Строительство стволов как неотъемлемая составляющая эффективного развития горнодобывающей промышленности Украины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Строительство стволов как неотъемлемая составляющая эффективного развития горнодобывающей промышленности Украины

В.В. ЛЕВИТ, доктор техн. наук

(ООО «Шахтостроительная компания «Донецкшахтопроходка»)

А.В. СОЛОДЯНКИН, доктор техн. наук

(Национальный горный университет)

А.Е. ЯНКИН, канд. техн. наук

(Национальный горный университет)

Угольная промышленность Украины, являющаяся одной из основных отраслей национальной экономики и гарантом энергетической независимости государства, в настоящее время находится в кризисной ситуации. Около 96 % шахт более 20 лет работают без реконструкции. Вследствие медленной реструктуризации отрасли значительное количество мелких и средних по мощности шахт убыточны. Две трети основного стационарного оборудования шахт полностью отработали нормативный срок эксплуатации и требуют немедленной замены [1]. Чрезвычайно осложнилась ситуация с началом антитеррористической операции. Нарушение железнодорожного сообщения между предприятиями, срыв поставок материалов и оборудования, ухудшение расчетов за потребленную электроэнергию и уголь привели к снижению объемов добычи угля.

Несмотря на сложное положение предприятий, угольная отрасль имеет огромный потенциал для дальнейшего развития. Решение проблемных вопросов функционирования угольной отрасли возможно за счет ее реформирования с привлечением стратегических инвесторов, приватизации перспективных угледобывающих предприятий с одновременным оздоровлением шахтного фонда, а также путем ликвидации (консервации] убыточных шахт [1].

Сооружение вертикальных стволов прежде всего связывают со строительством новых горнодобывающих предприятий. На протяжении 2015-2020 гг. намечено завершение строительства и введение в эксплуатацию шахты-новостройки № 10 «Нововолынская» с проектной годовой мощностью 900 тыс. т угля двумя очередями и второй очереди шахты № 3 «Южнодонбасская» мощностью 300 тыс. т угля в год. Новое строительство в ближайшие годы не предусматривается. Дальнейшее оздоровление отрасли за счет капитального строительства и реконструкции касается в основном технического переоснащения предприятий. Выполнение намеченных планов капитального строительства, реконструкции и технического переоснащения позволит обеспечить в 2020 г. добычу угля на уровне 16,8 млн т, что почти в 2 раза превысит объемы добычи предприятиями государственного сектора, запланированными на 2015 г. [1].

Специфика работы угольных шахт состоит в том, что даже поддержание их производственных мощностей требует подготов ки и ввода в действие новых очистных забоев. А наращивание и дальнейшее развитие горных работ предполагает, по сути, новое строительство.

Реализация планов повышения добычи угля базируется на использовании существующих запасов шахт, а также на увеличении площадей шахтных полей, подготовке новых, более глубоких горизонтов, вовлечении в отработку законсервированных запасов или тех, которые ранее считались экономически невыгодными.

Одновременно происходит интенсификация очистных и горнопроходческих работ за счет применения более производительных механизированных комплексов, внедрения струговой выемки угля, конвейерного транспорта, более мощных проходческих комбайнов, совершенствования организации труда и др.

Увеличение добычи угля на действующих предприятиях, в том числе и за счет интенсификации подготовительных и очистных работ, приводит к увеличению протяженности и площади поперечного сечения выработок, производительности подъема, повышению объемов подаваемого воздуха для нормального проветривания и снижения концентрации метана в очистных и подготовительных забоях, увеличивает водоприток и необходимость откачки воды из шахты. Все это требует выполнения значительного объема работ по сооружению комплекса выработок не только подготовительных, но и вскрывающих, в частности вертикальных стволов.

Следует отметить, что для государственных предприятий реализация планов капитального строительства является сложной задачей, обусловленной финансовыми ограничениями. Ситуацию может улучшить намеченный перевод 24 перспективных шахт, в том числе шахты-новостройки № 10 «Нововолынская», в состав Государственной угольной компании.

Между тем ведущие частные угольные компании в финансовом плане имеют большие возможности. Вот лишь некоторые примеры реализации стратегических и текущих планов частных угольных компаний.

