Шахта будущего

Такая шахта - "Должанская - Капитальная" - строятся на Украине, в Ворошиловградской области. Пройдены вертикальные стволы, главные горизонтальные выработки, идет нарезка горных выработок, открывающих путь непосредственно к углю. На поверхности сооружается шахтный комплекс, готово здание подъемника, обогатительная фабрика... Даже неопытный глаз отметит, что они отличаются от обычных внушительными размерами, добротностью...

Но шахта будущего! Предприятие, которое не должно быть похожим на существующие ныне...

Для специалистов, конструирующих новую технику, проектирующих заводы, фабрики, промышленные комплексы, понятие будущего лишено неопределенности. Шахта будущего - какого именно "будущего"? Если задание выдано на XXI век, то разработчикам надо стучаться в другие области знаний, искать эскиз грядущего предприятия в поисковых лабораториях физиков, химиков, может быть, биологов... Если срок ограничен XX столетием, то контуры будущих разработок более отчетливы, возможно, по их поводу имеются вполне реальные идеи.

Группа ученых Института горного дела имени А. А. Скочинского, возглавляемая заместителем директора А. С. Кузьмичем, доктором технических наук К. П. Бетанели, получила задание на разработку шахты будущего. В ближайшие годы она должна выдать на-гора первый уголь. Исполнителям предстояло создать принципиально новое предприятие, достойное столь громкого титула.

Чем оно должно отличаться от работающих? На этот вопрос им следовало ответить прежде всего. Низкой стоимостью угля? Но цены на уголь непрерывно меняются. Новые схемы разработки пластов, мощные механизмы, непрерывный транспорт, механизация и автоматизация работ, отменяющие присутствие людей под землей... Осуществление каждого из этих мероприятий ведет к успеху, Но к успеху рядовому, ради которого не следует упоминать слово "будущее". Можно, конечно, доставить в забой более производительные очистные комбайны, можно усилить горизонтальный и вертикальный транспорт отбитой массы. Эти вопросы решают соответствующие организации отрасли. А тут речь шла об особом задании.

За исходную точку в своей работе ученые приняли производительность будущей шахты: она должна быть 10 раз больше, чем у лучших существующего образца. Не случайная цифра... За ней стоял опыт угольной промышленности мира, наиболее передовые идеи, прогрессивные проекты и технические достижения отдельных звеньев шахтного производства. За ней стояла интуиция специалистов, тех, кто давал задание, и тех, кто брался его выполнить.

Следующий шаг: группа поняла, что решить эту задачу своими силами и даже силами всего коллектива института невозможно. На это должны работать многие как в свое время на Главного конструктора. Там шла речь о будущем, у них тоже, там предстояло впервые выйти в космос, здесь тоже - в геокосмос, пусть не впервые, но впервые с таким размахом. Главная же аналогия - принцип организации работ, вовлекающий в дело всех, кто может помочь. Так началось предприятие, в которое постепенно были втянуты около 10 министерств и ведомств, предоставившие в распоряжение головной группы более 100 научно-исследовательских и проектных институтов, заводов, строительных организаций. Весь этот разнородный коллектив специалистов, каждый в своем направлении, стал штурмовать одну вершину - десятикратную производительность.

Генеральное направление: соорудить принципиально новую шахту. Было решено отказаться от традиционной схемы разработки, когда добыча переходит с горизонта на горизонт, когда в связи с этим ствол время от времени приходится углублять, менять направление транспортных потоков.

Вместо этого работа только на одном горизонте. Два ствола большого диаметра проходят до определенного уровня, от них - две основные горизонтальные магистрали, а далее так называемые столбы - выработки, подводящие к угольным пластам. Они позволят создавать лавы (фронт выемки угля) большой протяженности, которые будут следовать за пластами по падению, разрабатывая их на любом расстоянии от поверхности.

Одногоризонтный способ вскрытия и подготовки шахтного поля хорош своей простотой, ясностью. Любые изменения в стратегии добычи не повлияют на рабочий ритм, кроме того, главные выработки строятся большого сечения, рассчитаны на весь срок службы шахты. Новое оборудование, появись вдруг оно, можно опустить под землю и смонтировать там. Шахты с многочисленными штольнями и штреками разных уровней не готовы принять технику, превосходящую по размерам существующую. Устье ствола или отходящей от него горизонтальной выработки подчас оказывается непроходимо узким местом на пути современных механизмов.

Для широких стволов будущей шахты обычное оборудование не годится. Требуется такое, чтобы на пути наверх не было заторов для горной массы, чтобы люди, оборудование, различные материалы без задержки поступали вниз и возвращались наверх. Вместо шахтного лифта - скипового подъемника с емкостями в 20 кубометров - был предложен почти в 2 раза более мощный. Один его скип мог разом доставлять на поверхность десятки тонн угля.

