добычи вызывает необходимость перехода на глубины разработки до 1300 м, а в перспективе до 1400-1600 м и вовлечения в эксплуатации ресурсных запасов с зольностью угля до 40 %, что существенно понижает ключевые показатели конкурентоспособности угля - качество и цену - и требует развития углеобогащения. Ухудшение состояния шахтного фонда обусловит дальнейшее снижение уровня добычи угля, который к 2005 г. не превысит 130 млн.т, что значительно ниже контрольных цифр Энергетической программы Украины (175 млн.т).
К числу негативных тенденций следует отнести то, что функционирование угольной промышленности сопровождается ростом антропогенных нагрузок, поэтому ее развитие происходит в условиях все более жестких требований к охране окружающей среды в угледобывающих регионах,"
Наряду с отим,существуют валнно предпосылки д;)Я віжоїг-; .- _. ня собственного углеобеспечения. Основными предпее-.-цгз...::'» і.::і..
ічцнруігіччч р.чочі-тне огр-ч-.-лч, безусловно, чглчі.-іч.л ; : у, ". ':'. - рзбносіь в уг.'іе и :.-чч>,::-.::ур.і :--.; ро--ого ;.::>:к-і. угля,
Киїіьць'г'іурії'о --ч'очтО'.лЧчччско иг-з-зчос";:."" nrtpcn?KT)-'p4 тазянтия отрас-л", чгхччо зсто, определяется: ОЧи,;.:::ч?л' балансе:-:., ,:.-". ул.чрй (Донбасе - 43.5 млрд.т, Львовско-Зольпісккі; oaccs.:':.: l,. v
дамектальных технологических наработок по добиче угля ; достаточно
elicc:::::: ур^нс* "г>оог"а»рнні;с-ій о-і-^ил; іорііс" гс>::п:::"", ^»'»'"-і-
ЄМ КОНКуреіЩКІІ ВНутр-И страны ме*,ііу ТВерД0^и;;.Г.'.2".-Г: <Ч—о"*-"'* ч
атомной энергетикой ; возрастающей в дальнейшем долей использования углп (в настоящее .время 21,7 %) в онергетике Украины. По прогнозам специалистов Института проблем энергосбережения АН Украпим п 2005 г. для обеспечения нужд хозяйства Украины обьем добычи углз доляен составить 185-186 млн.т в год.
Приведенные данные показывают сложность и масштабность ,. . задач по коренному улучшению функционирования угольной промял-лоннооти Учрачнл.
О'іс70ятг-льн;'_'.:и исследования:.''! учек/х и специалистов До; О!',', Д-чЖ-і, /-чч-гчПІ, TSi;-;C«'!C;, ИГД им. Л.А.Сочинского, донгипр .;!.-. w . гсолог.ччс-о.ч;-;-: и чроеч.чш организаций, ".чачочччєсчих мнеч:---;-. - ' ч зузоз, оазодз.чч --."рчели создана надлеч-а-н-і:-; ниучно-тгх'чз'ч;..; .' ч каї;;п:но-):е>снолог;5чгекая біча для розенчя многих a.s :44:-----.7::.- - .: задач, что обеспечивает научно-технический прогресс з чтч 4-..-.::.
Вместе с ;с<у,, -ччогообчазие отдельна час: них рлзрабо-, :ч- г--,. дает основйііол-аг'аіоцсй базы, которая !'ео.ч'одн:,:а для д&с'-чг-:'. ч:'л буемого эффекта в решении задач комплексного развития угольной чгч;:..ьчч;с[шпс-?и зо взаимосвязи с хоояйстсепнкм кчччлочч-ч' У::: ", Vi'O чон/чае? нчдочнос:!- фу:п;г,ч-:чічродчч;ш с.трас,":! і: '-с г з- ;' , ', ; -ских звеньев. Очевидна необходиг-юсть качественно нового аналои состояния производства в угледобывающей отрасли, обоснования подхо-пез «экономической оценка техішческего потенциала, оозданнл научн':'1 сазы по сбознезчнчч (-ргчччзччиочно-очочо'личзі 'чг. и : < ::г::з- --~"»**-гнческих реве-пи Г- пс -/л-у-ч'Ч-чч:;; работ:: оч>''~-,;: г. чг-,--..; ,< ;,---- - дельности.