ПАО «ДТЭК Павлоградуголь» мощное современное объединение, которое ориентируется на интенсивный путь развития и повышения объемов добычи угля на базе новейших техники и технологий. В рамках реализации стратегии развития шахт компания выполняет и планирует комплекс мероприятий [2, 3]. В частности, по мере приближения сроков отработки существующих запасов на отдельных шахтах готовится прирезка запасов смежных полей и участков. Предусмотрено внедрение высокопроизводительных механизированных комплексов Ostroyj с комбайнами МВ-410Е и МВ-444, что увеличит суточную нагрузку на очистной забой до 2000-2200 т.

На ПСП «Шахта Степная» внедрена струговая технология очистных работ с помощью установки BUCYRUS DBT, что повысило нагрузку на забой до 3000 т/сут и выше (при максимальной до 5000 т/сут). Шахта планирует отработку запасов на прирезаемом к шахтному полю участке за Богдановским сбросом. Проектом предусмотрено сооружение комплекса капитальных выработок, в том числе и вертикальной выработки гезенка диаметром 7 м для спуска угля, породы, людей и оборудования, а также для вентиляции.

Планируется строительство пяти вентиляционных и воздухоподающих скважин в целях обеспечения выработок расчетным количеством воздуха и повышения уровня безопасности ведения горных работ на прирезаемых участках шахтных полей, расположенных на значительном удалении от стволов. Кроме того, будет реконструирован угольный комплекс шахты им. Героев космоса с увеличением годовой пропускной способности подъема до 3 млн т, поскольку в настоящее время угольный подъем работает в максимально нагруженном режиме при мощности 2,3 млн т в год.

В целом по ПАО «ДТЭК Павлоградуголь» месячная нагрузка на очистной забой возрастет на 56 % с 1260 до 1963 т за счет модернизации парка машин, внедрения высокопроизводительной техники нового поколения отечественного и зарубежного производства, а также новой технологии крепления выработок. По отдельным шахтам показатели роста составят 80-95 %.

ПСП «Шахта им. Героев космоса» подготавливает к отработке запасы на горизонте 470 м, а также Морозовского участка шахтного поля, удаленного от центральных стволов. Сложные геомеханические условия (слабые вмещающие породы, высокое горное давление, склонность кровли к обрушению в забое, пучение пород подошвы выработки, техногенная и геологическая нарушенность) предопределили необходимость применения для крепления капитальных выработок высоконесущих конструкций металлической крепи с обязательным тампонажем закрепного пространства.

Эффективное выполнение тампонажа выработок возможно только при своевременной доставке большого объема материалов для приготовления твердеющих смесей: цемента и песка. Однако производительность подъема по стволу не обеспечивает бесперебойную поставку этих компонентов. Перспектива отработки запасов угля на удаленных от ствола участках при большой газоносности шахты добавит еще одну проблему обеспечение пропуска необходимого количества воздуха по стволу для проветривания очистных забоев.

Следует отметить появление таких крупных инвесторов, вкладывающих собственные средства в строительство новых стволов, как ООО ДТЭК, АП «Шахта им. А. Ф. Засядько», шахта «Красноармейская-Западная» № 1.

ПАО «ДТЭК Шахта Комсомолец Донбасса» в рамках стратегии развития на период до 2030 г. планирует увеличение годовой мощности предприятия до 5300 тыс. т за счет вовлечения в отработку площадей запасов разрабатываемых пластов l7, /4 и /3. В целях усовершенствования схемы вентиляции для обеспечения надежного проветривания шахты обоснована необходимость сооружения комплекса воздухоподающего ствола № 4 диаметром всвету 7 м и глубиной 1032,9 м. Основные функции: спускподъем людей, материалов, подача свежей струи воздуха, запасной выход.

