Концепция, механизм и принципы разработки геотехнологических комплексов СГД переработки и транспортировки угля потребителю

для решения научной проблемы разработки геотехноло-гических комплексов СГД переработки и транспортировки угля потребителю с использованием системных методов исследований. Доказано, что указанные комплексы СГД в полной мере удовлетворяют всем признакам большой системы [3].

На рис. 1 наряду с отличительными признаками большой системы БС представлены: требования к проектам шахт, предложенные проф., докт.техн.наук А.С. Бур-чаковым и проф. А.С. Малкиным [4]; основные принципы создания технологических схем гидрошахт нового технико-экономического уровня, сформулированные проф., докт. техн. наук А.А. Атрушкевичем [5]; принципы проектирования локальных гидрокомплексов, разработанные проф., докт. техн. наук В.Г. Лурием [6].

Из анализа представленных требований, принципов следует, что они очень во многом похожи и повторяются у разных авторов. И что самое главное и основное, признаки БС согласуются с требованиями и принципами шахт, гидрошахт, локальных гидрокомплексов. Например, такой признак БС, как "высокая выживаемость" коррелирует с такими принципами и требованиями, как "максимальная надежность" и "максимальная адаптивность к конкретным условиям" и т.д.

Концепция создания комплексов СГД переработки и транспортировки угля потребителю заключается в синтезировании подземного, геотехнологического и комбинированного способов добычи на основе системного подхода, применения нетрадиционных технологий и единого энергоносителя.

Проблема оптимизации параметров угольных шахт или технологий шахт, гидрошахт или гидроучастков является весьма актуальной, как для традиционных технологий, так и гидравлической. Так, на рис. 2 представлены некоторые из предложений, а именно: последовательность процесса оптимизации параметров шахт, разработанные проф. А.С. Бурчаковым и проф. А.С. Малкиным [4], алгоритм выбора предпочтительных вариантов технологии ТСВ, разработанный проф. А.Б. Ко-

вальчуком [7], механизм создания синтезированных технологий, предложенный проф. В.Г. Лурием [6]; многовариантное проектирование гидроучастков, сформулированное проф. В.В. Сенкусом [8] и последовательность формирования оптимального и множества рациональных вариантов технологической схемы шахты, разработанные проф. Ю.А. Жежелев-ским [9].

Механизм разработки комплексов СГД переработки и транспортировки угля потребителю представлен на рис. 3.

Банк данных формируется по следующим направлениям развития скважинной гидравлической техно-

технологические схемы СГД полезных ископаемых с земной поверхности;

• технологические схемы СГД полезных ископаемых из подземных горных выработок;

• комбинированные схемы СГД;

• агрегаты для скважинной гидротехнологии;

• струеформирующие устройства скважинных гидромониторных и тонкоструйных агрегатов;

• техника и технология выдачи пульпы на поверхность (гидроэлеваторы, эрлифты, гидроэлеваторно-

эрлифтные агрегаты, в том числе с эффектом самозакру-чивающихся струй);

• технология и техника обезвоживания угля, осветления технологической воды;

• способы и средства трубопроводной транспортировки угля потребителю;

• методическое обеспечение определения производительности, надежности и работоспособности всех основных подсистем скважинной гидротехнологии.

На основании сформированных баз данных с учетом собственных исследований гидравлической и агрегатно-гидравлической технологии добычи угля разрабатываются различные варианты технологических схем СГД угля его переработки и транспортировки к потребителю.

Однако, следует отметить, что на данном этапе базовые варианты технологических схем являются принципиальными (концептуальными), поскольку они еще не содержат обоснованных технологических, гидродинамических, геомеханических и экономических параметров.

Рис. 2

При рассмотрении СГД как сложной системы, выделены комплекс взаимосвязанных технологических процессов и операций (подсистем): вскрытие и подготовка выемочного блока (бурение и оборудование добычных и транспортных скважин, монтаж и демонтаж оборудования различного назначения); разрушение угольного массива струей или струями в различных режимах механическим, механогидравлическим, комбинированным спосо-

СЕМИНАР 13

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА 2001"

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.

© Л.А. Пучков, О.В. Михеев,

В.В. Мельник, 2001

УДК 622.27

Л.А. Пучков, О.В. Михеев, В.В. Мельник

В КОНЦЕПЦИЯ, МЕХАНИЗМ И ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ СГД ПЕРЕРАБОТКИ И ТРАНСПОРТИРОВКИ УГЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЮ

работе [1, 2] подтверждена правильность использования логии:

Механизм разработки комплексов СГД переработки и транспортировки угля

бом; безнапорный и напорный гидротранспорт; управление горным давлением; обезвоживание угля; осветление технологической воды, переработка и транспортировка угля потребителю.

Поскольку нами выделено 7 подсистем технологии, необходимо проведение аналитических, экспериментально-аналитических, стендовых или шахтных исследований всех подсистем комплексов СГД угля.

