Московский экономический журнал 12/2020

УДК 911.3

DOI 10.24411/2413-046Х-2020-10817

Современное состояние и перспективы развития первой и второй стадии углеэнергохимического цикла производств в Кемеровской области – Кузбассе

Current state and prospects of the first and second stages of the coal and chemical production cycle development in the Kemerovo region-Kuzbass 

Рябов Валерий Анатольевич, канд. геогр. наук, доцент кафедры геоэкологии и географии Новокузнецкого института (филиала) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Кемеровский государственный университет», г. Новокузнецк

Мамасёв Павел Сергеевич, преподаватель кафедры геоэкологии и географии Новокузнецкого института (филиала) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Кемеровский государственный университет», г. Новокузнецк

Ryabov V.A., Val27@ya.ru

Mamasev P.S., 4tuna93@mail.ru

Аннотация. В статье представлены результаты сравнения современного состояния начальных стадий углеэнергохимического цикла Кузбасса с идеальной (абстрактной моделью), описаны выявленные недостающие и отсутствующие звенья, авторами представлены предложения, направленные на восполнение полноты цикла с целью снижения воздействия на окружающую среду и повышения качества жизни населения Кемеровской области – Кузбасса.

Summary. The article presents the comparing results of the Kuzbass coal-energy chemical cycle initial stages current state with an ideal (abstract model), describes the identified missing and missing links, and presents proposals aimed at completing the cycle in order to reduce the impact on the environment and improve the population life quality of the Kemerovo region – Kuzbass.

Ключевые слова: промышленный комплекс, угольная промышленность, энергопроизводственный цикл, Кемеровская область, Кузбасс, Кузнецкий каменноугольный бассейн.

Keywords: industrial complex, coal industry, energy production cycle, Kemerovo region, Kuzbass, Kuznetsk coalfield.

Сформулированная Н.Н. Колосовским в середине XX века теория энергопроизводственных циклов (ЭПЦ) явилась прорывом в теоретических исследованиях о производственном комбинировании хозяйства. Теория ЭПЦ актуальна и в настоящем, нельзя не видеть «повторения» логики связей энергопроизводственных циклов в логике формирования крупнейших частных и смешанных вертикально интегрированных производств крупных компаний, в том числе транснациональных. Авторами осуществлено сравнение первой (I) и второй (II) стадий «идеального» (абстрактного) углеэнергохимического цикла с реальным, сформировавшемся в пределах Кузнецкого каменноугольного бассейна в Кемеровской области-Кузбассе. [1]

В идеальном (абстрактном) виде  рассматриваемый углеэнергохимический цикл  состоит из четырех основных стадий производственных процессов: I стадия – добыча углей энергетически марок, II – обогащение углей, III – глубокая химико – технологическая переработка (первое стволовое ответвление), энергетическое использование – IV стадия и для производства различной химической товарной продукции (второе ответвление), также четвертая и последующие стадии (рисунок 1). [6]

Существуют три способа извлечения угля: открытый или подземный способам с использованием механических или гидравлических методов ведения работ, а также, что в практике встречается крайне редко, метода подземной газификации.

Современные технологии добычи наделяют открытый способ добычи большими преимуществами перед подземным. Это достигается за счет меньшей продолжительностью подготовительных работ, что позволяет быстрее выйти на проектную мощность и требует меньше капитальных затрат, используемая при проведении добычи угля открытым способом техника обладает более высокими показателями производительности, так как нет ограничений по размерам и маневренности, открытые горные выработки характеризуются большей безопасностью и лучшими, условиями труда по сравнению с добычей угля на шахтах, на разрезах осуществляется обычно более полная выемка угля, чем на шахтах. [9]

Однако открытый способ имеете и негативные большее негативное воздействие на окружающую природную: нарушаются значительные площади земель, более интенсивное загрязнение атмосферы за счет работы транспортных средств, применения буровзрывных работ, имеются несравненно большие потери лучших сельскохозяйственных земель. Кроме этого, при открытом способе нарушается режим подземных и поверхностных вод, происходит иссушение земель за счет формирования депрессионных воронок.

