Технико-экономические проблемы комплексного освоения угольных месторождений Казахстана в условиях рыночной экономики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технико-экономические проблемы комплексного освоения угольных месторождений Казахстана в условиях рыночной экономики

А.М. Иманбекова

Комплексное освоение месторождений полезных ископаемых требует решения целого ряда взаимосвязанных научно-технических задач, направленных на повышение полноты извлечения и использования минерально-сырьевых ресурсов и тем самым на повышение эффективности эксплуатации недр. Промышленное освоение месторождений не должно ориентироваться на производство какого-либо одного продукта. Все минеральные компоненты в продуктивной толще месторождения, а также вмещающие породы, сопутствующие шахтные воды и газы, которые могут быть извлечены в процессе ведения горных работ и затем использованы, должны рассматриваться как объекты промышленной эксплуатации [1--3].

В условиях рыночной экономики решение данной проблемы особенно важно для развития народного хозяйства Казахстана и его топливно-энергетического комплекса. Это объясняется неясными прогнозами развития атомной энергетики и нетрадиционных способов получения энергии (солнце-, ветро-, биоэнергетика). Поэтому в будущем главная роль в решении энергетических проблем отводится углю (особенно с учетом огромных запасов угля в республике) и сопутствующим газам.

До настоящего времени отработка угольных месторождений осуществляется в основном на базе традиционных технологий, с широкой и постоянной научно-технической координацией развития рассматриваемой отрасли. Однако для Карагандинского бассейна, где отработка угольных пластов ведется в сложных горно-геологических и технологических условиях, экологическая обстановка и требования рыночной экономики диктуют необходимость широкого внедрения нетрадиционных технологий при отработке некондиционных (забалансовых, списанных и др.) запасов месторождений твердого топлива.

Карагандинский угольный бассейн является одним из наиболее высокогазоносных в странах СНГ и опасным по внезапным выбросам угля и газа. Статистика показывает, что в Карагандинском угольном бассейне, начиная с 1950-х годов, произошло 136 газодинамических явлений, в том числе 53 внезапных выброса угля и газа, 27 прорывов газа из почвы выработок с ее динамическим разломом и более 56 внезапных обрушений угля с повышенным газовыделением.

С углублением горных работ, с повышением горного и газового давления газодинамическая активность угольных пластов возрастает, увеличивается интенсивность газодинамических явлений [4, 28].

Кроме того, в недрах Карагандинского бассейна содержатся ценные минералы, редкие и рассеянные элементы, приуроченные к угольным пластам, вмещающим породам и шахтной воде.

Между тем накопленный научно-технический потенциал в Казахстане и государствах СНГ позволяет осуществить переход к комплексному освоению угольных месторождений, который включает следующие направления:

- дегазация угольных месторождений и отдельных участков через скважины, пробуренные с поверхности либо из подготовительных выработок;

- отработка некондиционных запасов угля нетрадиционными методами;

- попутная добыча редких и рассеянных элементов, находящихся в угольных пластах и вмещающих породах;

- добыча метана, выделяющегося в горные выработки из угольных месторождений;

- использование метана, содержащегося в исходящей вентиляционной струе;

- использование породы в шахтах, строительстве и производстве стройматериалов;

- очистка и использование шахтных вод;

- получение тепловой и электрической энергии путем подземного сжигания угля;

- применение биотехнологий добычи полезных ископаемых.

Известно, что до сих пор конкурентоспособность угля сдерживается высокими затратами при добыче, переработке, хранении и транспортировке. Поэтому энергосбережение может стать одним из главных направлений значительного сокращения затрат и, соответственно, снижения себестоимости выпускаемой продукции. Однако в угольной промышленности в последние годы уделяется недостаточное внимание снижению энергоемкости производства, экономии топливно-энергетических ресурсов. В отрасли слабо внедряются системы планирования и учета энергоресурсов, материального и морального стимулирования бережливых НИР и ОКР, направленные на энергосбережение. Отрасль отстает от других отраслей по разработке нормативно-методических, программных документов, программ энергосбережения. Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что резервы экономии ТЭР в настоящее время имеются практически во всех звеньях технологического процесса угольного производства. В первую очередь это касается сокращения потерь энергии и энергоресурсов, достигающих значительных величин. К ним относятся потери тепла с отходящими газами котельных, ТЭЦ, сушильных установок обогатительных фабрик, с охлаждающей водой компрессорных установок и др.

