Угольная отрасль — один из базовых секторов экономики Республики Казахстан

Во многих странах мира уголь представляет собой основной вид сырья для производства элек­троэнергии. Так, например, в США, стране с наиболее либеральной рыночной экономикой, доля вы­работки электроэнергии на угле составляет 52 %, в Германии, стране с социально ориентированной рыночной экономикой, — 54 %, в Китае, стране с переходной экономикой, — 72 %.

Новый долгосрочный прогноз развития энергетики США, опубликованный в декабре 2005 г., определяет дальнейшее увеличение доли производимой электроэнергии из угля до 57-60 % к 2030 г. По мнению европейских экспертов, мировой рынок электроэнергетики находится на пороге перехода с газа на уголь, как наиболее предпочтительного для электростанций вида топлива [1].

В Казахстане угольная промышленность — одна из наиболее крупных отраслей экономики. Яв­ляясь основой энергетического комплекса (наряду с нефтяной и газовой промышленностью) по объ­ему добычи угля в бывшем СССР, КазССР уступала только России и Украине.

На угольных разрезах Экибастузского угольного бассейна в настоящее время добывается по­рядка 65-70 % энергетических углей в стране. Минерально-сырьевая база угольной промышленно­сти республики достаточно прочная. Несмотря на большие объемы добычи углей, их запасы в недрах остаются значительными. По подтвержденным данным Казахстан занимает 8-е место в мире по за­пасам и содержит в недрах 4 % их общего объема. Запасы угля позволяют полностью обеспечить внутренние потребности и экспортировать значительные объемы угольной продукции. Общие геоло­гические запасы углей Казахстана превышают 283 млрд.т. Из общего объема балансовых запасов ка­менные угли составляют 22,3 млрд.т, или 63,3 %, в том числе коксующиеся — 5,4 млрд.т.

Угольная промышленность обеспечивает 80 % выработки электроэнергии и тепла, а также 100 % потребности черной металлургии для производства кокса. Добыча угля в республике составит в 2010 г. 90 млн.т, а в 2015 г. — 95 млн.т [2].

Казахстан располагает углями всех видов — от бурых до каменных. Общие геологические запа­сы углей Казахстана оцениваются в 150-160 млрд.т. Из числа балансовых запасов основной объем занимают запасы бурых углей (62 %), каменные угли составляют 38 %. Степень освоения запасов ка­тегории А+В+С₁ в Казахстане сравнительно высокая. На долю разрабатываемых и подготовленных к освоению месторождений приходится 62 % запасов этих категорий, из них 29 % находится на балан­се действующих предприятий. Республика Казахстан располагает реальной возможностью для удов­летворения потребности в энергетических углях как на внутреннем, так и на внешнем рынке, так как разведанные угольные геологические ресурсы и потенциал созданных мощностей угольных предпри­ятий огромен. Подавляющая часть запасов углей заключена в месторождениях Центрального Казах­стана, из которых промышленностью освоены Карагандинский, Экибастузский и Майкубенский угольные бассейны, Шубаркольское, Борлинское, Куу-Чекинское и Юбилейное (Каражира) угольные месторождения. В Центральной части республики находится крупный Тургайский буроугольный бассейн, имеющий ряд крупных месторождений, пригодных для открытой отработки и перспектив­ных для освоения [3]-[6].

Учитывая, что уголь является не только топливом, но и технологическим сырьем, предполагает­ся приступить к расширению научно-технической базы для внедрения технологий глубокой перера­ботки углей (газификация, синтетическое жидкое топливо, химические продукты), а также к про­мышленному использованию метана угольных пластов.

Согласно экспертной оценке ожидается рост спроса на уголь в Казахстане и соседних странах в ближайшие годы. Крупнейшими производителями угля в Казахстане являются предприятия Павло­дарской области: ТОО «Богатырь» Аксес Комир (30,7 % общереспубликанской добычи), ТОО «Раз­рез Северный» (21,7 %), СП «Майкубен-Вест» (2,3 %, в том числе 91,9 % общереспубликанской до­бычи бурых углей) и предприятия Карагандинской области: АО «Миттал Стил Темиртау» (13,1 %) и АООТ «Борлы» ТОО «Корпорация «Казахмыс» (8,8 %).

При этом единственным центром добычи ценных коксующихся углей является Карагандинский бассейн. В связи с отсутствием в бассейне запасов коксующихся углей, пригодных для открытой раз­работки, особую актуальность имеют вопросы совершенствования шахтного фонда, рационального использования инвестиций и улучшения технико-экономических показателей работы угледобываю­щих предприятий.