Наибольший объем по сооружению новых стволов в последние годы за счет собственных средств выполнен АП «Шахта им. А. Ф. Засядько». Шахта была сдана в эксплуатацию в 1958 г. с проектной мощностью 1,2 млн т в год. Позже объединилась с двумя другими шахтами небольшой мощности, а в 1999 г. к полю шахты были прирезаны дополнительные запасы Кальмиусского рудника. В 1998 г. ее годовая добыча составила 3 млн т, в 2001 г. 4 млн т, что превысило возможности действующих стволов по производительности подъема, вентиляции и другим функциям. После ввода в действие двух фланговых стволов годовая мощность шахты достигла 5 млн т, повысилась безопасность труда шахтеров. Количество воздуха, подаваемого в шахту, увеличилось на 6000 м3/мин, температура в забоях снизилась на 8 °С. Протяженность пути для движения людей и доставки материалов к рабочим местам сократилась на 4 км. Появились условия для постоянной работы двух высоконагруженных лав, что обеспечивало стабильное фукционирование шахты на 15-20 лет и перспективу дальнейшего развития горных работ.

Характеристика новых стволов:

• воздухоподающий ствол № 2 диаметр всвету 7 м, глубина 1267 м. Ствол проходили с устойчивыми среднемесячными темпами 100 м. Впервые в истории украинского шахтного строительства ствол указанных параметров был оснащен и пройден за 20 месяцев, в том числе за 10 месяцев 2001 г. было пройдено 1002 м ствола [4, 5];

• восточный вентиляционный ствол № 2 диаметр всвету 6,5 м, глубина 1010 м. Оснащение и проходка ствола были выполнены в период с сентября 2002 по октябрь 2003 г. с достижением в апреле 2003 г. наивысших месячных темпов в Украине за годы независимости 130 м;

• восточный вентиляционный ствол № 3 диаметр всвету 7 м, глубина 1220 м. Оснащение и проходка ствола выполнены в период с июля 2002 по октябрь 2004 г.

Эти результаты можно интерпретировать и по-другому. Сооружение двух стволов на одной площадке и комплекса протяженных горизонтальных и наклонных выработок практически означает ввод в эксплуатацию новой шахты мощностью 1-2 млн т в год.

Еще один пример нового строительства за счет инвестиций и собственных средств предприятия сооружение воздухоподающего ствола № 2 на шахте «Красноармейская-Западная» № 1 в августе 2001 феврале 2004 г. Диаметр ствола всвету 8 м, глубина 890 м. Строительство было обусловлено необходимостью улучшить проветривание действующих выработок, уменьшить транспортные расходы по доставке в шахту людей, материалов, оборудования и выдаче породы. Такими же были причины проходки нового воздухоподающего ствола диаметром всвету 8 м и глубиной 986 м на шахте «Краснолиманская» в 2004-2005 гг.

Данные о стволах, сооруженных на действующих предприятиях компанией ОАО «Трест Донецкшахтопроходка» за годы независимости Украины, приведены в таблице.

строительство ствол горнодобывающий шахта

Приведенные примеры доказывают, что средства, выделяемые на техническое перевооружение, в том числе и на оборудование для очистных забоев действующих шахт, не дают и не могут дать отдачу, так как своевременно не выполняются подготовительные работы, в частности по сооружению вертикальных стволов. Несмотря на высокие технико-экономические показатели работы некоторых шахт, в перспективе, в случае прекращения инвестирования крупных средств в капитальное строительство, их может ожидать постепенная ликвидация.

Возросшие в последнее время интенсивность отработки запасов угля, объемы проведения подготовительных выработок, протяженность поддерживаемых выработок, абсолютная метанообильность неуклонно приведут к тому, что шахты уже в ближайшие годы будут испытывать колоссальный дефицит воздуха и необходимость обеспечить удаленные участки, блоки, крылья шахтных полей близко расположенными спуском-подъемом людей, материалов, оборудования, выдачей породы и водоотлива. Эти проблемы могут быть успешно решены только путем сооружения новых фланговых стволов.

И еще об одном аспекте, подтверждающем необходимость сооружения вертикальных стволов, поднятом авторами работы [6]. Вскрытие новых горизонтов реконструируемых или новых блоков современных шахт требует сооружения вентиляционных и воздухоподающих стволов на флангах или блоках. В проекте функции этих стволов сведены к минимуму вентиляция и запасной выход. Еще более узкими по назначению являются вентиляционные и воздухоподающие скважины. Требования к ним правил безопасности минимальные, и стволы оборудуются одним подъемом без лестничного отделения. Однако опыт показывает, что заложенных в проект функций стволов недостаточно.

