Обеспечение безопасности при интенсивной разработке пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс»

Е.П. Ютяев, генеральный директор ОАО «СУЭК-Кузбасс»

Компания СУЭК-Кузбасс работает в Кемеровской области более десяти лет. На январь 2015 г. в ее состав входят девять шахт, два разреза, четырнадцать сервисных предприятий с общей численностью трудящихся 14,8 тыс. человек.

В2014 г. компанией добыто 33,1 млн т угля, подготовлено 77 309 м горных выработок. На долю СУЭК-Кузбасс приходится каждая десятая тонна добытого в стране угля. По объемам подземной добычи – 25,5 млн т угля в год – компания СУЭК-Кузбасс занимает первое место в России. Начиная с 2011 г. наблюдается устойчивый рост добычи в среднем на 5% в год.

Активы СУЭК-Кузбасс территориально разделены на два сегмента: «Ленинск-Кузнецкий» и «Киселевск». Возраст каждой из пяти шахт Ленинск-Кузнецкого сегмента – им. С.М. Кирова, им. 7 Ноября, им. А.Д. Рубана, «Комсомолец», «Полысаевская» – превышает 50 лет. Вместе с тем за счет модернизации и реконструкции шахт за пять лет планируется увеличить прирост добычи до 33% (18,8 млн т). Киселевский сегмент сегодня составляют четыре шахты и два разреза – шахты «Талдинская-Западная 1» и «ТалдинскаяЗападная 2», «Котинская», им. В.Д. Ялевского, разрезы «Заречный» и «Камышанский». Средний возраст предприятий – чуть больше 10 лет. Здесь за пятилетку добыча вырастет до 23 млн т в 2017 г., прирост составит 24%.

№1 (119) 2015

Планируется, что в целом объемы добычи по компании к 2017 г. вырастут до 41,8 млн т (прирост 28%). Повышение эффективности производства достигается благодаря следующим факторам:

- увеличение линии очистного забоя до 300 м, что дает прирост подготавливаемых запасов на 1 п.м. выработки;

- сокращение сроков проведения монтажно-демонтажных работ (МДР) за счет процессного моделирования МДР, проведения опережающих монтажей;

- унификация очистного оборудования по применению в разных горно-геологических условиях.

Сегодня на шахтах компании в основном применяются современные очистные механизированные комплексы с «интеллектуальной» системой управления производства Joy Mining Machinery (Joy Global), DBT (Caterpillar Mining), TAGOR (KOPEX Group).

018 4

Большинство шахт и разрезов компании по уровню производительности входят в число лидеров не только российской, но и мировой угольной отрасли. Производительность угледобывающих предприятий СУЭК-Кузбасс соответствует среднемировому уровню шахт США и Австралии при одинаковой численности основного персонала.

В среднем по компании производительность труда одного рабочего угледобывающих предприятий составляет почти 400 т в месяц. Это в более чем в полтора раза выше показателей по угольной отрасли страны.

Сегодня очистным и подготовительным бригадам шахт компании принадлежит большинство рекордов, установленных в угольной отрасли России.

018 5

Наиболее значимые из них:

• В марте 2013 г. бригадой Владимира Березовского шахты «ТалдинскаяЗападная-1» установлен новый Всероссийский рекорд месячной добычи угля – 1 млн т угля из одного очистного забоя.

• По итогам 2014 г. бригада Василия Ватокина участка №1 шахты им. 7 Ноября установила новый российский рекорд добычи из одного очистного забоя – 4 млн 631 тыс. тонн. Прежний рекорд, установленный в 2007 г. бригадой Владимира Мельника на шахте «Котинская», улучшен на 247 тыс. т.

• В апреле 2014 г. бригада Сергея Авхимовича участка №2 шахты им. А.Д. Рубана установила новый рекорд угольной отрасли России по подготовке горных выработок комбайном КП-21 производства Копейского машзавода – за месяц коллектив прошел 853 м выработок.