Подземная добыча, как указывалось, осуществляется тремя способами. Наиболее широко используется механический, а не гидравлический способ. Для постройки шахт необходимо использовать значительные объёмы строительных материалов (бетон, железобетон и другое). Серьезной проблемой, осложняющей добычу угля подземно-механическим способом, является утилизация метана, накопление которого может вести к взрывам. В настоящее время разработаны различные технологии, позволяющие утилизировать шахтный метан, одно из них – топливная энергетика. [3]

Гидравлический метод, в отличие от подземного, включает два процесса – добычу и транспортировку угля гидромонитором и углесосом. Его преимущества: использование воды в замкнутом цикле, более высокая производительность труда, меньшая себестоимость производственных процессов, меньшая занятость трудовых ресурсов, основной недостаток – большие потери угля.

Метод подземной газификации угля, известный еще в ХIХ веке, не получил широкого применения в современной практике. Основная причина – отсутствие достаточно отработанной безопасной и экологически чистой технологии. Считается, что подземная газификация экономически и экологически наиболее выгодна при эксплуатации маломощных пластов. Вырабатываемый под землёй газ может быть использован ближайшими электростанциями и коммунальными предприятиями.

На второй (II) стадии осуществляется обогащение угля за счет использования различных технологий, повышается его качество: снижение зольности, влажности. Образующиеся при облагораживании сырья отходы в виде пустой породы направляются в специальные шламоотстойники. Современные технологии обогащения не предполагают использования воды, возможно брикетирование углей, облагораживания их путем снижения влажности. В результате брикетирования угольной мелочи, с использованием специальных химических добавок, снижающих выход смол, происходит снижение выбросов твердых частиц при сжигании и повышается теплотворная способность топлива. Всё это приводит к повышению транспортных и теплотворных свойств топлива. После обогащения уголь может непосредственно использоваться на тепловых электростанциях, транспортируется в отдалённые центры потребления. Однако, непосредственное использование угля в энергетических целях, ведет к интенсивному загрязнению окружающей среды.

Попутный продукт эксплуатации угольных месторождений – метан, служит для формирования боковой ветви как углеэнергохимического, так и пирометаллургических циклов. Существует три направления извлечения метана из угольных пластов: дегазация угольных шахт с последующей утилизацией метана; добыча метана вне действующих или проектируемых шахт путем бурения с поверхности специальных скважин с применением искусственных способов повышения газопроницаемости угольных пластов (это направление является перспективным методом получения газа с высоким (75–95%) стабильным содержанием метана для широкого применения в народном хозяйстве);  добыча метана из закрытых шахт. [9]

Метан может иметь широкое применение, о чем свидетельствует отечественный и зарубежный опыт (не только как источник топлива, но и как химическое сырье). Значительные запасы газа и потенциал повышения безопасности добычи угля определяют важность развития извлечения и переработки метана, содержащегося в угольных пластах.

Эксплуатацию угольных месторождений Кузбасса в 2019 году осуществляло 42 шахты и 52 разреза. На предприятиях отрасли занято около 101 000 человек, что на 33 тыс. человек меньше занятых в сравнение с 2000 годом. Обогащение угля осуществляется на 54 обогатительных фабриках и установках. За 20 лет наблюдается тенденция: сокращение подземной добычи, так в 2000 году действовало 54 шахты и лишь 44 разреза. При этом удельный вес открытой добычи возрос с 48 % до 66 %. [2, 7]

Углеэнергохимический цикл в Кузбассе начал зарождаться задолго до периода индустриализации, еще в начале XVIII века, когда появилась первая кустарная добыча угля и производства кокса. В его основе лежат, главным образом, каменные угли Кузнецкого бассейна, и в весьма небольших объёмах Канского-Ачинского буроугольного. Интенсивное развитие цикл получил в конце XIX – начале XX века, что связанно с освоением углей в северной части Кузнецкого бассейна. Основные стадии, ветви и производства цикла сформировались на этапе индустриализации Кузбасса (1920-х – 1980-е годы). Тогда были сформированы основные производства первой (сырьевой) стадии (добыча угля), частично – второй (производство полупродуктов, обогащение угля) [5].

Современное состояние I и II стадий цикла представлено на рисунке 1.