Так, температура отходящих газов большинства шахтных котельных достигает 160-200°С.Одна сушильная установка ОФ за 1 час работы выбрасывает до 90-100 тыс. м³ газов с температурой до 60°С. В шахтных компрессорных установках до 30 % потребляемой энергии превращается в теплоту, которая выделяется в окружающую среду в градирнях при охлаждении оборотной воды.

Наибольшие потери электроэнергии приходятся на основные энергоемкие технологические процессы угольного производства.

Ранее из всей расходуемой в отрасли электроэнергии более 40 % приходилось на долю угольных шахт. В последние годы это соотношение несколько изменилось в сторону других предприятий отрасли, в первую очередь угольных разрезов, в связи с закрытием ряда неперспективных и убыточных шахт.

В общем расходе электроэнергии имеется постоянная составляющая, которая определяется работой установок и не связана непосредственно с процессом угледобычи (водоотлив, вентиляция, дегазация, другие установки). Удельный вес этой составляющей в общешахтных расходах электроэнергии в среднем по отрасли составляет до 70 %. Именно здесь имеют место максимальные непроизводительные потери электроэнергии.

Велики потери и основных (первичных) энергоносителей: угля, нефтепродуктов. Значительные объемы угля теряются при хранении и транспортировке из-за несовершенства погрузочно-разгрузочных узлов и сооружений, угольных складов и нефтебаз.

Следует в то же время отметить, что в действующих производственно-технологических комплексах разработаны и реализуются достаточно эффективные мероприятия, направленные на энерго- и ресурсосбережение, охрану окружающей среды и рациональное использование недр. Однако эти мероприятия носят локальный характер, а получаемый экономический результат ограничивается наличием устаревших технологии и оборудования. В связи с изложенным крупномасштабные резервы энерго- и ресурсосбережения, а также возможность достижения значительного экологического эффекта оказываются невостребованными.

Устранение указанных выше принципиальных недостатков действующих отраслевых технологических комплексов возможно только при переходе к технологиям и технике нового поколения, что должно быть положено в основу новых Концептуальных основ энергосбережения в угольной промышленности Казахстана.

В дальнейшем в качестве базы поиска и разработки перспективных моделей предусматривается использовать: новые технологии; новую технику; комплексное сочетание новой техники и новой технологии.

Опыт применения указанной базы в угольной отрасли известен: при разработке модели новых горных производств, основанных на комплексно-интенсивной технологии при подземной добыче угля; селективной выемке полезных ископаемых открытым способом (технологии нового поколения); на агрегатах комбайновой проходки горных выработок, обеспечивающей механическое разрушение забоя, механизацию погрузки разрушенной породы в транспортные средства, крепление выработок (техника нового поколения) и др.

В Концептуальных основах, на наш взгляд, должна рассматриваться принципиально новая профессиональная и методологическая база, в качестве которой выступает интенсивное энергосбережение. При этом следует исходить из необходимости решения основной задачи энергосбережения -- достижения наиболее экономичного использования всех средств производств для оптимизации соотношения между потреблением энергии и экономическим ростом. В общем случае цель энергосбережения -- снижение количества конечной энергии, приходящейся на единицу вырабатываемой продукции, т.е. на 1 т добычи (переработки) угля.

Интенсивное энергосбережение, потенциально обеспечивая крупномасштабное снижение расходов топлива, тем самым снижая выход продуктов его сгорания в окружающую среду, стимулируя безотходное использование сырьевых материалов и конечных продуктов (снижая за счет этого отходы производства), выступает как мощный фактор глубокой нейтрализации вредного воздействия угольного производства на окружающую среду.