• 10 февраля 2014 г. работники участка подземного бурения Управления дегазации и утилизации метана (УДиУМ) на шахте им. С.М. Кирова буровой установкой с системой ориентирования в пространстве VLD 1000А (Австралия) пробурили за сутки 504 м, установив тем самым новый мировой рекорд. Прежний рекорд, подтвержденный производителем оборудования, был установлен этим же коллективом в начале декабря 2013 г. Тогда горняки пробурили за сутки 456 м.

Предприятия компании специализируются на добыче угля энергетических марок. Уголь отличатся высоким качеством: низким содержанием серы и высокой степенью теплотворности, что позволяет иметь гарантированный рынок сбыта. Две трети добытого угля отправляются на экспорт. Поставки осуществляются более чем в 20 стран мира.

018 3

За последние три года объем инвестиций составил более 30 млрд руб.

Приоритеты инвестиций: повышение уровня безопасности работ; модернизация механизированных комплексов; увеличение производительности конвейерных линий; расширение и реконструкция обогатительных мощностей. Основные инвестпроекты:

• На разрезах «Камышанский» и «Заречный» реализуется масштабная программа обновления техники и оборудования с увеличением объемов добычи по каждому предприятию до 4 млн т.

• На шахте им. С.М. Кирова введена в эксплуатацию 2-я секция обогащения рядового угля, позволяющая увеличить объем переработки до 8,5 млн т/год. Проектная мощность 2-й секции – 5 млн т/год. Создана единая замкнутая водношламовая схема.

• Реализован проект по утилизации метана с выработкой тепла и электроэнергии. Сделаны реальные шаги к пониманию необходимости использования шахтного метана в качестве альтернативного источника энергии.

• На шахте им. А.Д. Рубана построены и запущены очистные сооружения по уникальной для отрасли инновационной немецкой технологии.

• Введен в работу уникальный для угольной отрасли России Единый диспетчерско-аналитический центр, координирующий работу всех предприятий компании по трем направлениям: безопасность, производство, эффективность.

Динамика производительноси труда c 2011 по 2015 гг.

Автоматизированная система позволяет постоянно вести контроль над состоянием аэрогазовой обстановки на девяти шахтах одновременно по четырем параметрам: уровню метана, углекислого газа, запыленности, скорости воздуха. Основной диспетчер наблюдает за ситуацией на видео стене, которая состоит из 12 экранов для 80 видеокамер, 12 экранов текущего состояния шахт, 500 окон текущего состояния и 500 отчетов. Кроме того, рекомендации выдают профильные специалисты: шесть сервис-инженеров, четыре диспетчера по разным направлениям.

Губернатор Кемеровской области Аман Тулеев с руководством ОАО «СУЭК-Кузбасс» во время посещения Единого диспетчерско-аналитического центра (август 2014 г.)

Губернатор Кемеровской области Аман Тулеев с руководством ОАО «СУЭК-Кузбасс»
во время посещения Единого диспетчерско-аналитического центра (август 2014 г.)

Современные проблемы эксплуатации угольных шахт выдвигают задачу сочетания максимальной производительности с обеспечением достаточности мероприятий по безопасности горных работ при подготовке и отработке выемочных участков. Высокой рентабельности достигают шахты с суточной производительностью не менее 10–15 тыс. т угля. Оптимальной в части концентрации горных работ, cтабильной нагрузки на очистной забой и достижения высокой производительности является технология по схеме «шахта – лава».

Известно, что эффективное и безаварийное функционирование на шахте схемы с одним очистным забоем возможно в благоприятных горно-геологических условиях. Однако условия залегания пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» характеризуются сложными геодинамическим и газодинамическим состояниями. Поэтому для реализации концептуальных технологических схем «шахта – лава» в условиях подготовки и интенсивной отработки угольных пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» силами ОАО «СУЭК-Кузбасс», Национального минерально-сырьевого университета «Горный» (Горный университет) и Московского горного института (НИТУ МИСиС) были выполнены исследования и разработки по прогнозу, контролю и управлению горным и газовым давлением на выемочном участке.

