Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

СХЕМЫ КАЧЕСТВЕННО-КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ УГЛЯ ПРИ ДОБЫЧЕ И ПОДГОТОВКЕ К ПОСТАВКАМ УДАЛЁННЫМ ПОТРЕБИТЕЛЯМ

Федоров В.И. 1 Гаврилов В.Л. 1 Хоютанов Е.А. 1
1 ФГБУН Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН
Угольные разрезы центральной и северной зон Якутии, несмотря на их небольшие мощности, имеют важное значение при обеспечении топливом предприятий жилищно-коммунального сектора. Для изучения характера трансформации угольных потоков от георесурса до отгрузки потребителям рассмотрены цепочки добычи и поставки угля, включающие процессы выемки, погрузки, транспортировки, складирования, первичной переработки и сортировки. Представлены существующие технологические схемы разрезов, использующие подвижные и неподвижные элементы и емкости, дозирующие устройства. Объёмно-качественные трансформации угля в потоке можно свести к физическим процессам перестановки, аккумуляции, деления, смешивания и классификации. Дополнительно учтены в анализе процессы сегрегации, смерзаемости и разубоживания полезного ископаемого. При переходе угля от статического состояния в запасах или забоях в динамические потоки формируются различного вида потери. Они учтены в схемах как геологические (при оконтуривании и подсчёте запасов по заданным кондициям), геотехнологические (оставление целиков различного типа, потери при отработке пластов), в «подушках» складов, в просыпях (при работе различных механизмов), при выдувании с пылью. Приведены схемы изменения качества угля на разрезах, включающие зольность, теплотворную способность, рабочую влажность, степень окисления, гранулометрический состав. Углубленное изучение по элементам позволило точнее и нагляднее подойти к сути количественной и качественной трансформации добываемого твёрдого топлива. Полученные результаты планируется использовать при развитии теоретических подходов к совершенствованию работы существующих и новых цепочек поставок угля и самих разрезов в их составе.
уголь
цепочки поставок
разрез
угольные потоки
технологические схемы
качество
трансформация
потери
1. Ершов В.В. Геолого-маркшейдерское обеспечение управления качеством руд / В.В. Ершов. – М.: Недра, 1986. – 261 с.
2. Трубецкой К.Н. О новых подходах к обеспечению устойчивого развития горного производства / К.Н. Трубецкой, С.В. Корнилков, В.Л. Яковлев // Горн. журн. – 2012. – № 1. – С. 15–19.
3. Snowden D.V. Dealing with demands of technical variability and uncertainty along the mine value chain / D.V. Snowden, I. Glacken, M. Noppe // Publication Series – Australian Institute of Mining and Metallurgy. – 2002. – № 8. – Р. 93–100.
4. Лаптев Ю.В. Оптимизация параметров материально-производственных запасов карьера в режиме устойчивого развития горного предприятия. Часть 1 / Ю.В. Лаптев, Р.С. Титов // Горн. информ.-аналит. бюл. – 2013. – № 11. – С. 235–243.
5. Курилко А.С. Знакопеременные температурные воздействия как фактор энергосбережения для технологий комплексной подготовки рудного сырья в условиях криолитозоны / А.С. Курилко, Е.В. Захаров, В.И. Попов // Горн. информ.-аналит. бюл. – 2015. – № 5. – С. 84–91.
6. Геотехнологии открытой добычи минерального сырья на месторождениях со сложными горно-геологическими условиями: монография / С.А. Батугин, В.С. Литвинцев, В.И. Ческидов [и др.]. – Новосибирск : Изд-во «Гео», 2013. – 308 с.
7. Botvinnik A.A. Integrated model of the coal outlet stream in surface mining of coal seams / A.A. Botvinnik // Journal of Mining Science. – 2010. – Vol. 46. – № 3. – С. 271–279.
8. Ткач С.М. Объективная оценка разубоживания руд – перспективный путь повышения ресурсного потенциала недр / С.М. Ткач, С.А. Батугин, И.Д. Баракаева // Горный журнал. – 2016. – № 1. – С. 37–40.

Базовыми элементами в системах обеспечения твёрдым топливом удаленных потребителей Республики Саха (Якутия) являются несколько разрезов, имеющих небольшую производственную мощность и расположенных как в заполярной зоне, так и в центральных районах региона. Количество добываемого и поставляемого ими каменного («Зырянский», «Джебарики-Хая», «Харбалахский») или бурого («Кангаласский», «Кировский», «Кемпендяйский») угля предопределяется сложившимся ограниченным спросом, слабо изменяющимся в динамике. Общей тенденцией в последние годы является снижение объёмов добычи, что вызвано в основном расширяющимся использованием первичных углеводородов и продуктов их переработки. Потребительские свойства добываемого угля зависят в первую очередь от природного уровня качества минерального сырья и во вторую от используемых систем разработки и подходов к организации и управлению существующими технологическими и бизнес-процессами. Применяемые на этих разрезах системы разработки угля представляют собой определённую очерёдность выполнения горно-подготовительных, вскрышных и добычных работ. Последние из них можно свести к ряду основных моделей взаимодействия горных выработок и оборудования, формирования в границах горных отводов потоков полезного ископаемого.