По мнению специалистов [3], [7]-[9], в качестве мер, способных поднять уровень добычи угля в Карагандинском бассейне, могут быть рекомендованы следующие технические решения и подходы:

• —       применение систем разработок длинными столбами с целью перехода на систему «шахта-лава» с параметрами: длина столба до 2,5-5 км, длина очистных забоев до 200-300 м. Суточная добыча из одной такой лавы может составить до 5-10 тыс. т. Предполагается применение высоконадеж­ных механизированных комплексов импортного производства (США, Германии, Великобрита­нии). Для создания длинных выемочных полей предлагается объединение разрозненных шахт­ных полей ряда шахт с ликвидацией неиспользуемых капитальных выработок (стволов, квер­шлагов, капитальных бремсбергов и уклонов);
• —       применение коротких очистных забоев длиной 20-40 м без предварительного проведения подго­товительных выработок, с использованием нетрадиционных средств выемки и крепления для от­работки локальных участков и участков пластов со сложными условиями разработки;
• —       применение на глубоких горизонтах (более 500 м) систем разработок длинными столбами с предварительным проведением полевых подготовительных выработок в породном массиве поч­вы пласта. Полевые подготовительные выработки предполагается создавать в выработанном пространстве короткого очистного забоя, обеспечивающего добычу угля на уровне обычных лав;
• —       применение систем разработок длинными столбами с проведением промежуточных полевых подготовительных выработок в природном массиве почвы пласта, предназначенных для провет­ривания выемочного участка;
• —       применение технологии с разворотом очистного комплекса в условиях работы на выемочных полях недостаточной длины;
• —       применение технологии селективной выемки тонких сближенных угольных пластов и пластов, разделенных породными прослоями мощностью 0,3 м и более;
• —       широкое применение анкерных крепей в сочетании с традиционными крепями арочного, прямо­угольного и трапециевидного сечения.

Предложенные варианты совершенствования технологических схем очистных работ с высокой нагрузкой и оптимальными их параметрами на шахтах Карагандинского бассейна обеспечат высокую эффективность и конкурентоспособность угольной продукции в условиях рынка.

Необходимо особо отметить, что в последние годы на шахтах угольного департамента (УД) АО «Миттал Стил Темиртау» наряду с очистными работами резко возросли требования и к проход­ческим коллективам. Горно-подготовительные работы на действующих угольных шахтах представ­ляют собой комплекс технологических и организационных мероприятий, обусловливающих своевре­менное и качественное воспроизводство очистного фронта с доразведкой подготовительных запасов и защитой от проявления свойств массива горных пород при его обнажении (дегазация, защита от выбросов угля, породы и газа, от горных ударов, упрочнение массива и т.д.).

Основное содержание горно-подготовительных работ — проведение горных подготовительных выработок, обеспечивающих доступ к очистным забоям, их подготовку, вентиляцию, транспортиров­ку угля и горной массы, доставку материалов и оборудования, энергоснабжение, водоотлив и пр.

На угольных шахтах представлен широкий диапазон подготовительных выработок: горизон­тальные, наклонные и вертикальные; с угольным, породным и смешанным забоями; с арочной, тра­пециевидной, прямоугольной и круглой формами сечения.

Структура объемов горно-подготовительных работ, взаимосвязь их со смешанными технологиче­скими звеньями и службами шахты (очистные работы, подземный транспорт, вентиляция, службы по­верхности, поддержания и ремонта выработок) определяют специфику процесса проведения подгото­вительных выработок и использование при этом тех или иных способов и средств их сооружения [10].

Поскольку совершенствование техники, технологии и организации горно-подготовительных ра­бот возможно только на научно-технической основе, на шахтах УД АО «Миттал Стил Темиртау» за последние три года приобретено 19 проходческих комбайнов нового технического уровня. На заво­дах УД организован выпуск ленточных перегружателей для проходческих комбайнов, что позволит в сочетании с ленточными конвейерами уйти от скребовых конвейеров и перевести проходческие за­бои на постоянные транспортные схемы.

В 4-х забоях на шахтах имени Кузембаева и «Шахтинская» внедрено анкерное крепление. Помимо значительной экономии средств на материалы, анкерное крепление облегчает труд проходчиков. При этом 20 % сэкономленных денежных средств выплачивается членам бригады в виде дополнительной зарплаты. Проводятся работы по улучшению техники безопасности в забоях. Модернизированы буро­вые установки «Старт», выпуск которых налажен в УД. Внедряются пылеотсасывающие установки.