Из анализа геодинамических и газодинамических условий в первую очередь следует отметить:

- сложное тектоническое строение Кузнецкого бассейна, большое количество дизъюнктивных и пликативных нарушений, резкие вариации углов падения пластов;

- хаотичность блочных структур с неравномерным распределением полей тектонических (горизонтальных) напряжений с формированием в общей геодинамической картине недр локальных тектонически напряженных зон (ТНЗ) и тектонически разгруженных зон (ТРЗ);

- наблюдающуюся в настоящее время сейсмическую активизацию, на которую, по-видимому, заметное влияние оказывают техногенные факторы, прежде всего большой объем извлеченной горной массы и затопление большого количества отработанных и закрытых шахт;

- высокую газоносность пластов, возрастающую с увеличением глубины залегания, низкую эффективность дегазации без существенных изменений напряженно-деформированного состояния угольных пластов.

Поэтому для своевременного принятия мер по обеспечению бесперебойной работы очистного забоя с высокими нагрузками на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» необходимо проводить анализ геодинамического состояния с оценкой исходного поля напряжений и установлением направления максимального горизонтального (тектонического) напряжения. Наблюдения в шахтах показали, что заколы в кровле при наличии высоких горизонтальных напряжений в большинстве случаев соответствуют направлению выработок относительно максимального главного горизонтального напряжения.

Например, на шахте «Комсомолец» (Ленинск-Кузнецкий) выработки на пластах «Толмачевский» и «Бреевский» были ориентированы относительно главного максимального горизонтального напряжения под углами, неблагоприятными с точки зрения устойчивости краевых частей пласта и боковых пород.

Например, ориентировка штреков лавы 17–29 относительно направления главного максимального горизонтального напряжения σн изменялась от δ~30° в северной части выемочного участка до δ~60° в юго-восточной. За время поддержания наибольшим разрушениям подвергались борта штрека.

В юго-восточной части при работе лавы максимальный отжим с бортов штрека местами достигал 0,7 м и осложнял поддержание выработки. В северной части лавы наблюдались небольшие разрушения контура выработки.

Проблема ТНЗ в геодинамическом состоянии недр в основном связана с повышенной ударо- и выбросоопасностью угольных пластов. На территории Кузбасса довольно четко прослеживается тесная связь между участками с сейсмической активностью и землетрясениями и участками с выраженными на поверхности разломами и проявившимися в шахтах геодинамическими и газодинамическими явлениями.

Локализация очагов землетрясений совпадает с локализацией очагов горных ударов и внезапных выбросов.

К ТРЗ в основном приурочены участки повышенной трещиноватости углепородного массива, на которых снижается устойчивость пород кровли горных выработок, активизируются процессы вывалообразования, метановыделения и водообильности.

Как показывают проведенные на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» исследования и анализ геодинамических условий, наиболее вероятные места ТРЗ – это оси мелкоамплитудных синклинальных складок в разгруженных зонах, прилегающих к крупных разломам. Эти разломы обнаруживаются в проявлениях сейсмотектонической активности и просачивании флюидов через зоны трещиноватости (эманация метана и радона на поверхность, дренирование поверхностных и грунтовых вод в горные выработки).

Из вышеприведенного следует, что для обеспечения безопасности горных работ при внедрении вариантов технологических схем «шахта – лава» и снижения риска геодинамических явлений при интенсивной разработке пластов необходим детальный горно-геологический прогноз с выделением ТНЗ и ТРЗ на шахтных полях и выемочных участках.

С точки зрения обеспечения безопасности горных работ на высокогазоносных пластах шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» актуальна проблема метана. Прогнозное газовыделение из разрабатываемого пласта на ряде шахт может достигать критических значений и производительность очистных забоев лимитирована по фактору вентиляции. Газовый фактор является одним из главных препятствий на пути увеличения нагрузки на очистной забой. Без кардинального снижения газообильности горных выработок, и в первую очередь разрабатываемого пласта, обеспечить нагрузку, предусмотренную в технологических схемах «шахта-лава», не представляется возможным. Поэтому в технологических схемах подготовки и отработки выемочных участков предусмотрены новые модули безопасности, включающие ряд следующих элементов:

- управление геодинамическим состоянием массива на основе результатов геодинамического районирования;

- управление геомеханическим состоянием в горных выработках (выбор крепи, активные методы управления горным давлением);

- управление газовыделением (вентиляция и дегазация);

- управление удароопасным и газодинамическим состоянием;

- порядок и контроль горных работ в опасных зонах.