Спустимся вниз, мысленно пройдем по широкой подземной магистрали, свернем в боковую улицу меньших размеров, потом в другую и дойдем до угля... Геометрически строгие подземные кварталы образовал проходческий комплекс "Союз-19". Этот подземный "корабль" не случайно носит имя корабля космического: впервые на угольных шахтах работает столь мощное и универсальное оборудование. "Союз-19" производит все работы по проходке подземных выработок: рубит породу, образуя в ней тоннель сечением 19 квадратных метров (!), грузит куски на ленточный конвейер, неотступно следующий за ним, ставит крепь для поддержания кровли. Материалы и оборудование доставляются к комплексу по монорельсовой дороге. По ней же прибывает на место работ смена - всего шесть человек.

"Союз-19" движется под землей подобно ракете - почти непрерывно. У него коэффициент машинного времени 0,8 - в 4-5 раз больше, чем у рядовых проходческих комбайнов. Они обычно простаивают в ожидании вагонеток, которые заберут отбитую породу.

И наконец, забой - главное место шахты, ради которого сооружается все остальное. Здесь работает АК - автоматизированный очистной комплекс, тоже уникальный агрегат по всем своим параметрам. Прежде всего о мощности - 300 киловатт. Шахта будущего строится для отработки тонких пластов со средней метровой толщиной.

На этот интервал обрушивается вся мощь комплекс самый твердый уголь не устоит перед ним. Конструкторы сумели добиться небывалой концентрации силы тесном подземном пространстве.

Весь комплекс состоит из двух комбайнов, забойного скрепкового конвейера, автоматизированной гидравлической крепи, специальной крепи для сопряжений, возникающих при стыковке выработок, и ленточного телескопического конвейера.

Если присмотреться к перечню этих механизмов, то бросится в глаза их главная характерная черта: они динамичны, предназначены для непрерывной работы.

В лаве два комбайна - вырубается в два раза больше угля. Обычно же комбайн ковыряется в одной точке, когда фронт работ перед ним - длиной больше сотни метров.

Комбайн встал - забой угля не дает. Но если работают два комбайна, добыча продолжается непрерывно.

Гидравлическая крепь идет за комбайном, словно птичий выводок за матерью. Делается это автоматически: комбайн, продвинувшись, задевает специальный датчик. Обычная крепь такого типа при движении вперед сильно проседает. В это время кровля выработки, лишенная подпорок, провисает, пока ее снова не начнут поддерживать металлические стойки. Пласт, образующий кровлю, раскачивается и может обрушиться. Крепь, следующая за АК, не теряет контакта с потолком, она проходит, скользя по нему. Ее "выдержка" достигает 45 т/м² - в полтора раза превосходит самую выносливую из существующих в стране.

Ленточный телескопический конвейер также неотступно следует за комбайном. Он бесконечно удлиняется, подставляя себя под раздробленный уголь. Сначала отбитая масса транспортируется по подготовительным выработкам, затем по капитальным, доходит до ствола, ссыпается в бункер, из него в скип. Следует подъем. И дальнейший путь уже на поверхности горная масса совершает также на конвейере - вплоть до обогатительной фабрики. Черная река непрерывно течет из недр.

На обогатительную фабрику уголь поступает вместе с породой. Здесь происходит окончательное разделение. Порода направляется в цеха, где из нее готовят силикатный кирпич и другие строительные материалы. Разделять наверху выгоднее: любые операции под землей в 10 раз более трудоемки, чем на поверхности.

Автоматизированный комплекс каждую минуту будет давать многие тонны угля. Несмотря на громадный объем добычи, на предприятии будет работать в 10 раз меньше шахтеров. Им придется регулярно опускаться под землю, хотя в идеале видится шахта без людей ниже поверхности земли. Но работники "Должанской - Капитальной" не будут находиться в самых опасных местах - там, где крушится уголь. Очистными комбайнами можно управлять с выносного пульта, можно по радио, и только во время профилактических работ шахтеры прибегают к ручному управлению.

Автоматически работают все конвейерные линии, командуют ими с пульта на поверхности. Помимо этого, предусмотрена эффективная система проветривания.

"Должанская - Капитальная" - не рекордный рывок угольной промышленности, это текущая работа. И главное в ней не только строительство предприятия нового технико-экономического уровня, но и разработка метода, позволяющего его создать.

Выше говорилось, что шахта будущего проектируется для разработки тонких угольных пластов. Но в Кузбассе распространены средние и мощные крутые пласты, весьма тонкие имеются в Донбассе. Извлекать из них уголь следует другими способами, специальными механизмами. Для каждого типа требуется своя шахта будущего.

Как их проектировать, как строить? Теперь это известно благодаря созданию "Должанской - Капитальной". Она явилась пробным камнем, позволившим горнякам, технологам, механикам, конструкторам, проектировщикам выяснить, как создавать будущее.