CC BY
57
© C.B. Козлов, В.Ф. Замышлясв, В.Ю. Линник, 2013
С.В. Козлов, В.Ф. Замышляев, В.Ю. Линник
ТЕХНИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОГО И ЗАРУБЕЖНОГО ОЧИСТНОГО И ПРОХОДЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ В УГОЛЬНОЙ ОТРАСЛИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Приведены сведения об объемах добычи угля в мире, дан анализ существующего состояния дел в области подземной добычи угля в России, Рассмотрена эффективность применения зарубежных очистных и проходческих комбайнов, конвейеров, механизированных крепей в сравнении с российскими.
Ключевые слова: добыча угля, технический уровень, эффективность применения, очистное и проходческое оборудование, горное машиностроение
Геологические ресурсы угля в недрах земли оцениваются в 15 триллионов тонн, из которых на долю России приходится 36 % (более 5,3 триллионов тонн), США — 24 % и Китая 10 %.
Мировое производство угля по основным угледобывающим странам приведено в табл.1.
За приведенный период прирост мирового объема добычи составил 2514,0 млн т. В основном за счет Индонезии, Китая, Индии, где за последние 10 лет объемы добычи выросли соответственно в 3,4 ; 2.4; и 1,6 раза. Объем добычи за этот же период по угольным предприятиям Российской Федерации вырос на 83,0 млн т. или в 1,4 раза.
Наивысших показателей угольная промышленность России достигла в 1988 году, когда объем добычи на шахтах и разрезах Минуглепрома составил 425 млн т. 1988 год явился переломным, в последующие годы систематическое улучшение технико-экономических показателей отрасли прекратилось. Ситуация усугубилась внутриполитическими причинами, связанными с распадом Советского Союза и разрушением системы
Таблица 1
Мировое производство угля, млнт
2000г. 2005г. 2006г. 2007г. 2008г. 2009г. 2010г. к 2010г.
+/- %
Весь мир 4 515 5 854 6 149 6 397 6797 6800 7029 229 103,4
КНР 1 231 2 158 2 320 2 466 2761 2971 3050 79 102,7
США 971 1 038 1 067 1 052 1075 919 973 54 105,9
Индия 335 434 459 488 522 526 557 31 105,9
Австралия 306 367 367 389 398 335 409 74 122,1
Россия 240 282 284 289 323 301 323 22 107,3
Индонезия 76 170 226 264 284 263 252 -11 95,9
ЮАР 224 244 244 247 236 236 250 14 106,0
Германия 205 205 200 204 195 185 183 -2 99,0
Польша 162 159 156 145 144 136 135 -1 99,3
Казахстан 77 86 96 97 109 102 102 0 0
Украина 62 60 61 58 60 72 75 3 104,2
научно-технического развития и управления отрасли. Использование ранее выполненных разработок приобретает некомплексный характер. Беспорядочная закупка импортного оборудования, неэффективное использование научно-технического потенциала и производственных возможностей оборонных предприятий как нельзя лучше иллюстрируют этот период.
Таким образом, в начале 90-х годов в угольной промышленности России произошел кризис, который имел системный и структурный характер.
Кризисная ситуация в отрасли определила, начиная с 1990 года, провальное падение объемов добычи и снижения всех технико-экономических показателей. Снижение объемов добычи продолжалось вплоть 1998 года, когда она снизилась до рекордного уровня 232,3 млн т.
Основными причинами такого состояния явились: — невостребованность рынком угольной продукции из-за сокращения платежеспособного спроса потребителей, особенно бюджетных организаций, а также отсутствия сбалансированной политики цен на энергоносители. Цены на уголь на 20—30 % выше, чем на газ, в то время как в развитых странах Запада наблюдалось обратное соотношение.
— высокий износ основных фондов и отсутствие работоспособного горно-транспортного и вспомогательного оборудования на шахтах и разрезах. Коэффициент обновления основных фондов упал в 1995 году, к уровню 1989 г., в 2 раза (до 4 %).
— несоответствие реального потенциала предприятий установленной производственной мощности. По этой причине ежегодно недоосваивалось около 15 млн т мощностей.
Все это не могло не волновать руководство угольной отраслью, компанию «Росуголь». Принимаемые меры привели к тому, что, начиная с 1999 года, положение начало выравниваться, наметились тенденции к росту объемов добычи практически по всем маркам добываемых углей. (табл. 2)
Таблица 2
Добыча угля в Российской Федерации (млн т)
Годы Всего Каменный уголь Антрацит Бурый уголь Подземн. способ добычи Открытый способ добычи Добыча угля для коксования
Всего Уд.вес в обшей добыче
1995 262,8 176,9 18,3 85,9 110,5 152,3 57,9 60,6
1996 255,0 165,7 18,5 89,4 99,9 155,1 60,8 54,8
1997 244,4 159,2 17,7 85,2 91,9 152,5 62,4 52,1
1998 232,3 153,5 10,8 78,8 82,8 149,6 64,0 52,1
1999 249,1 166,0 10,1 83,4 89,0 160,2 64,3 57,3
2000 257,9 171,7 10,1 86,2 90,9 167,0 64,8 61,0
2001 269,3 186,2 9,8 83,1 95,2 174,1 64,7 64,8
2002 253,4 180,1 9,3 73,3 86,6 166,8 65,8 63,1
2003 276,5 197,2 8,1 79,3 93,2 183,3 66,2 69,2
2004 284,1 214,0 7,9 70,2 101,7 182,4 64,2 74,4
2005 298,3 223,6 9,3 74,7 103,5 194,8 65,3 69,5
2006 307,5 232,7 9,7 74,8 107,9 199,5 64,9 66,9
2007 312,6 241,3 9,9 71,3 108,6 204,0 65,2 72,2
2008 326,6 244,6 9,6 82,0 104,0 222,6 68,2 69,3
2009 300,2 238,8 8,6 61,4 107,6 192,7 64,2 61,2
2010 323,0 238,8 8,7 75,5 102,9 220,1 68,2 65,1
2011 336,7 252,6 7,9 76,2 100,89 235,8 70,0 57,1
В 2011 году добыча угля осуществлялась 137 разрезами и 91 шахтой общей годовой производственной мощностью более 380 млн т. Обогащение угля производится на 49 обогатительных фабриках и 2-х обогатительных установках с общей мощностью по переработке угля выше 170 млн т.