Фланговые стволы располагаются на расстоянии 3-5 км от центральных и на такое же расстояние они ближе к месту ведения горных работ, поэтому целесообразнее по ним опускать-поднимать материалы, породу, оборудование, нередко и людей, откачивать воду, обеспечивать энергоснабжение. Вследствие этого с началом эксплуатации фланговых стволов начинается их переоборудование во вспомогательные, как на шахтах «Должанская-Капитальная» и «Красный партизан» объединения «Свердловантрацит», а также на некоторых шахтах соседних объединений. Кроме того, отсутствие лестничного отделения не дает возможности сразу оценить последствия аварии и немедленно приступить к ее ликвидации, поскольку требуется много времени на оборудование специальных ремонтных подъемов для осмотра ствола. Наличие в скиповом стволе шахты «Должанская-Капитальная» лестничного отделения позволило сразу после аварии оценить ее последствия, наметить план ликвидации и приступить к его осуществлению.

Важность еще одного запасного выхода невозможно переоценить в случае аварии, когда в подземных выработках оказываются отрезанными от земной поверхности люди. Этот аргумент убедительно доказали события при ликвидации аварии и спасении людей в 2010 г. на шахте «Сан-Хосе» (Чили), где произошел обвал породы. В результате этого 33 горняка оказались замурованными в течение 69 дней на глубине около 700 м и в 5 км от входа в шахту [7]. Спасение горняков стало возможным благодаря бурению скважины диаметром 0,71 м (по выполняемым функциям грузолюдского ствола). Спасательная операция обошлась Чили в 22 млн долл. США.

Проанализировав возможность более эффективного использования вертикальных стволов после ввода их в эксплуатацию по окончании строительства, авторы работы [6] предлагают:

* одиночные фланговые и блочные вентиляционные стволы проектировать как многоцелевые;

• вертикальные стволы, оборудованные многоканатными подъемами, как скиповые, так и вспомогательные в обязательном порядке оснащать лестничными отделениями;

• все вертикальные стволы в процессе строительства и эксплуатации оснащать в соответствии с проектом оборудованием для выполнения плановых, аварийных и спасательных работ, необходимость в которых может возникнуть в процессе эксплуатации.

Таким образом, дальнейшее увеличение добычи угля предполагает большой объем по сооружению вертикальных стволов, а значит, необходимость детального анализа перспектив развития и обслуживания горных работ на современных угольных шахтах Украины и, в рамках программы капитального строительства, планирования этого важного комплекса работ.

Литература

1. Красник В. Г Основні напрями реформування вугільної промисловості України на середньострокову перспективу / В.Г. Красник // Розробка родовищ. 2015. С. 25-34.

2. Вивчаренко А. В. Интенсивная отработка тонких угольных пластов в горно-геологических условиях Западного Донбасса / А. В. Вивчаренко, А. Н. Лядецкий // Школа подземной разработки-2009: материалы междунар. науч.практ. конф. Днепропетровск-Ялта, 2009. С. 18-22.

3. Барабаш М. В. Трансформация ГХК «Павлоградуголь» в угледобывающую компанию мирового уровня ПАО «ДТЭК Павлоградуголь» / М. В. Барабаш, Ю. Я. Чередниченко // Розробка родовищ. 2015. С. 15-23.

4. Миронов В. В. Опыт сооружения вертикальных стволов за счет средств крупных шахт и инвесторов / В. В. Миронов // Наук. пр. ДонНТУ: Сер. гірничо-геологічна. Донецьк: ДонНТУ 2004. Вип. 72. С. 89-96.

B. Миронов В. В. Опыт организации скоростной проходки воздухоподающего ствола № 2 АП «Шахта им. А. Ф. Засядько» по совмещенной технологической схеме / В. В. Миронов, Ю. А. Пшеничный // Уголь Украины. 2002. № 4. - В. 6-21.

5. Читаладзе Г А. Ликвидация узких мест при сооружении и эксплуатации вертикальных стволов / Г. А. Читаладзе, А. Е. Гольдин, В. И. Тимофеев, В. И. Тимченко // Уголь Украины. 1993. № 9. С. 48-49.

6. Авария на шахте Сан-Хосе [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Авария_на_шахте_Сан-Хосе (дата обращения: 03.11.2015).

Размещено на Allbest.ru