Для идентификации процессов, происходящих на упомянутых выше разрезах, и изучения характера трансформации угольных потоков при прохождении ими от геологического ресурса к отгружаемому товарному углю использована методика В.В. Ершова [1], адаптированная и дополненная применительно к цепочкам добычи и поставки угля. В проанализированных и формализованных технологических схемах (рис. 1), представленных в порядке роста сложности от 1.1 к 1.5, выделяются следующие процессы: выемка, погрузка, транспортировка, складирование, первичная переработка и сортировка, отгрузка потребителям.

fed1.tif

Рис. 1. Используемые технологические схемы на разрезах

Условные обозначения к текущей схеме и всем последующим приведены на рис. 2. При этом авторские обозначения, представленные в [1], дополнены и откорректированы с учётом изменений, вытекающих из более глубокого изучения вопроса качественно-количественной трансформации потоков угля. В их числе, например: рассмотрение цепочки «забой – отгрузка продукции потребителю» как единого технологического пространства с самостоятельными процессами предварительной подготовки сырья к поставкам для потребления в последующих переделах [2–3 и др.]; влияние сегрегации на однородность качественных характеристик минерального сырья при взрывании угля в забоях или при формировании складов различного назначения [4]; потенциальное воздействие, оказываемое на минеральное сырьё сезонными знакопеременными температурными процессами в забоях и на складах [5]; развитие теоретических и практических представлений об интегрированном управлении качеством угля при разработке сложноструктурных месторождений [6, 7].

fed2.tif

Рис. 2. Условные обозначения к схемам

Представленные технологические схемы разрезов можно рассматривать как систему потоков угля различной интенсивности, которые перемещаются разнообразными механизмами (экскаватор, погрузчик, бульдозер, автосамосвал и др.) или под действием силы тяжести. На пути угольного потока имеются подвижные транспортирующие элементы Тп и неподвижные Тн, емкости подвижные Ед и неподвижные Ен для временного хранения угля, дозирующие устройства Д3, играющие подчиненную роль при формировании и движении потоков. Ряд элементов сочетает несколько функций, после идентификации у них двух функций ведущие на структурной схеме показаны первыми (рис. 3).

fed3.tif

Рис. 3. Схемы идентификации угольных потоков

fed4.tif

Рис. 4. Схемы трансформации угольных потоков на разрезах

Производимые в рамках единого технологического пространства объёмно-качественные трансформации угля в потоке сводятся к следующим физическим процессам (рис. 4): перестановка П, аккумуляция А, деление Д, смешивание С, классификация К. Для более адекватного понимания происходящих явлений необходимо дополнительно рассматривать ранее не включавшиеся в анализ процессы сегрегации Г, смерзаемости М и разубоживания полезного ископаемого Р, которое помимо традиционного горно-технологического может включать ещё конструктивное, геолого-экономическое и природное разубоживание [8]. В совокупности всё это даёт возможность полнее учесть специфику отработки сложноструктурных угольных месторождений на Севере и точнее подойти к рассмотрению процессов формирования качества добываемого и поставляемого потребителям угля.

Существующие схемы в основном можно отнести к классу комбинированных моделей формирования потоков полезного ископаемого со сложными внутренними связями, когда имеется несколько входов и выходов, наблюдается параллельное следование ветвей потоков с последовательным качественно-количественным преобразованием в каждой ветви, слияние ветвей в один поток, последующее разделение на несколько новых потоков.

В процессе перехода от статического состояния угля в запасах или забоях в динамическое в потоках возникают различного вида потери, включающие геологические (при оконтуривании и подсчёте запасов по заданным кондициям) Гл, геотехнологические Т (оставление целиков различного типа, потери в почве, кровле пластов, «треугольниках», зонах нарушений), в «подушке» или «рубашке» складов Рб, в просыпях (при работе различных механизмов) Пр, при выдувании с пылью В (рис. 5, а). Рассмотрение порядка их формирования позволяет более наглядно представить по отдельным процессам этапы ранжирования всех видов возникающих потерь по экономической и экологической значимости с последующей разработкой мероприятий, направленных на обоснование их рационального уровня.

fed5a.tif

а)

fed5b.tif

б)

Рис. 5. Схемы количественных потерь (а) и изменения качества угля (б) на разрезах

При добыче и подготовке угля к поставкам также происходит изменение и его качества. Это касается рабочей влажности W (из-за воздействия атмосферных осадков, влияния солнца); зольности A (вследствие попадания или исключения пустой породы или высокозольной угольной массы в добываемое сырьё); теплотворной способности Q и степени окисления угля Ox (из-за соответствующих окислительных процессов при длительном нахождении угля во вскрытых и подготовленных к выемке запасов в забоях или добытого твёрдого топлива на складах); гранулометрического состава угля γ (из-за дробления и измельчения при воздействии механизмов или при многочисленных перевалках в забоях, на складах) (рис. 5, б).

Суммируя, можно говорить о комплексном рассмотрении и декомпозиции основных процессов, происходящих с углем в разрезах центральных и северных районов Якутии, начиная от добычи и заканчивая отгрузкой угля потребителям в труднодоступные районы. Поэлементное и поэтапное изучение позволило более точно и наглядно идентифицировать все используемые на малых разрезах технологические схемы, показать физическую суть трансформации угольных потоков, определить порядок количественной и качественной трансформации добываемого твёрдого топлива.

Полученные результаты планируется использовать при развитии методологических подходов к выявлению дополнительных резервов, направленных на совершенствование работы существующих цепочек поставок угля в труднодоступные регионы и самих разрезов в их составе, создание новых более эффективных, ресурсосберегающих и безопасных с точки зрения экономики и экологии угледобывающих производств.


Библиографическая ссылка

Федоров В.И., Гаврилов В.Л., Хоютанов Е.А. СХЕМЫ КАЧЕСТВЕННО-КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ УГЛЯ ПРИ ДОБЫЧЕ И ПОДГОТОВКЕ К ПОСТАВКАМ УДАЛЁННЫМ ПОТРЕБИТЕЛЯМ // Успехи современного естествознания. – 2017. – № 9. – С. 102-107;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36548 (дата обращения: 24.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074