Добыча угля по итогам 2011 г. составила 336,7,0 млн тонн, что на 13,7 млн т больше 2010 г., в том числе энергетических углей добыто 269,6 млн т, углей для коксования — 57,1 млн т. Открытым способом добыто 235,8 млн т, подземным способом — 100,9 млн т угля.
Среднемесячная производительность труда рабочего по добыче угля в 2011 году составляла более 196,8 т в месяц (101,5 % к 2010 году).
Сегодня можно говорить, что угольная промышленность преодолела последствия финансового кризиса и все показатели ее деятельности приближаются к докризисному уровню.
На внутренний рынок было отгружено 188,3 млн т российского угля (+98,7 % к 2010 г.), а с учетом завозного угля — 220,6 млн т.
При этом объёмы поставок угля относительно прошлого года соответственно увеличились — на нужды: электростанций — на 7,4 млн т. населения, ЖКХ и АПК — на 166,1 тыс. т.
Объёмы поставок угля на нужды коксования и металлургии выросли по отношению к 2010 г. и составляют 38,5 млн т (+2,6 %) и 4,1 млн т.(+ 18,8 %) соответственно.
Завоз угля в Россию за 2011 г. по сравнению с 2010 г. увеличился на 2,6 млн т, или на 8,8 % и составил 32,2 млн т, в том числе: энергетические угли — 31,6 млн т и коксующиеся угли — 637 тыс. т.
Удельный вес завезенного угля в Российскую Федерацию в 2011 г. составил более 9,6 % .
Доля импортного коксующегося угля в общем объеме углей, поставленных на российские коксохимические и металлургические предприятия — 1,7 %.
Объёмы поставок в 2011 году российского угля на экспорт составили 117,1 млн т (110,8 % к 2010 году). В том числе энергетических углей было отгружено 99,0 млн т, коксующихся — 18,1 млн т.
Основные технико-экономические показатели работы отрасли в 2011 году приведены в табл. 3.
Таблица 3
Технико-экономические показатели работы угольной промышленности России в 2011 году
№ Показатели 2011 г. 2010г К уровню
п/п 2010 г. в %
1. Добыча угля, всего тыс.т: 336 659 323 377 104,1
— подземным способом 100 890 102 071 98,8
— открытым способом 235 769 221 306 106,5
2. Добыча угля для коксования, тыс.т 67 055 70 290 95,4
3. Переработка угля, всего тыс.т: 137 722 132 858 103,4
- на фабриках 129 216 124 413 103,9
- на установках механизированной 8 506 8 445 100,7
породовыборки
4. Поставка российских углей, всего тыс.т: 305 404 296 531 103,0
- из них потребителям России 188 318 190 887 98,7
- экспорт угля 117 086 105 644 110,8
5. Импорт угля, тыс.т 32 237 29 616 108,8
6. Поставка угля потребителям России
с учетом импорта , тыс.т. 220 555 220 553 100,0
7. Среднесписочная численность ра-
ботников по основному виду 158 395 159 457 99,3
деятельности, чел.
8. Среднесписочная численность ра-
бочих по добыче угля , чел. 100 991 103 798 97,3
9. Среднемесячная производительность
труда рабочего по добыче угля, т 196,8 193,8 101,5
10. Среднемесячная заработная плата
одного работника, руб 32 446 27 260 119,0
11. Среднесуточная добыча угля из одно-
го действующего очистного забоя, т 2 866 2 641 108,5
12. Среднесуточная добыча угля из од-
ного комплексно- 3 685 3 584 102,8
механизированного забоя, т
13. Проведение подготовительных вы-
работок, тыс.м 480 541 88,6
14. Вскрышные работы, тыс.куб.м. 1335 900 1128 162 118,4
Оценивая показатели работы угольной промышленности России за последние пять лет, можно предположить, что отрасль «выздоровела» от кошмара реструктуризации 90-х и начала нулевых лет и набирает обороты в своем продвижении вперед. Однако, при более пристальном анализе некоторых факторов возникают сомнения в правильности выбранной стратегии.
В 2010 году разработана и утверждена «Долгосрочная программа развития угольной промышленности России на период до 2030 года.», которая состоит из 7 подпрограмм с общим объемом финансирования из средств федерального бюджета и бюджета субъекта российской федерации в размере 516,8 млрд руб., в том числе на мероприятия по развитию угольной отрасли затраты составят 258 млрд руб. Кроме того, финансирования из внебюджетных источников предусмотрено в объемах 2 341 млрд руб.
В результате реализации мероприятий (проектов) программы предполагается обеспечить:
— увеличение среднегодового прироста объема запасов углей: всего — до 530 млн т; в т.ч. коксующихся — до 105 млн т;
— введение за весь период 505 млн т новых и модернизированных мощностей по добыче угля — при выбытии 375 млн т мощностей неперспективных и убыточных предприятий, и сокращении уровня износа основных фондов с 70—75 % до 20 %;
— рост поставок угля электроэнергетике на внутреннем рынке примерно со 100 до 120 млн т в год, при увеличении доли экспорта в поставках угольной продукции с 38,5 % до 43—44 %, и объема мощностей угольных терминалов портов со 110 до 190 млн т;
— снижение не менее чем в 1,5 раза энергоемкости добычи и переработки угля; доведение годового объема добычи шахтного метана до 35—50 млрд куб. м; объема переработки угля для производства синтетического жидкого топлива и сопутствующих продуктов — до 15—20 млн т, доли комплексного использования отходов угольного производства — до 45 %;
— снижение аварийности и травматизма не менее, чем на 30 %;
— доведение уровня рекультивации земель до 100 % от величины годового нарушения;
— бюджетную эффективность Программы 1448,6 млрд руб.
