Методические основы определения предельной нагрузки на очистной забой по газовому фактору на шахтах Карагандинского бассейна

Перспективы развития экономики Республики Казахстан в значительной степени определя­ются тремя ключевыми внутренними факторами экономического роста — повышением произво­дительности труда, модернизацией производства и снижением его материало- и энергоемкости. Чтобы эти факторы работали, необходим ежегодный заметный рост объема инвестиций в отече­ственную экономику.

Однако получение инвестиций — это важный, но все же внешний фактор развития экономи­ки. Главное, задействовать внутренние факторы — добиться роста производительности труда, снижения материалоемкости продукта, преодолеть сложившуюся тенденцию падения фондоотда­чи, а в перспективе добиться ее повышения [1, 7].

Важнейшим фактором повышения эффективности производства является производительность труда [2-7]. Особенно актуальна проблема роста производительности труда в горной промышленно­сти, которая относится к числу трудоемких отраслей. Это значит, что производство продукции горно­добывающих предприятий (добыча полезного ископаемого) требует больших затрат живого труда. Выражением этого являются большие затраты на заработную плату в себестоимости продукции гор­ных предприятий и относительно меньший выпуск продукции на единицу затрат труда по сравнению с другими отраслями промышленности. Все это определяет важность изучения вопросов использова­ния живого труда в отраслях горной промышленности [8-14].

В горной промышленности производительная сила труда определяется многосложными об­стоятельствами: квалификацией рабочего, уровнем развития науки и степенью ее технологиче­ского применения, общественной комбинацией производственного процесса, размерами и эффек­тивностью средств производства и природными условиями.

В угольной промышленности объективными факторами производительности труда являются горно-геологические условия месторождения, техника и технология производства, квалификация труда работающих, организация производства и труда, формирование в отрасли рыночных отно­шений.

Горно-геологические условия месторождения характеризуют свойства главного предмета труда угольного производства. Обстоятельствами этого фактора являются: марка, средняя плот­ность и крепость угля; структура, мощность, угол падения, газообильность, пыльность пласта, склонность его к самовозгоранию, внезапным выбросам угля и газа; крепость и температура гор­ных пород и склонность их к горным ударам; нарушенность, обводненность и размеры запасов месторождения.

На современном уровне научно-технического прогресса величина производительности тру­да рабочего по добыче угля пока еще предопределяется главным образом горно­геологическими условиями как при подземном, так и при открытом способе добычи. Это связано с тем, что большинство обстоятельств горно-геологического фактора производительности труда при данных технике и технологии производства оказывает существенные непосредственное и косвенное влияния на трудоемкость большинства процессов угледобычи и, следовательно, на производительность труда рабочего по добыче угля. И вместе с тем часть горно-геологических условий оказывает влияние на выбор способов добычи угля (подземный или открытый) и при данном способе на выбор техники и технологии производства.

Обстоятельства горно-геологического фактора не являются постоянными не только в про­странственном (различные бассейны, различные месторождения, различные участки одного и то­го же месторождения), но и во временном аспекте. Изменчивость обстоятельств горно­геологического фактора обусловлена не только различием данных самой природой свойств, но также техникой и технологией производства, поскольку реакция предмета труда с данными его природными свойствами различна при различных орудиях воздействия па него в процессе труда для достижения одной и той же цели.

Обстоятельства горно-геологического фактора изменяются в целом в направлении, снижаю­щем производительную силу труда. Темпы и степень изменения неодинаковы, если их рассмат­ривать в масштабе страны, бассейна, месторождения; наибольшие изменения за равный промежу­ток времени возможны в масштабе конкретной шахты.

Изменить обстоятельства горно-геологического фактора в направлении, повышающем про­изводительную силу труда, можно лишь негативным путем, т.е. путем отказа от разработки от­дельных пластов, части запасов шахтного поля, целых месторождений с неблагоприятными гор­но-геологическими условиями.

В отношении целых месторождений такой путь может оказаться экономически целесообраз­ным и возможным в аспекте народнохозяйственной эффективности производства вообще и эф­фективности живого труда в частности. Условием этого является возможность замены угля иным, более дешевым видом энергии и сырья для тех или иных отраслей промышленности.

В отношении уже действующих шахт этот путь является негативным: за временное улучше­ние (преимущественная отработка участков пласта и целых пластов с наиболее благоприятными условиями) приходится «расплачиваться» последующим, гораздо более длительным ухудшением производственных и экономических показателей.