Главная идея энергосбережения в угольной отрасли заключается в том, что энергоресурсы должны быть использованы более эффективно путем применения мер, осуществимых технически, обоснованных экономически и целесообразных с экологических и социальных позиций. Таким образом, энергосбережение представляет собой совокупность способов снижения интенсивности энергопотребления в результате принятия любых разумных мер с целью исключения расточительного расходования энергии и бесконтрольного использования ограниченного природного потенциала.

По нашему мнению, в Концептуальных основах следует рассматривать три группы энергосберегающих мероприятий: утилизационные; энергетической модернизации; интенсивного энергосбережения.

Утилизационные мероприятия решают задачу использования уже имеющихся потерь теплоты, потенциальной энергии в действующих теплотехнических установках или системах. К ним относятся: утилизация тепла отходящих газов котлов при закрытой системе теплоснабжения, тепла оборотной воды системы водоснабжения, тепла конденсата при использовании пара в качестве теплоносителя, низкопотенциального тепла шахтной воды и вентиляционной струи и др.

Мероприятия энергетической модернизации решают задачу снижения потерь теплоты, энергии в действующих установках и системах, но не затрагивают принципиальных основ техники и технологии. К ним относятся: применение рациональных схем охлаждения шахтных компрессоров, работа насосов и вентиляторов в оптимальном режиме при максимальном КПД, синхронизация асинхронных двигателей, рациональное размещение подстанций и трасс линий электропередач, переход на рациональные конструкции ЛЭП, типы, число и мощности силовых трансформаторов, оптимизация загрузки по фидерам и др.

Эти две группы энергосберегающих мероприятий решают частные задачи энергосбережения, не требующие внесения изменений в основные технологические процессы.

Интенсивное энергосбережение решает принципиально другую задачу, а именно: достижение высокого энергосберегающего эффекта путем проведения системного энергетического анализа производственных комплексов, на основе которого производится изменение принципиальных основ технологии, техники, управления, обусловливающее повышение качества выпускаемой продукции и полноту ее конечного использования.

Интенсивное энергосбережение базируется на мероприятиях, которые могут быть сведены в следующие четыре группы: технологические, энергетические, теплотехнические, технические.

Технологические мероприятия должны обеспечивать непрерывность всех технологических операций (единый непрерывный поток): безотходность технологии; предельно полное использование теплоты; предельно глубокая технологическая регенерация теплоты.

Энергетические мероприятия включают использование энергосберегающих тепловых схем; нетрадиционных автономных источников энергии (с получением экономического и экологического эффекта при условии повышения надежности оборудования); шахтного метана для генерирования электрической энергии и тепла; внедрение газотурбинных установок; кинетической энергии движущихся масс вентиляционного воздуха для генерирования электрической энергии.

Мероприятия, направленные на экономию электроэнергии при разработке угольных месторождений, могут быть также объединены в следующие три группы:

- повышение степени загрузки и КПД горно-шахтного оборудования;

- ликвидация части энергоемких операций технологического процесса и/или снижение их энергоемкости;

- рационализация электропривода и электрических сетей.

В первую группу входят мероприятия по замене незагруженного технологического оборудования или увеличению его загрузки. Они обычно тесно связаны с ликвидацией разбросанности горных работ и соответствующим сокращением протяженности выработок. При этом уменьшается удельный расход электроэнергии на вентиляцию за счет снижения депрессии и утечек воздуха, на транспортирование угля, породы и вспомогательных материалов, на передачу электрической и пневматической энергии.