Есе это требует решения вопросов по обеспечению отрасли запасами угля в требуемом количестве и соответствующего качества, разработки модели развития угольной промьиленности Украины, вариантных решений по ускоренному созданию потенциала угольных шахт и научных основ его использования, создания теоретической базы, обеспечивающей рациональное использование инвестиций в строительство и эксплуатацию шахт. В совокупности это предопределяет необходимость разработки концептуальных и научно-технических основ дальнейшего развития угольной промышленности Украины. Именно этому посвящена настоящая диссертация, что и определяет ее актуальность, научно-техническое и хозяйственное значение.
Цель работы - создание научно обоснованной концепции и разработка комплекса научно-технических решений, обеспечивающих рациональное использование инвестиций, ускоренное обновление шахтного фонда отрасли, повышение рентабельности работы угледобывающих предприятий для гарантированного удовлетворения потребностей хозяйственного комплекса Украины в углях.
Перспективной целью научных исследований и технических разработок " .является . использование минерально-ресурсного и технологического потенциала шахт при эксплуатации угольных месторовдений как источников поликомпонентного сырья (уголь, газ, сырье для строительных материалов и др.), что создает необходимую базу для решения проблемы их комплексного освоения и рационального природопользования.
Идея работы заключается в установлении с позиций системного подхода закономерностей функционирования угольных шахт и формировании на их основе решений стратегического и тактического характера, обеспечивающих повышение сбалансированности производства на иакро-и микроуровне.
Методы исследования. Для достижения цели работы использован
комплекс методов, включающий экономико-математическое и имитацион
ное моделирование, аппарат системных решений, методы математичес
кой статистики, технико-экономический анализ, лабораторный и промыш
ленный эксперимент. ''
05ЦР-В.нь;е_ту7тыа положения, задираемые автором:
- долгосрочный цикл прогнозирования (10-20 лет) развития подземно
го комплекса отрули, при условии определения технико-зкоаоми'к-
ских показателей работы псслТ для краткосрочного периода, лоялен
базироваться на комплексной оценке характеристик g<'.--:ti»vo фомца
с сведением начестЕсшпд ого показателей ;: количественным (прин
цип кван'?аф;:ц:ацііи} и учете удельных обьензв капитальных затрат нд
однницу прироста производительности труда по добыче и проделай-
тольности инвестиционных вложений з обкопЛ'?н;!е
шахтного фонда [I, 12j;
- прогнозируемый повариантный обьеы добычи угля синхронно определя
ется локазшедші д;л:гі.'і:::н среднегодовой нормативна.*! ~;-псст:^
угольных шахт, линейно зависящая от объемов капиталъпи/. ;л;гсгпій;
предпочтительным является вариант развития шахтного фонда с зак
ладкой новых шахт за' счет централизованного финансирования, реа~
. лизацип которого'обеспечит устойчивое наращивание (1995-2010 г.г.)
и стабилизацию (2010-2015 г.г.) добычи угля с ее увеличением в 1,3 раза по сравнению с принятым базовым уровнем 1991 г. [I, 3, 4} {
временное изменение, трудоемкости работ по добыче угля аппроксимируется нелинейной зависимости с существенным со усилением п-последний ік-рнсд, что в значительной і.'оре связано с отставанием иаучио-гйсничоских разработок, соответствующих епец'лфнке --ко-геолотаческих условий отработки угольных пластов [ї, ?j ;
себестоимость добываемого угля на шахтг.х, отнесенных к рангу с нпэкими технико-экономическим- показателями, гиперболически определяется производительностью труда рабочего по дсеыче, ачдчи"чп которой устанавливается по приросту коэффициенте:» эластичности , характеризущих изменение себестоимости в процентах на I % изменения производительности груда [і, 7, 12] ;
- формирование условий аффективной реализации фиэико-хи!.-и-^>сг.ог"
воздействия на локальные области углепородного массива с це.:ьк>
понижения геомеханической и газодинамической опасности определяет
ся взаимосвязанностью параметров технологической структурно-меха
нической неоднородности массива и реяиков управляемого изаднения
его состояния под влияние}.! химических реагентов [5, G, 7, 9, ТС,12].