Основные центры современной угледобычи сосредоточены в центральной, южной и восточной частях Кузнецкого каменноугольного бассейна: Беловском, Кемеровском, Ленинске-Кузнецком, Междуреченском, Новокузнецком и Прокопьевском административных районах. Крупнейшие компании отрасли – ПАО «Распадская», АО ХК «СДС-Уголь» (входит в состав ХК «Сибирский Деловой Союз»), ОАО «УК «Кузбассразрезуголь», ПАО «Кузбасская топливная компания», ОАО «СУЭК-Кузбасс», ООО «Разрез Кийзасский» (входит в состав УК «ВостокУголь») и др.

Характерной особенностью пространственной структуры угледобывающих предприятий в последние двадцать лет является тенденция снижения добычи на севере Кузнецкого бассейна. Будущее развитие начальных стадий углеэнергохимического цикла Кузнецкого бассейна планируется за счет освоения наиболее благоприятных в горно-геологическом и экономико-географическом отношении двух крупнейших месторождений: Уропско-Караканского и Ерунаковского (Восточный Кузбасс). Балансовые запасы углей пригодных для разработки открытым способом, здесь составляют 11 млрд. т. Особо интенсивное освоение ведется в пределах Ерунаковского угленосного района, где сосредоточено более 4,7 млрд. тонн энергетического угля с благоприятными горно-геологическими условиями, позволяющими вести отработку подземным и открытым способами.

Максимальный объем добычи угля в Кузбассе (255,8 млн. т.) был достигнут в 2018 году. В настоящее время на регион приходится 58 % всего добываемого угля России. Согласно стратегии социально-экономического развития Кузбасса до 2035 года по оптимистичному сценарию к 2035 году к регионе будет добыто 424,7 млн. тонн угля, целевой показатель равен 380 млн. тонн, а в случае консервативного сценария – 350 млн. тонн (рисунок 2). [7]

Производства первой (I) стадии углеэнергохимического цикла в Кузбассе в настоящее время представлены добычей угля подземным (шахтным) или открытым (на карьерах) способом, в зависимости от глубины залегания породы. Основная технология добычи – механическая, редко – гидродобыча (в отдельных случаях осуществляется комбинированная разработка месторождений). К сожалению, высокопроизводительная и экологически чистая механико-гидравлическая технология добычи угля недостаточно широко используется в регионе из-за отсутствия необходимых инвестиций.

Среди наилучших доступных технологий, применимых в Кузбассе на стадии добычи угля можно отметить следующие:

• Технология отработки «нераспачкованных» пластов с глубиной залегания более 300 м применена на разрезе «Восточный» в Кузбассе (ХК «СДС-Уголь»). Данная технология предполагает более полную отработку пластов и внутреннее отвалообразование, что позволяет сохранить сельскохозяйственные земли.
• Технологии открыто-подземной добычи угля при отсутствии людей в очистных забоях внедряются на разрезе «Распадский».
• Проект «Умный разрез», реализуемый ХК «СДС-Уголь» на разрезе «Первомайский» на участке Соколовского месторождения Кемеровской области, уже введен в эксплуатацию. К особенностям технологии относятся рекультивация земли в течение всего времени работы предприятия и транспортировка угля и породы конвейерно-ленточным способом. [9]

Еще в конце XX века в Кузнецком бассейне велась подземная газификация углей: существовавшая в г. Киселевске, в течение почти 40 лет шахта, на которой работала един­ственная в бывшем СССР «Южно-Абинская станция» «Подземгаз», закрыта в 1996 г. Полученный практический опыт подземной га­зификации угля – надежное основание проектирования подобных предприятий с целью замены в перспективе до 50% всего угольного топлива, сжигаемого в котельных и ТЭЦ Кузбасса, на газ подземной газификации. В настоящее время в Кемеровской области подземная газификация полностью отсутствует. [6]

Для повышения экономической эффективности работы предприятий угольной промышленности требуется интенсификация второй стадии углеэнергохимического ЭПЦ: строительство ряда новых обогатительных фабрик на тех угледобывающих предприятиях, где пока они отсутствуют, внедрение наилучших доступных технологий на действующих и строящихся предприятий углеобогащения. Это позволит производить угольную продукцию, соответствующую международным стандартам качества, повысить ее экспортную значимость и снизить экологическую нагрузку на природную среду. К настоящему времени значительно увеличилось количество обогатительных фабрик с 27 в 2000 году до 54 на 2017 и, как следствие, возросла доля обогащаемой продукции с 40 % до 67 %, соответственно. Однако около 30 % угля не проходит процесс обогащения.