Вместе с тем на шахтах УД АО «Миттал Стил Темиртау» возможности новой горно­проходческой техники используются не в полной мере. Средние темпы проходки комбайнами нового типа по департаменту не превышают 80 м. На некоторых шахтах они простаивают по несколько ме­сяцев из-за неподготовленности забоев. Для выявления резервов увеличения объемов проведения горных выработок и снижения затрат, определения узких мест особое значение приобретает эконо­мико-математическое моделирование проходческих процессов на предприятиях по добыче угля.

Специфика формирования трудовых затрат на проведение выработки заключается в том, что, во- первых, общая трудоемкость проведения выработки слагается из трудозатрат на выполнение отдель­ных процессов и, во-вторых, параметры процессов проходческого цикла в различной мере подверже­ны влиянию случайных причин. Эти обстоятельства делают не только возможными, но и обязатель­ными попроцессный характер модели и использование различных математических методов при ее разработке.

Так, например, затраты на бурение шпуров, погрузку горной массы, возведение крепи и вспомо­гательные работы в выработке, проводимой буровзрывным способом, с применением рельсового транспорта, зависят не только от условий проведения, типа применяемого оборудования, организа­ции работ, но и, в значительной мере, от целого ряда случайных факторов, делающих возможным определение затрат на указанные процессы только с помощью методов математической статистики. В противоположность этому затраты на непосредственно откатку породы и угля в гораздо меньшей мере подвержены влиянию случайных причин и зависят главным образом от технических и техноло­гических параметров схемы откатки. Это делает возможным определять затраты на транспортные работы аналитически, не прибегая к другим, более трудоемким и применительно к данному процессу менее точным методам исследования.

Таким образом, к первым особенностям математической модели трудозатрат на проведение вы­работки относятся попроцессность, расчленение уборки горной массы на непосредственно погрузку и транспортировку и сочетание корреляционного анализа с аналитическим методом исследования. Важные особенности модели устанавливаются при рассмотрении скорости проведения как показате­ля, находящегося в прямой зависимости от продолжительности проходческого цикла.

Для выработок, проводимых с рельсовой и конвейерной транспортировкой горной массы, скоро­сти проведения и_р, и_к при отсутствии отказов могут быть представлены выражениями:

где Т_п — продолжительность погрузки горной массы, мин/м; Т_отк — продолжительность откатки ва­гонеток, мин/м; Т_нес и Т’_нес — продолжительность процессов, совмещаемых и не совмещаемых с уборкой горной массы, мин/м.

Для достижения одинаковой по величине скорости проходки необходимо, чтобы в выработке с рельсовым транспортом продолжительность процессов, не совмещаемых с уборкой горной массы, была меньше, чем продолжительность этих же процессов в выработке с конвейерным транспортом. Сокращение продолжительности не совмещаемых с уборкой горной массы процессов достигается путем увеличения численности проходческой бригады. Поэтому для достижения одной и той же по величине скорости проходки численность бригады в выработке, проходимой с рельсовой откаткой, должна быть больше, чем в выработке, проходимой с применением конвейерного транспорта. Поэто­му для достижения одной и той же скорости проведения в одинаковых горно-геологических условиях численность проходческой бригады должна быть больше в том забое, в котором транспортные про­стои выше.

Примечание. Составлен автором исходя из обобщения практики работы проходческих бригад на шахтах.

Трудозатраты на проведение единицы объема выработки А находятся в довольно тесной зависи­мости от численности проходческой бригады N. Поэтому если в выработке с меньшими транспортными простоями при скорости проведения υф и соответствующей этой скорости численности бригады N тру­дозатраты на 1 м составят А, то в выработке с большей величиной транспортных простоев при той же скорости υ΄ф, численности бригады N трудозатраты на единицу объема составят А₂ (см. рис. 1 а).

Если фактор и измерять фактически достигаемой скоростью проходки, υ΄ф, то точки Аі и А₂ по оси абсцисс займут одно положение, а по оси ординат — различное (см. рис. 1 б). Величина

АА = 1(А₂ - А₁) является искажением зависимости А = f (и), имеющим не случайный, а систематиче­ский характер и обусловленным недостатками применяемого способа измерения фактора «скорость проходки». Величина этого искажения (систематической ошибки) непостоянна и зависит от целого ряда технических и технологических параметров схемы транспорта. Попытка избежать систематиче­ской ошибки путем группировки исходных данных по видам транспорта и их параметрам резко уве­личивает количество этих данных, число зависимостей и практически не позволяет выявить влияние фактора «скорость проходки» на технико-экономические показатели проходческих работ.