Следует отметить, что в рамках подпрограммы «Совершенствование системы профессиональной подготовки кадров для угольной промышленности» целью, которой является последовательное формирование и развитие системы подготовки и переподготовки кадров для угольной промышленности с учетом осуществляемой модернизации производства и развития социального ориентированного государственного-частного партнерства, Московскому государственному горному университету отводится особая роль. На его базе предполагается создание Научно-образовательного Центра, в котором наряду с подготовкой (переподготовкой) специалистов, предусматривается разработка профессионально-квалификационных стандартов для рабочих, руководителей и служащих занятых в угольной промышленности, программ развития отраслевой науки, образовательных программ подготовки кадров.
Развитие угольного машиностроения будет осуществляться в рамках разрабатываемой подпрограммы «Развитие тяжелого машиностроения на 2012—2016 годы» ФЦП «Национальная технологическая база».
Указанной подпрограммой предусматривается осуществить комплекс мер по развитию горного машиностроения, в том числе:
— глубокую технологическую модернизацию основных производственных фондов в целях существенного улучшения качества выпускаемых изделий, увеличение их ресурса;
— внедрение в производство новых материалов, позволяющих за счет снижения массо-габаритных характеристик повысить энергоэффективность оборудования;
— развитие сети сервисного обслуживания, включая предоставление услуг по текущему техническому обслуживанию сложной техники на условиях аутсорсинга;
— разработку и внедрение систем безлюдной выемки полезных ископаемых при подземной добыче.
Для реализации вышеуказанных задач необходимы условия, при которых, с одной стороны, существенно выросла бы
производительность очистных работ на шахтах, а с другой — снизилась себестоимость добываемого угля. Решение этой задачи немыслимо без технического и технологического перевооружения угольных предприятий. Необходима стратегия ускорения научно-технического прогресса, в основе которой должны стоять прорывные технологии и новейшие достижения науки и техники в создании горного оборудования.
Нижеприведенные исследования направлены на анализ существующего состояния дел в области подземной добычи угля в России, выявление узких мест и поиск путей решения проблемы коренного перевооружения отечественной угольной промышленности.
Многообразие горно-геологических условий разрабатываемых угольных пластов на шахтах Российской Федерации предопределяет применение различных типов и типоразмеров очистного оборудования.
Нами выполнен анализ работы 138 очистных комплексно-механизированных забоев на 81 шахте работающих на основании программ развития горных работ в 2009, 2010 и 2011 г.г. с плановыми нагрузками не менее 500 тыс. т/год. Установлено по состоянию на 01.01.2011, что только 7 забоев имели полный комплект импортного очистного оборудования, 59 забоев работали на российском оборудовании и 72 забоя имели «смешанный» комплект оборудования. Причем в «смешанном» комплекте импортные очистные комбайны присутствовали в 58 забоях, а российские конвейера (в основном Анжера — 30) в 49 забоях, 53 забоя были оборудованы импортными крепями.
При этом среднесуточные нагрузки у забоев со 100 % импортным оборудованием находились в приделах 5179—13708 т/сут, а оборудованных российским комплектом в приделах 1547—4936т/сут, в «смешанных» забоях 4534—8563 т/сут.
Следует отметить, что нагрузки превышающие 2500 т/сут в забоях с полным комплектом российского оборудования и «смешанных» достигались в основном, когда в качестве крепи использовались российские крепи 3-го поколения (М138, М144, М174, М700/800, М800, М1000) и импортные комбайны в основном производство Чехии и Польши (МВ12, МВ280Е, КвБ, КЭШ).
Таблица 4
Замещение российских машин на импортные
Наличие 2000 2002 2007 2008 2009 2010 2011
Механизированных 180 133 104 94 94 137 138
комплексов, всего
в том числе:
Отечественных 170 120 78 62 60 84 85
крепей
Импортных крепей 10 13 27 32 34 53 53
Доля импортных 5,6 10,8 25,0 34,0 36,0 38,7 38,4
крепей в общем
количестве, %
Сочетание импортного и отечественного оборудования в одном забое все больше и больше используется шахтами в различных вариантах в зависимости, в основном, от финансовых возможностей предприятия.
Однако, замещение российских машин на импортные с каждым годом увеличивается (см. табл. 4).
Обращает внимание тот факт, что начиная с 2005 г. количество импортного оборудования стремительно растет до 2009 г., это совпадает с периодом увеличения объемов добычи подземным способом с 86 млн т до 107, млн т и не способностью российских заводов обеспечить эту потребность.
Кроме того, в большинстве случаев забои оборудуются машинами, поставляемыми различными производителями из Чехии, Польши, Германии, Франции и России. Такая смесь скорее всего продиктована профессиональной подготовкой обслуживающего персонала на этапе приобретения, а в дальнейшем эффективностью использования по показателю удельных затрат на добычу одной тонны угля. В табл. 5 приведены данные о ресурсе и стоимостных затратах при эксплуатации отечественных и зарубежных механизированных крепей.
Из табл. 5 видно — гарантируемый ресурс крепей JOY и ДВТ существенно выше российских, польских и украинских, что и определяет их высокую стоимость. Сравнивая эти крепи по удельным затратам на добычу одной тонны угля, мы видим, что, имея более высокую стоимость при закупке (2—3 раза), удельные затраты примерно такие же, как и при применении российских и польских крепей аналогичных типоразмеров.