Отсутствие согласования основных операций подземной (классической) технологии добычи угля подземных способом привело к тому, что энергозатраты при гидротехнологии в 2000 г. по шахте «Юбилейная» ОАО УК «Кузнецкуголь» по сравнению с традиционной (КМЗ) почти в 3,5 раза больше.

Рассматривая следующую ступень классической гидротехнологии - переработку горной массы - следует отметить, что использование протяженных трасс гидротранспортирования пульпы, предварительное дробление перед углесосным подъемом приводит к значительному образования мелких классов угля (0-0,5 мм) и значительным затратам на переработку. Отсутствие обоснованных параметров напорного транспортирования пульпы привело к тому, что самый дешевый трубопроводный транспорт фактически стал самым дорогим.

Этап обоснования параметров комплексов СГД переработки и транспортировки угля потребителю в предложенном механизме разработки комплексов СГД является завершающим, поскольку он предполагает принципиальные технологические схемы комплекса дополнить обоснованными параметрами, такими как: количество, диаметр и расположение добычных и транспортных скважин; диаметр водоподающих ставов и струеформирующи;х стволов диаметр и количество насадок; начальное давление воды и режимы раз-

рушения угольного массива; условия пульпоформиро-вания при безнапорном транспорте и режимы всасывания при напорном; геомеханическое обоснование параметров выемочных блоков.

Опираясь на концепцию и механизм разработки комплексов СГД угля, с учетом характерных признаков больших систем (БС), требований к проектам угольных шахт, основных принципов создания технологических схем гидрошахт нового техникоэкономического уровня, принципов проектирования локальных гидрокомплексо нами были сформулированы следующие основные принципы разработки комплексов СГД переработки и транспортировки угля к потребителю (рис. 4).

Первый принцип разработки комплексов СГД угля заключается в объединении технологических процессов добычи, переработки и транспортировки угля к потребителю за счет поточности самой скважинной гидротехнологии - наличие единого энергоносителя.

Общепринятая и широко применяемая в настоящее время практика угольных шахт, направленная только на добычу угля без предварительной (первичной) его переработки в современных рыночных условиях хозяйствования проигрывает экономически. Доказывается это тем, что на сегодняшний день затраты на обогащение иногда составляет 30-40 % от затрат на добычу, а ведь это совершенно неравнозначные технологии по трудоемкости, сложности и безопасности труда.

По мнению многих экономистов в период перехода России к рыночной экономике наименее пострадали те отрасли Минэнерго РФ, которые имели свои трубопроводы для доставки сырья потребителю. Имеется в виду нефтяная и газовая промышленности, т.е. те отрасли промышленности страны, которые практически не связаны с железнодорожным транспортом.

Основные принципы разработки комплексов СГД переработки и транспортировки угля потребителю

Рис. 4

Формирование банка данных скважинной гидротехнологии

Разработка базовых вариан комплексов тов технологических схем СГД угля

Выделение основных подси стем комплексов СГД угля

Разработка классификации комплексов СГД угля

Установление резервов повышения производительности и надежности работы основных подсистем скважинной гидротехнологии

Согласование подсистем к переработка-транспортир омплексов СГД «добыча-овка угля потребителю»

Обоснование (геомеханическое, технологическое, экономическое) параметров комплексов СГД переработки и транспортировки угля потребителю

К сожалению, угольная отрасль России трубопроводного транспорта угля потребителям не имеет, за исключением действующих трубопроводов "Шахта Инская -Беловская ТЭЦ" и "Шахта "Юбилейная - Запсиб" и не действующего "Шахта Инская - Новосибирск".

Поэтому, в комплексах СГД угля уже на стадии разработки концепции закладывается принцип «добыча -переработка - транспортировка».

Вторым принципом разработки комплексов СГД является геотехнологичность и безлюдность технологии. Под этим требованием понимается разработка скважинных технологий добычи угля с земной поверхности без ведения подземных горных работ (геотехнологичность) или из подземных горных выработок без присутствия людей в очистном забое (безлюдность).

Этот принцип предопределяет дальнейшую разработку и внедрение альтернативных способов добычи традиционным, как подземному, так и открытому.

Третий принцип, а именно, добыча высококачественных углей в сложных горно-геотехни-ческих условиях направлен, главным образом, на вовлечение в обработку угольных пластов, для которых в настоящее время, или отсутствуют угледобывающие технологии вообще, или их применение экономически неоправданно. Именно такие марки высококачественных, коксующихся углей (К, Т, ОС, СС и др.), представляющих значительный интерес и постоянный спрос на внутреннем и внешнем рынках угля залегают в основном в Прокопьевско-Киселевском угленосном районе Кузбасса, а также в Приморье и на Сахалине.