Из отмеченных особенностей обстоятельств горно-геологического фактора следует, что для обеспечения неуклонного роста производительности труда при любом способе добычи угля важ­ное значение имеет своевременное, постоянное, как можно более полное изучение известных и вновь появляющихся обстоятельств этого фактора и количественная оценка их влияния на трудо­емкость процессов угледобычи. Следует подчеркнуть, что соответствующие познание и учет из­меняющихся обстоятельств горно-геологического фактора требуются не только в процессе про­изводственной деятельности, но и при проектировании угледобывающих предприятий.

Такое многообразное и многоплановое влияние обстоятельств горно-геологического фактора определяет высокую трудоемкость продукции в угольной промышленности.

Эти особенности при изменении в целом обстоятельств горно-геологического фактора в на­правлении, снижающем производительную силу труда и экстенсивную составляющую затрат труда, на современном этапе рыночных преобразований ставят проблемы роста производительно­сти труда в ряд важнейших социально-экономических задач не только отрасли, но и народного хозяйства в целом.

Указанные особенности производственного процесса добычи угля подземным способом пре­допределяют как постоянную генеральную линию развития угледобычи вообще и главное на­правление решения проблемы роста производительности труда в частности, всемерное повыше­ние технической вооруженности труда. Оно означает необходимость непрерывного технического совершенствования угольных шахт с темпами, обеспечивающими рост производительности тру­да, превышающий неблагоприятное влияние на нее изменения обстоятельств горно­геологического фактора.

Техническая вооруженность труда повышается вследствие развития и внедрения новой тех­ники и прогрессивной технологии. Значит, в угольной промышленности в свете реализации Стра­тегии индустриально-инновационного развития Казахстана в 2003-2015 гг. [15] необходимо в дальнейшем:

• ускорить разработку и освоение серийного производства высокопроизводительных ком­плексов оборудования для выемки угля в сложных горно-геологических условиях;
• расширить создание и внедрение автоматизированных средств добычи угля на шахтах без постоянного присутствия людей в очистных забоях;
• увеличить производственные мощности отечественного угольного машиностроения, с тем чтобы полностью удовлетворять потребности шахт и разрезов в высокопроизводительном надежном горно-шахтном оборудования и в запасных частях к нему;
• улучшать условия труда и технику безопасности;
  • обеспечить прирост объема добычи и переработки угля в основном за счет повышения производительности труда.

Новая очистная техника обеспечивает не только рост производительности труда рабочего на очистных работах. В результате реализации заложенных в новой очистной технике значительных потенциальных возможностей по увеличению нагрузки на очистной забой создаются предпосыл­ки к снижению трудоемкости работ на подземном транспорте, содержании и ремонте горных вы­работок, прочих подземных процессах и при определенных условиях (когда рост нагрузки на очи­стной забой сопровождается увеличением добычи по шахтам) работ на поверхности.

Таким образом, в современных условиях значение технического перевооружения очистных забоев для роста производительности труда рабочего по добыче в большой мере зависит от того, насколько внедрение новой горной техники сопровождается ростом нагрузки на очистной забой. Исходя из этого в настоящее время имеется тенденция увеличения суточной нагрузки на очист­ной забой с 1-1,5 тыс. т до 5-6 тыс. т. По существу, это волюнтаристское решение, основанное на экономических и коммерческих побуждениях, не обоснованное по газовому фактору; при этом вопросы безопасности как бы игнорируются. В конечном счете, все это приводит к катастрофам (примеры: взрывы метана на шахтах «Шахтинская», им. Ленина и «Абайская» Угольного депар­тамента (УД) АО «Арселор Миттал Темиртау»).

Как правило, очистные забои оборудуются механизированными крепями, которые имеют определенное сечение рабочего пространства (F). Скорость движения воздуха по очистному за­бою (V) регламентируется Правилами безопасности. Максимальная скорость не должна превы­шать 4 м/с. А это значит, что, применив какой-либо механизированный комплекс, мы уже имеем заранее определенное предельное количество воздуха (Q_B), которое можно подать к очистному забою и пропустить его через него:

                (1)

Правилами безопасности регламентируется и предельное содержание вредных газов в горных выработках. Самым распространенным и обязательно присутствующим в угольных шахтах газом яв­ляется метан. Его содержание в очистном забое и на исходящей из него не должно превышать 1 %. Отсюда можно определить объем максимально допустимого выделения метана в очистной забой

             (2)

Сегодня учет фактора газовыделения при оптимизации основных элементов очистной выем­ки имеет особое значение для шахт Карагандинского бассейна. Дело в том, что метаноносность угленосной толщи в бассейне очень высока, что обусловливает  высокую газообильность  уголь­ных шахт. В настоящее время все шахты УД АО «Арселор Миттал Темиртау» отнесены к  сверх-категорным или опасным по внезапным выбросам угля и газа.