& Таблица 5
Сравнительные данные о ресурсе и стоимостных затратах при работе отечественных и зарубежных механизированных крепей
Тип крепи (страна-производитель) Отпускная цена тыс. руб. Ресурс до капитального ремонта по металлоконструкциям Удельные затраты на добычу, руб/т Область применения по вынимаемой мощности пласта, м
тыс. циклов млн т
от-до в среднем
Отечественные
ОКП 70 4200 30,0 10,4—17,3 13,85 0,30 2,1—3,5
2М138К 6312 30,0 8,2—16,3 12,25 0,51 1,3—2,6
3M138K 6522 30,0 11,3—20,7 16,00 0,41 1,8—3,3
Ml 38/2 3333 30,0 8,2—16,3 12,25 0,27 1,3—2,6
3M138H 3404 30,0 6,3—15,7 11,00 0,31 1,0—2,5
Ml 38/4 3888 30,0 10,0—21,9 15,95 0,24 1,6—3,5
М144 6996 30,0 14,4—27,6 21,00 0,33 2,3—4,3
КМ700/800 11100 30,0 15,0—30,1 22,55 0,49 2,4—4,8
КМ1000* 14100 30,0 16,9—33,2 25,05 0,56 2,7—5,3
Юрмаш 2—16/31 4846 30,0 10,0—19,4 14,70 0,33 1,6—3,1
Юрмаш 2У-16/33 4904 30,0 10,0—20,7 15,35 0,32 1,6—3,3
Юрмаш 4У-16,5/35 5609 30,0 10,7—21,9 16,3 0,34 1,7—3,5
Юрмаш 4У-18/38 5706 30,0 11,3—23,8 17,55 0,32 1,8—3,8
Юрмаш 4У-22/42 5802 30,0 13,8—26,3 20,05 0,29 2,2—4,2
Юрмаш 2Ш-26/53 8500 30,0 16,3—33,2 24,75 0,34 2,6—5,3
Зарубеяшые
МКД 90Т (Украина) 1540 30,0 4,5—7,4 5,95 0,23 0,9—1,5
JOY" (США) 16000 50,0—80,0 18,8—55,4 0,30 1,8—5,3
(30,1—88,6) 53,7
DBT* (Германия) 16800 50,0—80,0 10,4—55,4 0,34 1,0—5,3
(16,7—88,6) 49,5
Fasos 22/45 (Польша) 6200 30,0 13,8—28,2 16,0 0,39 2,2—4,5
Tagor (Польша) 6000 30,0 9,4—30,1 19,75 0,30 1,5—4,8
Glinik (Польша) 6000 30,0 9,4—30,1 19,75 0,30 1,5—4,8
* крепи шириной 1,75 м.
Таблица 6
Динамика доли отечественных и импортных очистных комбайнов
Показатели 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Наличие ком- 163 116 110 96 75 90 134 138
байнов в ра-
боте, всего
в том числе:
отечественных 121 77 69 55 30 33 28 26
импортных 42 39 41 41 45 57 108 112
Доля импорт- 25,8 33,6 37,3 42,7 60,0 63,3 80,6 83,6
ных комбай-
нов в их об-
щем количест-
ве, %
Однако, окупаемость этих крепей возможна только при объемах добычи, превышающих 3500 тыс. т/год.
Рассмотрим эффективность применения зарубежных комбайнов в сравнении с российскими.
В табл. 6 приведена динамика доли отечественных и импортных очистных комбайнов, работающих на шахтах России.
Из приведенных данных видно так же, как и в случае с механизированными крепями, стабильное увеличение доли применения комбайнов зарубежного производства с 25,8 % в 2004 г. до 83,6 % на конец 2011 г.
Обращает внимание тот факт, что интенсивность роста объемов применения импортных комбайнов существенно выше, чем импортных крепей. Это говорит о том, что технический уровень и темпы модернизации российских комбайнов значительно отстают от темпов модернизации механизированных крепей, не говоря уже о техническом уровне зарубежной техники.
Доказательством служит сравнение суточной производительности российских и зарубежных комбайнов, работающих с российскими крепями 3-го уровня и импортными в сопоставимых горно-геологических условиях (мощность вынимаемого пласта 2—3 м, угол падения до 10 град., газодинамические явления не оказывают существенного влияния, количество забоев 18).
Таблица 7
Сравнительные данные о ресурсе н стоимостных затратах при работе очистных комбайнов различных стран — производителей
Тип комбайна Страна производитель Отпускная цена с НДС, млн руб. Гарантированный ресурс до капитального ремонта, млн т Вынимаемая мощность пласта, м. Удельные затраты на добычу угля, руб./т
Комбайны российского производства
К500Ю Россия 36,3 5 1,6—3,5 7,26
Зарубежные комбайны
1К101 Украина 7,4 3 0,78—1,3 2,5
РКУ10 Украина 14,5 3 1,1—1,93 4,8
2ГШ68Б Украина 13,0 3 1,35—2,5 4,33
1КШЭ Украина 29,0 5 2,2—4,25 5,8
УКД 200-250 Украина 19,6 5 0,9—1,6 3,92
4ЬБ5 США 84,5 20 1,15—3,5 4,225
7ЬБ3 США 180,0 20 1,8—4,3 9,0
БЬ 300 Германия 205,0 20 до 3,8 10,25
БЬ 500 Германия 246,0 20 до 6,0 12,3
ЕЬ 2000 Германия 266,5 20—30 1.8—4.0 10,66
ЕЬ 3000 Германия 328,0 20—30 2.2—5,5 13,12
КвБ 345 Польша 41,6 8 1,4—3,2 5,2
КвБ 445 Польша 42,9 8 до 4,5 5,36
КвБ 460 Польша 43,7 8 1,6—2,5 5,46
КвБ 600 Польша 62,6 8 2,8—5,2 7,82
КБШ 460 НЕ Польша 45,1 8 1,2—2,8 5,64
КБШ1140 Е Польша 69,7 10 1,8—5,0 6,97
МВ 12 Чехия 53,3 8 1,8—5,0 6,66
МВ 280Е Чехия 29,4 5 1,8—4,0 5,88
Производительность комбайнов западных фирм при средней мощности пласта 2,49 м составила 3535 т/сут, российских комбайнов при средней мощности пласта 2,72 м — 2987т/сут. или на 18 % меньше.