Серьезной проблемой, осложняющей добычу угля подземно-механическим способом в Кузбассе, является утилизация метана, накопление которого может вести к взрывам. В Кемеровской области ведется обширная работа по созданию инновационной отрасли промышленного производства метана (с 1990-х годов). Угольные пласты абсолютного большинства месторождений Кузбасса обладают высокой газоносностью (до 30-35 куб. м на 1 тонну угля). 80-98% газа угольных пластов – метан. Ресурсы метана угольных пластов до глубины 1800 метров оцениваются в 13,1 трлн. куб. м., что позволяет отнести Кузнецкий бассейн к высокоперспективным. Добыча метана из угольных пластов решает такие задачи, как социально-экономическую (в том числе создание новых рабочих мест), экологическую (метан – экологически чистое топливо) и повышение безопасности труда при будущей эксплуатации угольных месторождений путем предварительной дегазации угольных пластов. [7]

Перспективным направлением развития первой стадии углеэнергохимического цикла в Кузбассе в ближайшем будущем могут стать подземная газификация и добыча метана. Широкое применение в производстве строительных материалов могут найти вскрышные и вмещающие породы. Развитие второй стадии возможно благодаря росту доли обогащаемого угля, использование шламов обогатительных фабрик. После обогащения и в естественном состоянии энергетические угли в Кузбассе используются главным образом в элетротеплоэнергетике. Использование угля, не прошедшего переработку полукоксованием или газификацией, в будущем не должно иметь места, так как это неоправданно ни экономически, ни экологически. Мероприятия, направленные на достижение завершенности I и II стадий углеэнергетического цикла с использованием наилучших доступных технологий позволят снизить неблагоприятное воздействие на окружающую среду (ключевой фактор лимитирующий качество жизни населения в Кемеровской области на современном этапе) при растущем объеме извлекаемого топлива на сырьевых стадиях энергопроизводственного цикла.

Список литературы

1. Ишмуратов, Б.М. Геополитические аспекты формирования непроизводственных циклов и ТПК в Южной Сибири/ материалы международной научной конференции (Иркутск, 9-11 сентября 2004 г.). – Иркутск: Институт географии СО РАН, 2004. – С.160-165.
2. Ключевые параметры стратегии развития угольной отрасли Кузбасса до 2035 года // Министерство угольной промышленности Кузбасса. – 2018.
3. Пармузин, П. Н. Зарубежный и отечественный опыт освоения ресурсов метана угольных пластов : монография. — Ухта : УГТУ, 2017. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.geokniga.org/bookfi les/geokniga-zarubezhnyyi-otechestvennyy-opyt-osvoeniya-resursov-metana-ugolnyh-plastov.pdf (дата обращения: 10.12.2020).
4. Производство основных видов продукции в натуральном выражении по ОКПД2 с 2017г – Текст : электронный // Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Кемеровской области: официальный сайт. – 2020. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://kemerovostat.gks.ru/search?q=%D1%83%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D1%8C+%D0%BC%D0%BB%D0%BD.+%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%BD&date_from=&content=on&date_to=&search_by=all&sort=relevance (дата обращения: 10.12.2020).
5. Рябов, В.А. Углеэнергохимический цикл Кузбасса: прошлое, настоящее, будущее // Вопросы современной науки: проблемы, тенденции и перспективы. Материалы III международной научно-практической конференции. – Новокузнецк, 2019. С. 55-57.
6. Рябов, В. А. Промышленный комплекс Кузбасса: прошлое, настоящее, будущее (географический аспект) / В. А. Рябов. – Иркутск: Издательство Институт географии им. В. Б. Сочавы СО РАН, 2015. – С. 20-24.
7. Стратегия социально-экономического развития Кемеровской области до 2035 года – Текст : электронный // Администрация Кемеровской области: официальный сайт. – 2020. – [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://кузбасс-2035.рф/ (дата обращения: 08.06.2020).
8. Угольная отрасль // Министерство промышленности Кузбасса. – 20 [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.ugolprom-kuzbass.ru/industry/ (дата обращения: 10.20.2020).
9. Энциклопедия технологий. Эволюция и сравнительный анализ ресурсной эффективности промышленных технологий / [гл. ред. Д. О. Скобелев]; ФГАУ «НИИ «ЦЭПП». — М. ; СПб. : «Реноме», 2019. — 824 с.