Обоснованность и достоверность научных положений. ву?'д^- и рекомендаций подтвеугедается корректностью исходник прг;ггснлок, опирающихся на фундаментальные положения и уетоды иссіопсг-ак;!,-? t«v~
нологии подземной разработки месторождений полезных ископаемых, использованием, в качестве исходного значительного обьеыа информации - статистической о показателях работы шахт и специально полу-чешой при выполнении экспериментальных исследований и промышленных испытаний в угольных шахтах, применением методов математической статистики для обработки массивов данных; удовлетворительной сходимостью результатов расчетов с фактическими данными (погрешность не превышает 15-20 %); положительными результатами внедрения в производство разработанных технологических и технических решений в области подземной разработки угольных месторождений.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана оптимизационная модель развития угледобывающей отрасли (подземный комплекс), учитывающая взаимосвязь мезду технико-экономическими показателями работы шахт и горнотехническими факторами, положенная в основу определения путей совершенствования шахтного фонда и разработки ыер повышения рентабельности шахт с обеспечением увеличения уровня освоения производственных мощностей (с 70 % в 1991 г. до 97,4 % в 005 г.) и абсолютной добычи угля (со 136,5 мли.т в 1991 г. до 172 млн.т в 2010 г.) за счет реализации организационно-технических и экономических принципов, повышающих сбалансированность производства на макро- и микро-уровне;
сформирована на базе оценки взаимодействия экономико-энергетиче-ских и горно-технологических факторов теоретическая (вероятностно-статистическая) модель динамики, добычи угля, использование которой для прогнозировгния объемов добычи показывает ее устойчивый рост при централизованной финансировании обновления шахтного фонда (вариант 3) с высоким уровнем обеспечения хозяйственного комплекса страны коксующимися (100 %) и энергетическими (60 %) углями;
получены статистически достоверные (корреляционное отношение 0,727-0,885) зависимости между себестоимостью добываемого угля
и производительностью труда рабочего по добыче угля, позволившие получить граничные значения производительности (себестоимости) для шахт с низкими технико-экономическими показателями и обосновать рациональные режимы работы и организационно-технические мероприятия по их обеспечению;
разработана экономико-математическая модель определения эффективности схем вскрытия и подготовки новых горизонтов угольник шахт, учитывающая взаимосвязи между критериальными показателями и факторами, характеризующими производственные процессы, описываемые системой параметров, комплексно отражающих горнотехислогическую обстановку на обьекте, и позволяющая выполнить техкико-экономическуи оценку принятых решений;
обоснованы методом имитационного моделирования с позиции единого методического подхода к определению величины фронта очистных
и подготовительных работ на шахте на основе системного анализе влиящих факторов принципы выбора величины потенциала очистных и 'подготовительных работ;
обоснованы классификационные признаки разделения ресурсных запасов угля, позволяющие оценить их потенциальные обьемы (балансовые и активные забалансовые - глубина 1500 м, мощность пласта не менее 0,8 м, зольность угля не выше 35 %) и обеспечивающие контроль рациональности эксплуатации месторождения по полноте извлечения угля, принятые, наряду с показателем экономического рейтинга, как информативные для разработки нового кадастра угольных и углегазовых месторождений Украины;
доказано, что распределение фракционного состава механически разрушенного угля (антрацита) подчиняется статистическому распределению Вейбулла с параметрами, характеризующими совершенство исполнительного органа выемочного комбайна и режим разрушения угольного массива, управляя которыми мокно обеспечить улучшение сортности угля при его добыче;
обоснованы с позиций физико-химической механики способы и параметры технологического регламента управления свойствами и состоянием угля и пород, обеспечивающие предотвращение гаэодинами- ческих явлений и поьиаеіпіе устойчивости углепородных массивов;
доказано, что совокупный эффект в развитии подземного комплекса отрасли мояет быть достигнут: обеспечением шахт требуемым количествен и качеством минеральных ресурсов, качественным обновлением шахтного фонда за счет строительства и реконструкции шахт, реализацией прогрессивных схем вскрытия л подготовки с объединением шахт как на невкх, так и на действующих горизонтах; растру кту рой отрасли и воплощением новых организационных форм управления на макро-и микроуровне производства.