Сравнивая удельные затраты на добычу одной тонны угля при работе очистных комбайнов российского и зарубежного производства по приведенным в табл. 7 данным, видим, что ресурс украинских и российских комбайнов сопоставим, хотя
удельные затраты российских комбайнов в 1,7 раза выше при более высокой отпускной цене — 2,5 раза. Что касается комбайнов дальнего зарубежья, то чешские и польские машины при двукратной отпускной цене имеют ресурс в 1,6 раза выше, при равных удельных эксплуатационных затратах.
Комбайны США и Германии при более высокой стоимости (в 3 — 7 раз) имеют 4-х кратный ресурс и удельные эксплуатационные затраты больше в 1,47 раза.
Таким образом, при сопоставимых типоразмерах по удельным стоимостным затратам отечественные комбайны в 1,25 раза лучше, чем украинские, примерно одинаковые с чешскими и польскими и в 1,2 и 1,8 хуже американских и германских, соответственно.
В комплексно-механизированных забоях скребковые конвейеры используются не только в качестве транспортного средства отбитого выемочной машиной угля, но и служат основой базовой конструкции для механизированной крепи и выемочной машины.
В начальный период развития комплексной механизации в нашей стране (60—70 годы) в основном применялись 2-х цепные конвейеры типа СП 202 и СП 301 различных модификаций.
Эти конвейеры имели производительность 400—500т/час (СП 202) и 700—1000 т/час (СП 301) и строительную длину 150—170 м и 170—200 м соответственно. При удлинении забоя на 30—50 м простои из-за порыва цепей увеличивались в 3.5 раза и достигали до 5,3 % общих потерь рабочего времени. Кроме того, затраты на техническое обслуживание и ремонт составляли для СП 202 120 %, а для СП 301 80 % их первоначальной стоимости.
Начиная с 80-х годов, применение получили конвейеры с одной-двумя центрально расположенными калиброванными цепями. Вынос цепей из направляющих позволил увеличить их калибр, мощность электропривода, значительно повысить производительность за счет увеличения длины забоя.
В России такие конвейеры (типа СПЦ) различных модификаций изготавливаются, в основном, на Анжерском и Юргин-ском машзаводах. Их технические характеристики приведены в табл. 8.
Таблица 8
Сравнительные данные о работе отечественных забойных конвейеров
Наименование показателей Шифр конвейера
СП202 СП301 СПЦ271 СПЦ271.Л СПЦ391 СПЦ3100 СПЦ3125
Производительность конвейера тео- 6,7 11,7 11,7 11,7 20,0 30,0 41,7
ретическая, т/мин
Максимальная рекомендуемая длина, м 170 200 200 250 250 300 300
Энерговооруженность, кВт 220 330 330 400 630 1200 1500
Ширина става, мм 632 732 732 750 910 1050 1250
Калибр цепи, мм 18 24 26 30 34 42 42
Скорость цепи, м/сек 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,1 1,1
Металлоемкость става, т/пог.м 0,25 0,45 0,6 0,8 1,5 1,75 2,0
Масса скребковой цепи, т 7,82 16,0 25,6 40,5 52,5 78,0 102,0
Металлоемкость скребковой цепи, 2x23 2x40 2x64 2x81 2x105 2x130 2x170
кг/пог.м
Удельная масса перемещаемой
скребковой цепи, кг/сек. 2x23 2x40 2x64 2x81 2x105 2x143 2x187
Удельная масса транспортируемого
угля, кг/сек:
при теоретической производитель-
ности конвейера; 111 194 194 194 333 500 694
при технической производительно-
сти конвейера 40 65 65 65 110 165 235
Отношение удельных масс угля и
двух цепей:
при теоретической производитель-
ности; 2,4 2,42 1,52 1,2 1,59 1,75 1,85
при технической
производительности 0,87 0,81 0,51 0,4 0,52 0,58 0,62
В зарубежной практике известны забойные конвейеры с производительностью от 1000 до 5000 т/час для лав длиной до 485 м, с установленной мощностью двигателей до 3200 кВт, шириной става 730—1350 мм, с калибром цепи до 52 мм и скоростью ее движения до 2.0 м/сек.
Таблица 9
Сравнительные данные о ресурсе и стоимостных затратах при работе забойных конвейеров различных стран — производителей
Тип конвейера, страна производитель Приведенная к 200 м. цена, млн руб. Гарантированный ресурс до капитального ремонта рештачного става, млн т Удельные затраты на добычу угля, руб./т
Отечественные
Анжера-26 81,3 3,0 27,1
Анжера-30 112,5 5,0 22,5
Анжера-34Л 146,8 8,0 18,3
КСЮ-271.38Л 75,2 3,0 25,1
КСЮ-381.38Л 104,4 5,0 20,9
(Юрга 850)
КСЮ-391 (Юрга 154,7 7.0 21,0
950)
Зарубежные
СПЦ-251 (Украина) 42,5 2,0 21,75
СПЦ-271 (Украина) 56,50 2.0 28,25
СП-163М (Украина) 50,9 2,0 25,45
СПЦ-230 (Украина) 75,2 2,5 30,08
КуЬшк-750 (Поль- 92,2 5,0 18,44
ша)
КуЬшк-850 (Поль- 95,7 8,0 11,96
ша)
ЛОУсерия АРБ 283,8 20,0 14,19
(США)
ОБТ серия РР4 315,6 20,0 15,78
(Германия)
ОБТ серия НБ 244,15 20,0 12,21
(Германия)
СБК 228/732 (Че- 91,15 5,0 18,23
хия)
Параметры отечественных образцов значительно уступают верхним показателям зарубежных машин, но, тем не менее, при обоснованных выборах основных параметров конвейера простои КМЗ по их вине практически отсутствуют. В табл.9 приведены сравнительные данные о ресурсах и затратах при работе КМЗ с забойными конвейерами различных стран производителей.