Расчеты метанообильности призабойных пространств основываются на определении дебита воздуха, средней относительной газообильности и среднесуточной производительности очистных забоев.

С повышением мощности угольных комбайнов, а следовательно, интенсивности их работы все большее значение в газовом балансе забоя приобретает количество газа, выделяющегося из добываемого угля.

Для газовых шахт должен решаться вопрос не столько о допустимой длине лавы по условиям проветривания, сколько о рациональной длине забоя по условиям газовыделения. Дело в том, что величина газовыделения с поверхности забоя зависит не только от его длины, но и от промежутка времени между выемкой каждой новой полосы. Этот промежуток времени играет немаловажную роль в степени отжима угля, который во многом определяет удельные энергозатраты и скорость подачи комбайна. Поэтому с точки зрения газовыделения и отжима угля небезразлично, вынута ли данная площадь короткой лавой с большой скоростью подвигания (большое количество цик­лов) или длинной лавой с малой скоростью подвигания (малое количество циклов). Чем больше длина лавы, тем меньше ее удельное газовыделение с поверхности забоя за период между выем­кой каждого цикла. Однако при этом растет абсолютное газовыделение в связи с увеличением

общей поверхности забоя. Следовательно, задача заключается в установлении оптимального со­отношения между длиной забоя и скоростью подвигания (числом циклов) по газовому фактору.

Значительное влияние на интенсивность газовыделения оказывает и ширина захвата вы­емочной машины. Таким образом, надо решить вопрос не только о рациональном соотношении длины лавы и скорости ее подвигания по газовому фактору, но и о рациональной ширине захвата комбайна. Дело в том, что уменьшение ширины захвата повышает использование мощности дви­гателя комбайна и вследствие этого увеличивает производительность комбайна за единицу вре­мени, что снижает относительное газовыделение и, следовательно, облегчает условия проветри­вания очистного забоя.

Таблица

Результаты расчетов для известных механизированных крепей, применяемых в очистных забоях угольных шахт

Количество газа в призабойном пространстве определяется величиной газовыделения с по­верхности забоя, из отбитого угля и выработанного пространства. Величина газовыделения с по­верхности забоя и из выработанного пространства зависит от мощности пласта и длины лавы. Ве­личина газовыделения из отбитого угля зависит только от производительности угледобычной машины.

Следовательно, характер ограничения производительности забоя будет определяться вели­чиной соотношения между длиной забоя и производительностью угледобычных машин за еди­ницу времени [16, 99-100].

В настоящее время на шахтах УД АО «Арселор Миттал Темиртау» очистные забои оборуду­ются системой автоматического газового контроля. По правилам безопасности содержание ме- тана на исходящей вентиляционной струе из лав, оборудованных автоматической газовой защи­той, может достигать 1,3 %. Автоматизированная система при достижении концентрации метана более 1,3 % производит отключение электроэнергии с забойных машин. Комбайн останавлива­ется, содержание метана в исходящей из очистного забоя вентиляционной струе уменьшается, повторное включение комбайна возможно при снижении содержания метана до 1 %. Циклы от­ключения и включения высокогазоносных пластов повторяются многократно. Это снижает про­изводительность, нервирует рабочих, и они «придумывают» способы борьбы с отключениями. Первый способ — датчики метана снимаются с верхних точек и завернутые в фуфайки уклады­ваются на почву выработки, второй — датчики остужаются обильным поливом воды.