Научное значение работы состоит в установлении с использованием принципов квантификации и экономико-математического моделирования закономерностей изменений технико-экономических показателей работы угольных шахт и создании на этой основе оптимизационной модели развития подземного комплекса отрасли, вероятностно-статистичесоой модели прогнозирования объемов добычи угля; в научном обосновании способов управления состоянием угля и пород с цель» повышения эффективности работ и снижения геомеханической опасности в выработках.
Практическая ценность работы заключается;
- в разработке и внедрении новых технологических, техничес
ких и организационных решений, обеспечивающих улучшение экономи
ческих и социологических результатов деятельности угольных шахт;
-в реализации методических положений, позволяющих повысить обоснованность и надежность долгосрочных, среднесрочных и краткосрочных программ развития угольной промьиленности Украины в целом и- отдельных угледобывающих предприятий;
-' во внедрении концепции создания и эффективного использования потенциала очистных и подготовительных работ;
в разработке Государственного кадастра угольных и углегазо-вых месторождений Украины;
в реализации методических положений работы в Программе развития угольной промышленности Украины и ее.социальной сферы в период до 2005 года;
в обосновании технологий физико-химического воздействия
на угольные пласты и горные породы, обеспечивающих снижение газодинамической активности и повышение устойчивости горных выработок.
Реализация результатов работы. Рекомендации по совершенст- вовашш шахтного фовда, технологии и средств подземной угледобычи использованы:
при разработке концепции развития топливно-энергетического комплекса Украины и Программы развития угольной промьиленности Украины и ее социальной сферы в период до 2005 года; результаты работы в виде'методических рекомендаций и методик используются при проектировании шахт, а также приняты для разработки отраслевой нормативно-технической документации.
Разработки по способам физико-химической обработки углепород-ного массива внедрены на взхте "Октябрьский рудник" производственного объединения (ПО) "Дснецкугог.ь", шахтах ПО "Селидовугсль": "Украина", "Россия", "Селидовская", "Горняк", "Нс-вогродовскоя" J* 1-3 ."Кураховскал".
Экономический з^фект от использования научных результатов и внедрения технико-технологических решений превысил 5,0 млрд.крб., в том числе доля автора - 1,2 млрд.крб.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и лслучплк одобрение: на НГС Мннуглепро;,:а СССР и Госкомитета СМ по науке и технике "Совершенствование техники и технологии работ на глубоких шахтах Донбасса" (Донецк, 1979 г.), на Всесоюзной конференции по механике горных пород (Днепропетровск, 1981 г.), на республиканской научно-технической конференции "Интенсификация подземной добычи угля и улучшение использования горной техники" (Киев, 1982 г.) , на научно-технической конференции "Теория и практика проектирования, строительства и эксплуатации высокопроизводительных рудников" (Москва, 1990 г.), на научно-технических семинарах по проблемам глубоких шахт (Донецк, 1930, 1907 гг.); на общеевропейском семинаре по вопросам извлечена, и использования газа угольных местсрождымй (Донецк, 1993 г.); на заседаниях коллегии и научно-технических советах Кабинета Министров, Министерства экономии if Госугле про;.'а Украины (Киев, І99І-І993 г г\); на технических совещаниях наушо-исследовательс:«их и проектных институтов Гссуглепромь Украина.
Публикации: Основные результаты диссертации изложена я '6 работах, в том числе 2 монографиях,5 брошюрах,изобретении и & научных статьях.
Исследовании, положенные в осноєу диссертации, выполнились
под руководством и при непосредственном участии авгора по госу
дарственным и отраслевым планам. В выполнении
работ по проблемам под руководством автора и совместно с ним при
нимали участие многие сотрудники различит институтов, организа
ций и предприятий. Беем им автор выражает сдою искреннюю призна
тельность за консультации, помощь и сотрудничество.