Сравнивая приведенные в таблице данные, видим, что из отечественных конвейеров «Анжера 34Л» имеет наименьшие удельные затраты и наибольший гарантированный ресурс реш-тачного става. Остальные, в силу их относительно низкого гарантированного ресурса, сопоставимы с конвейерами украинского производства.
Что касается конвейеров производства Германии и США, то их удельные затраты в среднем в 1,6 раза ниже российских, за счет высокого гарантированного ресурса, который превышает ресурс отечественных в 2,5-7 раз.
За последние 20 лет на шахтах РФ наблюдается тенденция позитивного изменения горно-геологических и горнотехнических условий отработки запасов.
Идет увеличение средней мощности разрабатываемых пластов за счет закрытия шахт, разрабатывавших маломощные пласты, и вовлечения в разработку новых более мощных пластов.
Так, если в 1990 г. в целом по России средняя вынимаемая мощность была 2,14 м, то в 2000 г. — 2,6 м, а в 2010 г. она достигла 3.2 м.
Растет средняя длина забоя, так, за тот же период она выросла на 23 м, а в отдельных бассейнах более, чем на 50 м. Не редкость — наличие на некоторых шахтах забоев длиной 300—350 м, среднемесячное подвигание за этот же период увеличилось на 37,3 м.
Налицо интенсивный процесс развития подземной добычи по всем основным геологическим и техническим параметрам, за счет концентрации очистных и подготовительных работ, внедрение современной, более надежной и производительной техники, как отечественной, так и зарубежной.
Так, из 126,4 среднедействующих забоев, находящихся в работе в течение года, 90,5 забоев были оборудованы механизированными крепями, в т.ч. 56,8 крепями импортного производства; из 137 пребывавших в работе очистных комбайнов,
88 комбайнов были изготовлены в Западной Европе и США, и 18 — на Украине.
В результате проводимых мероприятий среднесуточные нагрузки на КМЗ за последние 10 лет выросли более, чем в 2,8 раза и составили в целом по России 3165 т/сут., при интенсивности нагрузки на забой до 10 т/сут. м2 .
Объем очистной добычи вырос на 25.93 млн т, в т.ч из КМЗ на 25.7 млн т, что, в свою очередь, потребовало увеличения темпов горно-подготовительных работ на шахтах.
Однако, технические службы и руководство основных угольных компаний РФ не уделяют должного внимания своевременной подготовке очистного фронта, что, в свою очередь, снижает интенсивность подвигания очистных забоев, а порой ведет к разрывам от 2 до 8 месяцев при переходах очистных участков из одной лавы в другую.
Так, за последние 10 лет удельное проведение вскрывающих выработок в целом по России снизилось на 2,4 метра или в 1,5 раза, а подготавливающих — на 2,2 м или в 1,7 раза.
Динамика изменения объемов удельного проведения подготовительных выработок на 1000т добычи угля, приведенных в табл.10 имеет ужасающую направленность на ликвидацию всех позитивных технологических решений в части очистной добычи.
Не следует забывать, что горноподготовительные работы на шахтах имеют исключительно важную роль, т.к. осуществляют доступ к угольным пластам, обеспечивают рациональную раскройку шахтных полей, обеспечивают поступление расчетного количества воздуха в выработки, обеспечивают возможность интенсивного и безопасного ведения очистных работ.
Тем не менее, в течение последних трех лет на шахтах РФ ежегодно находится в работе 480—500 проходческих забоев, которыми ежегодно проходится около 600 км горных выработок, в которых работает до 300 проходческих комбайнов.
За последние 10 лет удельный вес проведения подготовительных выработок с механизированной погрузкой угля и породы в целом, как по России, так и по основным угольным бассейнам, имеет тенденцию к росту и в прошедшем году составил 96,8 %, что свидетельствует о сокращении объемов подготовительных работ с применением буровзрывного способа, который используется в настоящее время, в основном, при проведении вертикальных горных выработок.
Таблица 10
Динамика изменения объемов удельного проведения подготовительных выработок на 1 ООО т добычи угля
Страны, бассейны Годы
Век] >ываюшие /подготавливающие выработки, м
1995 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Российская 8,5 6,9 ТА 6,3 4,8 4,8 4,9 5,2 5,1 4,9 9,9 4,6
Федерация 5,9 5,5 5,2 5,4 4,9 3,8 3,8 3,8 3,9 3,9 3,6 3,5 3,2
Кузнецкий 11,0 8,5 1Л 1Л ТА 5,4 5,4 5,2 5,3 5,1 5,0 4,9 5,0
8,3 6,6 6,2 6,2 5,6 4,2 4,2 4,0 3,9 4,0 4,1 3,9 4,0
Печорский 3,4 2,8 21 2,9 2,6 22_ 2,6 2,6 2,6 2,5 2,2 2,1
3,1 2,5 2,3 2,5 2,4 2,3 2,4 2,5 2,4 2,5 2,2 1,9 1,9
Донецкий 6,6 5,3 5,1 5,0 4,5 3,8 3,2 н.д н.д н.д н.д н.д
3,9 3,0 3,4 3,2 2,9 2,4 2,4 2,5
На шахтах России для ведения подготовительных работ в горизонтальных и наклонных горных выработках в основном используются проходческие комбайны, как отечественные, производства Копейского машзавода (ГПКС, КП-21), так и зарубежные, в основном, заводов Украины (КСП, П110, П220 и КПД) различных модификаций и исполнений, а так же производства ведущих западноевропейских фирм и США (Alpine , Dosko, IBS, Eckhoff , Joy). Общий парк проходческих комбайнов в целом по отрасли насчитывает 460 единиц, в котором комбайны Копейского машзавода составляют примерно 61 %, заводов Украины — 27 % и несколько более 10 % — западноевропейских фирм и США.