Анализ показывает, что противоречие между точностью зависимостиА=f (υ) и трудоемкостью ее разработки может быть преодолено в том случае, если измерять фактор и не фактически достигае­мой υф, а условной скоростью проведения υу, т.е. такой расчетной скоростью проходки, которая была бы достигнута в данном забое на практике, если бы отсутствовали простои по вине транспорта. При таком способе измерения скорости проведения точки А1 и А2 займут различное положение не только по оси ординат, но и по оси абсцисс, поскольку условная скорость проведения, обозначаемая через υ΄у и υ΄для этих забоев различна (см. рис. 1 в). Благодаря этому будет исключена систематическая пе­ременная ошибка зависимости А =f(υ), возникающая при традиционном способе измерения факто­ра и. Взаимосвязь между условной и фактической скоростью проведения выработки выражается за­висимостями:

где и_у, иф — условная и фактическая скорости проведения, м/смену; Т_тр — величина транспортных простоев в пересчете на 1 м проходки, смен/м.

Приведенные формулы позволяют определить условную скорость проходки для исходных данных, на основе которых разрабатывается модель, а также решить обратную задачу — опреде­лить наиболее рациональную фактическую скорость проходки, после того как найдена оптималь­ная условная.

Предлагаемый способ измерения фактора «скорость проходки» является важнейшей особен­ностью экономико-математический модели и необходимым условием повышения ее надежности. Для того чтобы достоверно установить влияние фактора на каждый из процессов проходческого цикла, необходимо располагать хронометражными наблюдениями за работой каждого члена проходческого звена, что при существующем способе хронометрирования затруднительно.

Избежать таких хронометражных наблюдений и воспользоваться теми, которые выполняются на шахте без ущерба для точности модели, можно в том случае, если устанавливать влияние и не на ка­ждый из процессов проходческого цикла, а только на те из них, которые наиболее сильно подверже­ны влиянию рассматриваемого фактора. Анализ хронометражных наблюдений показывает, что наи­более сильно скорость проходки влияет на потери труда из-за недостатка фронта работ и во время технологических перерывов, а также на затраты по подготовительно-заключительным операциям. Все эти составляющие для упрощения модели необходимо объединить в одно слагаемое. При разра­ботке модели указанное слагаемое может быть определено для каждого конкретного забоя как разни­ца между общими затратами по хронометражной карте и затратами, не связанными с технологиче­скими перерывами, подготовительно-заключительными операциями и простоями из-за недостатка фронта работ.

Модель, обладающая всеми указанными особенностями, будет правильно отражать уровень и специфику формирования затрат на проходку, позволит при разработке использовать имеющиеся на шахтах материалы без проведения специальных экспериментов в производственных условиях.

Список литературы

1. ВоскобойникМ.П. Проблемы развития угольной промышленности России // Горная промышленность. — 2006. — № 1.— С. 4-9.

1. Муканов Д. Индустриально-инновационное развитие Казахстана: потенциал и механизмы реализации. — Алматы: Дайк-Пресс, 2004. — 274 с.

2. Алиев С.Б. Реструктуризация угольной промышленности Казахстана // Уголь. — 2001. — № 9. — С. 41-44.

3. Каренов Р.С. Проблемы развития Карагандинского бассейна в условиях рыночных отношений // Комплексное исполь­зование минерального сырья. — 1994. — № 4 — С. 73-77.

4. Каренов Р.С. Минерально-сырьевой комплекс Казахстана в условиях рыночной экономики. — Алматы: РИО ВАК РК, 2000. — 296 с.

5. Каренов Р.С. Развитие открытого способа угледобычи в условиях рыночной конъюнктуры // «Валихановские чтения-9»: Сб. материалов Междунар. науч.-прак. конф. — Кокшетау: Кокшетауский гос. ун-т им. Ш.Уалиханова, 2004. — С. 72-76.

6. Алтаев Ш.А., Каренов Р.С. Развитие техники и технологии угледобычи в Карагандинском бассейне. — Алма-Ата: Гы- лым, 1992. — 152 с.

7. Презент ГМ. Состояние и перспективы развития Карагандинского угольного бассейна // Уголь. — 1998. — № 6. — С. 10-15.

8. Сагинов А.С., Дридж Н.А., Шулятьева Л.И. Эффективность использования и проблемы развития шахтного фонда Ка­рагандинского бассейна // Горный журнал. — 2004. — № 5. — С. 5-7.

9. Техника и технология горно-подготовительных работ в угольной промышленности / Под ред. Э.Э.Нильвы. — М.: Не­дра, 1991. — 315 с.