Ко второй группе относятся мероприятия по экономии электроэнергии за счет ликвидации части энергоемких операций технологического процесса или снижения их энергоемкости. Они наиболее эффективны и к ним относятся: сокращение объемов получаемой в шахте породы и выдачи ее на поверхность; ликвидация или сокращение утечек воздуха в пневматических и вентиляционных сетях, утечек воды и др.; сокращение объемов работ за счет выбора оптимальных типов и конструкций крепи, сечения выработки, способов их охраны и др.; выбор оптимальных паспортов крепления и средств механизации в очистных забоях, исключающих загрязнение угля породой и необходимость ее дальнейшей транспортировки и подъема на поверхность.

В третью группу входит экономия электроэнергии путем замены незагруженных двигателей, силовых трансформаторов, увеличения сечения проводов и кабелей, напряжения, коэффициента мощности, а также за счет сокращения протяженности электрических сетей.

В качестве одного из важнейших рычагов экономии электроэнергии предлагается ориентация на правильную организацию учета, контроля и регулирования режимов электропотребления, внедрение на предприятиях отрасли автоматизированных систем, коммерческого и технического учета, создание технических средств, обеспечивающих контроль за расходом электроэнергии на основных присоединениях в поверхностных и подземных сетях. Автоматизированные системы контроля и учета энергопотребления являются составной частью управления процессами энергосбережения.

Для энергетического хозяйства Казахстана наиболее перспективным сырьем является газовое топливо. Благодаря экологичности и высокой транспортабельности, а также широкому использованию в качестве энергоносителя и химического сырья значимость газового топлива возрастает. Считая вопросы добычи и утилизации метана как теплоносителя приоритетными, следует отметить, что в Казахстане работы по эффективному использованию шахтного метана пока ведутся недостаточно активно.

Между тем опыт работы зарубежных стран подтверждает целесообразность добычи и утилизации метана на угольных месторождениях. Так, в США разработаны технологические схемы заблаговременного извлечения метана из угольных пластов в пределах разрабатываемых участков, а также за пределами угледобывающих предприятий. Здесь более чем из 2 тыс. скважин непрерывно извлекается метан. При этом максимальный объем его извлечения в процессе выемки угля на одном угледобывающем предприятии достиг 1 млн. м³ в сутки. В ФРГ объем извлечения метана в угольной промышленности составляет около 1, 5 млрд. м³ в год.

Широко ведутся разработки по использованию метана, выносимого из шахты с вентиляционной струей. Дегазация на шахтах уже на современном этапе должна рассматриваться не только как средство борьбы с газовыделением в выработки, но и как один из методов добычи в промышленных масштабах ценного газообразного топлива. Однако организация работ по дегазации на большинстве газообильных шахт не соответствует современным требованиям устойчивости добычи метана, поскольку лишь 12-15 % метана, содержащегося в массиве, используется в хозяйственных целях. Немаловажным носителем дополнительного источника тепла может стать и метан, содержащийся в исходящей струе шахтного воздуха и выбрасываемый в атмосферу.

Необходимо отметить, что метан может использоваться как по прямому назначению -- в виде потока смеси воздуха в процессе каталитического сжигания, так и в биотехнологии получения кормового белка. Кроме того, исходящая струя шахтного воздуха может служить теплоносителем, например, в тепличном хозяйстве. В такой же степени требуется использовать и тепло шахтных вод, откачиваемых из глубоких горизонтов. Источником топлива может быть и метан, выделяющийся из закрытых, отработанных газообильных шахт. В Германии, например, таким путем добывают до 100 тыс. м³ метана в сутки.

После выемки всех доступных запасов угля в шахтах остается значительное его количество -- до 30 % и более. Это прежде всего уголь, находящийся в зонах геологической нарушенности пластов, технологических целиков, уголь в пластах, выходящих под наносы карбона, а также запасы угля в весьма тонких прослоях, которые с углублением горных работ попали в зону обрушения. Указанные запасы можно извлечь путем сжигания угля на месте залегания, с получением на поверхности тепловой и электрической энергии.

В отличие от подземной газификации углей (ПГУ), направленной на получение горючих газов, технология ПСУ ориентирована на получение экологически чистого газообильного энергоносителя, используемого для получения горячей воды, пара, электрической энергии и других продуктов непосредственно на месте его производства. Технология ПСУ может успешно использоваться для сжигания оставленных в недрах запасов угля на закрытых шахтах.