Следует отметить, что доля зарубежной техники имеет тенденцию к росту. Так, если в 2005 г. их число составляло, примерно, 33 %, то в 2008 г. оно превысило 46 %, хотя за последние три года несколько снизилось и на начало 2012 года составило 39 %. На рис.1 приведена динамика доли работавших проходческих комбайнов зарубежного производства (включая Украину) в их общем количестве.
Рис. 1. Доля проходческих комбайнов зарубежного производства в общем количестве работающих по годам
Однако, в целом использование, как отечественных, так и зарубежных проходческих комбайнов недостаточно эффективно.
Средние темпы проведения выработок не достигают рациональных величин, которые при крепости пород до 6 ед. по шкале проф. М.М.Протодьяконова должны быть не менее 300 м/мес, что существенно снизило бы затраты на проходческие работы. Фактически скорость проведения горных выработок при среднем сечении 12,9 м2 в целом по России составляет 95 м/мес, в Печорском бассейне — 113,9 м/мес, Кузнецком — 99,1 м/мес, т.е., практически в 3 раза ниже расчетной.
Несовершенные технологические схемы, неудовлетворительное планирование и организация работ, неукомплектованность участков и звеньев квалифицированным инженерно-техническим персоналом и рабочими являются тому причинами.
Этим объясняется и тот факт, что показатели работы российских и зарубежных комбайнов примерно одинаковые. Институтом «КузНИИшахтострой выполнен сравнительный анализ работы отечественных и зарубежных проходческих комбайнов в зависимости от сроков их эксплуатации. Установлено, что наивысшей производительности комбайны достигают на второй год эксплуатации, после трех лет эксплуатации показатели работы резко снижаются, а стоимость технического ремонта и обслуживания стремительно растет. Об этом свидетельствуют данные, полученные по результатам наблюдений, выполненных институтом «КузНИИшахтострой». На рис. 2 показана динамика темпов проходки при применении зарубежных проходческих комбайнов в сравнении с комбайном 1ГПКС в зависимости от сроков эксплуатации.
Относительно невысокие темпы проходки выработок зарубежными комбайнами объясняются также тяжелыми условиями их эксплуатации, в частности, большим объемом присекаемых пород крепостью до 8 ед. по шкале проф. М.М. Протодьяко-нова, отсутствием в их составе пылеотсосов, высокопроизводительных перегружателей и средств механизации возведения анкерной и арочной крепи.
Темпы проходки, м/мес 250 -
200
Джой
1ГПКС АМ-50,65 -
Годы
94 95 96 97 98 99
Рис. 2. Динамика темпов проходки при применении проходческих комбайнов в зависимости от сроков эксплуатации
В табл. 11 приведены коммерческие сведения о наиболее распространенных типах отечественных и зарубежных комбайнов. Из таблицы видно, что по заявленному производителями гарантированному ресурсу проходческие комбайны среднего типа российского производства аналогичны комбайнам, изготовленным на заводах Украины и уступают комбайнам АМ75 и МЭ1100 производства Австрии и Англии.
Область применения комбайнов среднего типа по прочности разрушаемых горных пород у разных производителей примерно одинакова. Отличительной чертой отечественных комбайнов является их низкая цена и, соответственно, низкие удельные затраты на разрушение 1 м3 горной породы.
Из табл. 11 следует, что удельные затраты российского комбайна КП21 в среднем в 1,3 раза ниже, чем аналогичные образцы, изготовленные на Украине, а в сравнении с АМ75 и МЛ 1100 соответственно в 2,9 и 2,1 раза. Последнее, по-видимому, и явилось причиной широкого распространения на шахтах России морально и технически устаревших комбайнов 1ГПКС и КП21 (61 %).
сл Таблица 11
Коммерческие данные о проходческих комбайнах отечественного и зарубежного производства
Тип комбайна Страна Отпускная це- Гарантирован- Предел проч- Типоразмер Удельные затра-
производитель на с НДС, млн ный ресурс до ности на сжа- комбайна по ты,
руб. капитального тие породы, весу руб./м3
ремонта, тыс. м3 осш, Мпа
Отечественные
1ГПКС 01 Россия 10,024 110 70 легкого ти- 91,12
КП 21 00 Россия 19, 980 120 100 па среднего 166,5
типа
Зарубежные
П110.01 Украина 27,8 120 100 среднего 231,7
типа
КСП 32.01 Украина 25,1 120 100 среднего 209,17
типа
КПД Украина 26,75 120 н.д. среднего 222,92
типа
АМ50г Австрия 43,5 150 50 легкого ти- 290,0
АМ75 Австрия 72,65 150 75 па среднего 483,3
типа
АМ105" Австрия 130,5 200 105 тяжелого 652,5
типа
ОсвкоМОИОО Англия 53,12 150 н.д. среднего 354,1
типа
Распад Советского Союза и, практически, ликвидация угле добывающих предприятий в Ростовской области, предопределили снижение объемов проходческих работ с применением БВР и, как следствие, уменьшение потребности в породопогрузочных машинах.
В настоящее время в целом по России парк породопогрузочных машин насчитывает 87 единиц в основном устаревших образцов российского производства (1ПНБ-2, 2ПНБ-2, ППН5), примерно 75 %, и новых более прогрессивных на базе машин МПК с боковой разгрузкой ковша (МПКЗ,МПН,МПНУ) — 11 %, а так же зарубежных образцов различных европейских фирм — 14 % большинство из которых находится в нерабочем состоянии.