Мы же определим отдельно допустимую производительность очистного комбайна, исходя из условия, что весь метан при относительной метанообильности свыше 15 м³/т выделится в очист­ной забой. Мы отдаем отчет, что это не совсем точно, так как только определенная часть (от 24 до 81 %) его будет выделяться в очистном забое и на пути его движения по выработкам. Такое допущение даст определенный запас надежности, гарантирующий, что при таких нагрузках не будет загазований в очистном забое. Исходя из таких предположений определим предельно до­пустимую производительность комбайна в очистных забоях сверхкатегорийных шахтах (аmах,

Результаты     расчетов для      известных механизированных     крепей представлены    в таблице, из

данных которой     следует, что гарантированная безаварийная работа с нагрузкой более    2000   т/сут в

очистных забоях сверхкатегорийных шахт обеспечивают крепи, в которых сечение рабочего про­странства достигает свыше 8,1 м. Также следует отметить, что максимально допустимая нагрузка на очистной механизированный комплекс при газовыделении 15 м³/т суточной добычи составляет для комплекса КМ 1422719 т в сут, или 1,89 т/мин.

Обобщая вышесказанное, можно сформулировать следующие важные выводы в сжатой форме:

1. Существующие механизированные крепи очистных забоев не приспособлены для высоко­производительной работы в газовых шахтах, работающих без предварительной дегазации пластов. Их совершенствование должно идти по пути увеличения сечения рабочего пространства.
2. Необходимо создавать средства автоматизации, учитывающие газовыделение и произво­дящие регулирование скорости подачи комбайна в зависимости от газовыделения.
3. Датчики метана должны иметь устройства, сообщающие в диспетчерскую о месте нахож­дения их по высоте выработки.
4. Предложенные в таблице предельные нагрузки должны быть тщательно проверены и утверждены Госгортехнадзором Республики Казахстан.
5. 5.  Превышение нагрузки показателей, указанных в таблице, всегда связано с тем, что в очи­стном забое нарушены требования Правил безопасности.
6. Безрасчетное стремление добыть из одного очистного забоя больше, чем указано в таблице, недопустимо и преступно без принятия мер по снижению газовыделения.

Список литературы

1.  ПетровА.Ю. Экономический анализ производительности труда: Учеб. пособие. — М.: Экономиста, 2003. — 128 с.
2. Амосов А. Повышение производительности общественного труда // Экономист. — 2000. — № 1. — С. 53-59.
3. Кардашевский В., Бондаренко А. Повышение производительности: европейский подход // Экономист. — 2000. — № 11. — С. 35-40.
4. Игнатовский П. Производительность труда — двигатель развития // Экономист. — 2004. — № 11. — С. 3-13.
5. Назаров М. Рынок и производительность труда // Вестник статистики. — 1990. — № 11. — С. 18-29.
6. Семенов А. Производительность труда и перспективы экономического роста // Экономист. — 1995. — № 2. — С. 24-34.
7. Щербаков А. Ориентиры производительности труда // Экономист. — 2005. — № 1. — С. 36-39.
8. Клеткин А.Г. Резервы и стимулы роста производительности труда // Уголь. — 1984. — № 9. — С. 47-50.
9. Добрянская Е.М., Сердюков А.И. Научно-технический прогресс и рост производительности труда на шахтах. — М.: Недра, 1982. — С. 207.
10. Каренов Р.С. Показатели производительности труда и особенности их определения в горной промышленности // Вест­ник Караганд. ун-та. Сер. Экономика. — 2005. — № 1(37). — С. 52-60.
11. Каренов Р.С. Производительность труда и значение ее роста в горной промышленности // «Валихановские чтения-10»: Сб. материалов междунар. науч.-практ. конф. — Кокшетау: КГУ, 2005. — С. 131-137.
12. Каренов Р.С. Управление ростом производительности труда на горно-добывающих предприятиях в рыночных услови­ях // Доклады НАН РК. — 2005. — № 2. — С. 119-132.
13. Каренов Р.С. Методика анализа достигнутого уровня производительности труда и прогнозирования на перспективу его динамики // Вестник Караганд. ун-та. Сер. Экономика. — 2005. — № 3(39). — С. 23-20
14. Каренов Р.С. Методические положения по оценке динамики производительности труда на угольных шахтах // Нацио­нальные экономические системы в Центрально-Азиатском Союзе: возможности и перспективы интеграции: Материалы Междунар. конф. Ч. 1. — Түркістан: ХҚТУ «Тұран» баспасы, 2005. — С. 261-265.
15. Указ Президента Республики Казахстан Н.А.Назарбаева «О стратегии индустриально-инновационного развития Рес­публики Казахстан на 2003-2015 годы» № 1096 от 17 мая 2003 г. — Астана.
16.  Болгожин Ш.А., Алтаев Ш.А. Эффективность разработки пластов в сложных условиях Карагандинского бассейна. — Алма-Ата: Наука, 1978. — С. 224.