К главным из применяемых средств оценки геодинамического состояния относятся метод геодинамического районирования, сейсмотектонический анализ, геолого-структурный анализ, шахтные наблюдения и комплексный мониторинг измерений напряженного состояния.

Например, разломы, выделенные по результатам морфоструктурного анализа, ограничивают синклинали и простираются в основном в северо-западном направлении и соответствуют известным нарушениям: Воробьёвскому, Иганинскому, Соколовскому взбросам и другим разломам.

Результаты геодинамического районирования служат основой для реализации в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» элемента многофункциональной системы безопасности в части предотвращения условий возникновения различных видов опасностей геодинамического характера, регионального контроля состояния горного массива и прогноза внезапных выбросов и горных ударов на разных масштабных уровнях: участок месторождения – шахтное поле – выемочный блок – выемочный участок – очистной забой.

Разрывные нарушения определяют напряженное состояние блочной структуры и образуют зоны сжатия и растяжения. Составлена Прогнозная карта напряженного состояния (распределение горизонтальных напряжений) блочного массива горных пород Талдинской площади Кузбасса.

Результаты геодинамического районирования позволяют при проектировании порядка отработки пластов в свите и планировании выемочных участков в пределах шахтного поля учитывать расположение границ тектонически напряженных и тектонически разгруженных зон (ТНЗ и ТРЗ) и выемочные столбы подготавливать преимущественно по направлению действия главных горизонтальных напряжений.

Детальный горно-геологический прогноз для условий шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» с выделением на выемочном поле границ опасных зон позволяет произвести выбор варианта технологической схемы, длину лавы, горного оборудования и комплекса превентивных профилактических мероприятий по предупреждению аварийных ситуаций при очистной выемке пласта.

В модуле очистных забоев предполагаются мероприятия с учетом складывающихся фактических (горно-геологической, газодинамической и геодинамической) ситуаций на отдельных участках лавы. Модуль управления геомеханическим состоянием массива содержит различные варианты технологии как упрочнения, так и разупрочнения пород кровли, в том числе в процессе ведения горных работ при отработке удароопасных пластов.

Модуль управления газовыделением состоит из схем вентиляции и дегазации и предполагает применение одного из предложенных для этих конкретных условий вариантов.

C целью информационной поддержки контроля и управления технологическими и производственными процессами на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» применяется многофункциональная система безопасности.

С учетом данных прогноза и требований безопасности, выбираются технологическая схема подготовки, параметры лавы и горное оборудование в увязке с комплексом систем и средств по контролю за состоянием выработок и профилактическим мерами на основе многофункциональной системы безопасности. Применение такого технологического подхода в концепции «шахта – лава» позволило в горно-геологических условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» существенно повысить технико-экономические показатели и снизить уровень травматизма шахтеров.

Заключение

Перевод предприятий на режим «шахта-лава» позволяет обеспечить высокопроизводительную работу с безусловным обеспечением безопасности за счет следующих действий:

- снижение количества работников в пределах рабочей зоны действия очистного и проходческих забоев;

- применение современных средств механизации конвейерного транспорта;

- автоматизация системы управления основным добывающим оборудованием с визуализацией всех процессов на пульт диспетчера;

- управление геодинамическим и газодинамическим состояниями.

Использование эффективных пространственно-планировочных решений позволяет «вдохнуть новую жизнь» в старые шахты Ленинск-Кузнецкого сегмента, интенсифицировать отработку пластов, повысить технико-экономические показатели шахт и уровень их промышленной безопасности.

Ключевые слова: безопасности, суэк, кузбасс, шахта, лава, системы, снизить уровень травматизма

Журнал "Горная Промышленность" №1 (119) 2015, стр.18