Анализ технического состояния показал, что 86 % породопогрузочных машин имеют износ более 80 %. Замена на новые машины и ремонт существующих ведется крайне неудовлетворительно, из-за отсутствия потребности в них и недостатка в финансировании.
Такое положение сложилось вследствие того, что на угольных шахтах России основной объем проходческих работ состоит из проведения оконтуривающих и вскрывающих (бремсберги и уклоны) выработок, проводимых по пластам. Подготовка новых горизонтов не ведется, поэтому количество чисто породных забоев крайне мизерное. Породопогрузочные машины в основном используются на вспомогательных работах, либо простаивают.
Заключение
Лля окончательных выводов об эффективности применения отечественного и зарубежного очистного оборудования были выполнены расчеты, результаты, которых сведены в табл. 12. Из таблицы следует, что при практически равных удельных затратах на добычу угля по крепям и сопоставимых по комбайнам, из-за высоких удельных затрат при применении отечественных конвейеров суммарные удельные затраты по всему комплекту российского очистного оборудования существенно выше по сравнению с оборудованием зарубежных производителей и ниже в сравнении с украинскими.
Таблица 12
Комплексная оценка эффективности применения комплектов очистного оборудования
Страна производитель Комплект забойного оборудования Удельные затраты на добычу угля, руб/т
Россия (Юргинский крепь 2Ш-26/53 крепь — 0,34
машзавод) комбайн К500Ю комбайн — 7,26
конвейер КСЮ — 271 конвейер — 25,10
итого — 32,70
Украина крепь КД90Т крепь — 0.23
комбайн УКД 200— комбайн — 3,92
250 конвейер — 30,08
конвейер СПЦ — 230 итого — 34,23
Германия (DBT) крепь DBT крепь — 0.34
комбайн SL500 комбайн — 12,30
конвейер RF4 конвейер — 15,78
итого — 28,42
США (JOY) крепь JOY крепь — 0,30
комбайн 7LS3 комбайн — 9,00
конвейер AFS конвейер — 14,19
итого — 23,49
Польша крепь Glinik крепь — 0,30
комбайн KSW1140E комбайн — 6,97
конвейер Rjbnik конвейер — 18,44
итого — 25,71
Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы.
1. В 2011 году в отрасли работало 188 очистных забоев, из которых 138 были оборудованы механизированными комплексами, которые обеспечили основной объем добычи подземным способом — 87 %.
2. По состоянию на начало 2011 года 53 забоя были оборудованы механизированными комплексами зарубежного производства. Еще более высокое присутствие (87,6 %) очистных машин иностранных фирм в общем парке отечественных комбайнов.
3. Технический уровень отечественных механизированных крепей 3-го поколения сопоставим с уровнем ведущих зарубежных фирм по:
— удельным затратам на добычу одной тонны угля. Так, при применении отечественных крепей они составляют 0,36 руб./т, производства США- 0,30 руб./т, Германии — 0,34 руб./т;
— среднесуточным нагрузкам на забой. Отечественные крепи в приделах 4534- 8563 т/сут., производства США, Германии 5197—13708 т/сут., Польши 2131—4499 т/сут.
4. Технический уровень отечественных очистных комбайнов ниже в сравнении с комбайнами ведущих западноевропейских фирм и США в среднем в 1,6 раза по производительности и выше по удельным затратам на тонну добываемого угля в сравнении с польскими и чешскими в 1,24 раза.
Следует отметить, что в России выпускается один тип комбайна К500Ю Юргинским машзаводом, который не покрывает всю область применения комбайновой выемки по мощности пластов.
Кроме того, Юрмаш, являясь монополистом на внутреннем рынке, не имеет стимула к повышению его технического уровня и к снижению цены.
5. При применении забойных конвейеров производства США и Германии удельные затраты на добычу одной тонны угля в 1,6 раза ниже отечественных за счет высокого ресурса, в среднем в 3 раза, что касается конвейеров Польши, Украины и Чехии, то эти параметры сопоставимы.
6. В целом по угольной промышленности остро ощущается потребность шахт в отечественных очистных и проходческих комбайнах, равнозначных по основным техническим параметрам образцов ведущих западно-европейских фирм.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Козлов C.B. Современной состояние угольной отрасли Российской Федерации. Москва. Горный информационно-апалитический бюллетень (научно-технический журнал). Издательство «Горная книга» МГГУ, 2010, отдельный выпуск 1, с. 421—434.
2. Корчак A.B., КантовичЛ.И., Козлов C.B. «Состояние и проблемы угольной отрасли и горного машиностроения» Труды международной научной конференции «Наука образование-ведущий фактор стратегии Казахстан-2030», 2010,с.6.
3. Титов C.B., Мышляев Б.К. Исследование эксплуатационных свойств современных очистных комбайнов механизированных комплексов. «Горные машины и автоматика» № 12. 2003, с.11—17.
4. Титов C.B., Мышляев Б.К. Эксплуатационные характеристики забойных скребковых конвейеров механизированных комплексов. «Горные машины и автоматика». № 7. 2003, с.2—5.
5. Угольная промышленность Российской Федерации в 2005 году. Москва, «Росинформуголь», 2006.
6. Угольная промышленность Российской Федерации в 2006 году. Москва, «Росинформуголь», 2007.
7. Угольная промышленность Российской Федерации в 2007 году. Москва, «Росинформуголь», 2008.
8. Аналитические таблицы о работе угольной промышленности России в 2008 году. Москва, «ЗАО Росинформуголь», 2009. ГГШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Козлов C.B. — доктор технических наук, профессор, Замышляев В.Ф. — кандидат технических наук, профессор, Московский государственный горный университет, [email protected], Линник В.Ю. — кандидат технических наук, доцент, ГУУ.