Угольные месторождения должны служить и для попутного получения других ценных продуктов, используемых в народном хозяйстве. Рассматривая угли как потенциальное сырье для получения редких и рассеянных элементов, следует отметить, что в Японии, Германии, США, Канаде и других странах реализованы в промышленных масштабах либо доведены до стадии отработанных технологических схем способы попутного извлечения более десяти редких и рассеянных элементов (Эе, Са, РЬ, Zn, Ва, Аи, Ве, А§, Бс, Бе и др.). На переработку поступает пыль газогенераторных установок, аммиачные воды коксохимической промышленности. Во многих случаях сырьем служат непосредственно добытый уголь и вмещающие породы после предварительной подготовки.

В Казахстане значительный интерес к извлечению редких и рассеянных элементов из отходов угольной промышленности проявляется научными и промышленными предприятиями энергетического комплекса. Установлена перспективность переработки золошлаковых отходов, особенно зольных уносов, для получения сырьевой базы редких элементов. Так, учитывая уровень концентрации редких элементов в углях и конъюнктуру потребления, целесообразно провести технологические исследования на группу элементов: висмут, галлий, лантан, иттерий, церий, скандий, кобальт, золото, серебро, ванадий, никель.

Исходя из больших потенциальных возможностей Карагандинского угольного бассейна в части использования сырья для получения чистых «малых» элементов, возникает необходимость опробовать в промышленных условиях переработку углей бассейна как сырья, содержащего редкие и рассеянные элементы. В этом качестве угли Карагандинского бассейна не используются из-за отсутствия проверенных и эффективных технологий выявления и определения концентраций различных элементов и получения перспективного сырья. Заслуживает внимания разработка технологии селективной выемки угольных пластов, которая позволит вынимать раздельно смежные с породой пачки угля, являющиеся обычно наиболее обогащенными редкими и рассеянными элементами.

Горная масса непосредственно не может быть использована в качестве сырья для получения редких и рассеянных элементов. Вначале ее нужно специально подготовить, причем не всю, а лишь ту часть, которая приурочена к наиболее перспективным районам. Теоретические предпосылки такой подготовки для некоторых элементов разрабатываются, и лабораторным путем подтверждается правильность теоретических выводов. Однако только опытно-промышленные испытания дадут основу определения параметров и технико-экономических показателей технологии извлечения редких и рассеянных элементов из горной массы шахт Карагандинского бассейна.

Комплексное освоение ресурсов угольных месторождений, повышение полноты использования запасов угля путем снижения потерь и вовлечения в эксплуатацию забалансовых, законсервированных и бросовых запасов во многих случаях будут связаны с дополнительными затратами на горные работы, обогащение, охрану земной поверхности, на усовершенствование планировки горных работ и производства. Для ряда условий необходимо создавать новую технику. Однако эти затраты будут компенсированы увеличением объема добычи угля и повышением извлечения из недр ценных компонентов для производства дополнительной продукции.

месторождение ископаемый рынок экономический

Список литературы

1. Каренов Р.С. Перспективы снижения негативного воздействия угольной промышленности на экологию Карагандинской области // Вестник КарГУ. Сер. Экономика. -- 2006. -- № 2(42). -- С. 23-32.

2. Каренов Р.С. Эколого-экономические проблемы в условиях рынка: (на материалах горной промышленности). -- Алматы: ?ылым, 1998. -- 304 с.

3. Красавин А.П. Защита окружающей среды в угольной промышленности. -- М.: Недра, 1991. -- 221 с.

4. Баймухаметов С.К. Результаты промышленных испытаний нового способа подготовки особо выбросоопасного мощного пласта d₆ на шахтах Карагандинского бассейна // Уголь. -- 2005. -- № 12. -- С. 28-30.

Размещено на Allbest.ru