Четвертым принципом комплексов СГД угля является малооперационность и поточность технологии. Мало-операционность гидротехнологии даже классической неоспорима, поскольку операции, составляющие СГД объединены единым энергоносителям - водяным потоком и связаны в единое технологическое целое в пространстве и времени. Поэтому четвертый принцип, по всей видимости, правильнее было бы назвать едино-энерго-операционным или едино-энерго-

подсистемным.

Адаптивность подсистем между собой заключается в обеспечении повышения производительности, надежности и согласованности подсистем между собой по всему технологическому комплексу СГД угля от разрушения угольного массива струями до транспортировки угля потребителю.

Под таким принципом, как социальная и экономическая значимость подразумевается возможность создания

новых рабочих мест для горняков, в первую очередь закрывающихся шахт, без их переподготовки, и второе -улучшение условий и безопасности труда шахтеров.

Основными выводами по данной статье являются.

1. При рассмотрении комплексов СГД переработки и транспортировки угля потребителю, как сложной системы, выделены комплекс взаимосвязанных технологических процессов и операций (подсистем): вскрытие и подготовка выемочного блока (бурение и оборудование добычных и транспортных скважин, монтаж и демонтаж оборудования различного назначения); разрушение угольного массива струей или струями в различных режимах механическим, механогидравлическим, комбинированным способом; безнапорный и напорный гидротранспорт; управление горным давлением; обезвоживание угля; осветление технологической воды, переработка и транспортировка угля потребителю.

2. Предложена концепция разработки комплексов СГД переработки и транспортировки угля потребителю, заключающаяся в синтезировании подземного, геотехнологического и комбинированного способов угледобычи на основе системного подхода и применения единого энергоносителя.

3. Выработан механизм разработки комплексов СГД переработки и транспортировки угля потребителю, включающий формирование банка данных скважинной гидротехнологии, формирование базовых вариантов технологических схем, выявление основных подсистем, разработку, установление резервов повышения производительности и надежности работы основных подсистем скважинной гидротехнологии, согласование подсистем, геомеха-ническое и технологическое обоснование параметров.

4. На основании предложенных концепции и механизма разработки комплексов СГД, с учетом основных требований и принципов к звеньям угольных гидрошахт, гидроучастков и гидромодулей, скорректированы основные принципы разработки комплексов СГД переработки и транспортировки угля потребителю: привязка технологии к конкретным горно-геологическим условиям отработки угольных пластов, особенно к сложным, геотехнологичность и безлюдность, мало-операционность и поточность, экологическая и технологическая безопасность, максимальная адаптивность к изменяющимся горно-геологическим условиям, адаптивность подсистем между собой, социальная и экономическая значимость.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Михеев О.В., Мельник В.В. Разработка комплексов скважинной гидравлической отработки угольных пластов. - М.: Уголь, 1999, №4. - С. 54-56.

2. Михеев О.В., Мельник В.В. Разработка комплексов скважинной гидравлической отработки угольных пластов, залегающих в сложных горно-

геологических условиях. - М.: ГИАБ, МГГУ, 1997, №3. - С. 167-169.

3. Рогов Е.И. Системный анализ в горном деле. - Алма-Ата, Наука, 1976, - 207 с.

4. Бурчаков А.С., Малкин А.С. Проектирование шахт. - М.: АГН, 2000. - 296 с.

5. Атрушкевич А.А. Разработка гибких технологических схем, технологии и техники для гидрошахт нового уровня. -Дис. докт. техн. наук. - М.: МГИ, 1989. - 27 с.

6. Лурий В.Г. Разработка локальных гидрокомплексов для добычи угля в сложных условиях. - Дис. докт.техн.наук. - М.: МГИ, 1990. -48 с.

7. Ковальчук А.Б. Технология совмещения выемки и подготовки запасов угля очистными механизированными комплексами с присечными крепями. - Дис. докт. техн. наук. -М.: МГИ, 1985. - 401 с.

8. Сенкус В.Г. Разработка и реали- 9. Михеев О.В., Жежелевский

зация методической базы проектиро- Ю.А., Некрасов В.В., Бегеза Н.С.

вания гидроучастков с подземным Конструирование и выбор технологи-

замкнутым циклом обезвоживания уг- ческой схемы угольной шахты (для

ля и осветление воды. - Дис. докт. условий Южного Кузбасса). Учебное

техн. наук. - М.: МГГУ, 196. - 247 с. пособие. - М.: МГГУ, 1996. - 102 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

А

Пучков Лев Александрович - чл. корр. РАН, профессор, доктор технических наук, ректор Московского государственного горного университета.

Михеев Олег Витальевич - профессор, доктор технических наук, кафедра «Подземная разработка пластовых месторождений», Московский государственный горный университет.

Мельник Владимир Васильевич - доцент, кандидат технических наук, кафедра «Подземная разработка пластовых месторождений», Московский государственный горный университет.

у