13 Марта 2020

Как организовано энергоснабжение рудников «Норникеля»?

Подземные горизонты, с которых забирают руду, нуждаются в воздухе, за нагнетание которого отвечают мощные вентиляторы. Но электричество необходимо рудникам и для других нужд. И нагрузки будут только расти.
Поделиться в социальных сетях

Впервые в жизни оказаться под землей мне довелось в Норильске, на руднике «Скалистый» Заполярного филиала ГМК «Норильский никель». Кроме спецодежды и ботинок на толстой подошве, виду и качеству которых позавидовали бы фанаты «берцев», мне выдали набор СИЗ (средство индивидуальной защиты) – каску, очки, мощную маску-респиратор, налобный светильник, а также самоспасатель. Этот тяжелый сосуд цилиндрической формы носить на себе необходимо всем, кто идет под землю – в нем содержится запас воздуха на несколько часов. С безопасностью на горных предприятиях не шутят, и на мое сравнение самоспасателя с суповым термосом никто даже не улыбнулся – здесь привыкли, что эта штука всегда жмет плечо. Но в определенных, мягко говоря, ситуациях, она же поможет подняться наверх живым. 

Сквозь «вертушку», которая срабатывает только после того, как дыхнешь в алкотестер (подшофе, и даже с бодуна, этот «чудо-прибор» никого не пропустит), проходишь в накопитель, где рабочие и специалисты ИТР собираются в ожидании клети – слово «лифт» здесь не произносят. Две двухэтажные платформы ходят не по нажатию «кнопки», а по четкому расписанию. На «этажах» собирается примерно по 40 человек, то есть за раз две клети, что работают на руднике, способны спустить (и поднять) в четыре раза больше народу. Оказавшись внутри, зажатым среди работников, я на долю секунды вспомнил подзабытые ощущения от потной давки в столичном метро, и от забитого под завязку автобуса. Но здесь, среди одинаково одетых суровых мужчин в касках, мои ощущения быстро пришли в норму – окружали меня люди, которые проделывают подобные спуски и подъемы ежедневно, и порой не один раз. 

В полумраке клеть скользит в недра Талнаха практически бесшумно и незаметно, что удивительно при скорости 5 метров в секунду – уши у меня не закладывало, голова не кружилась. Останавливается на разных горизонтах, ведь везде кипит работа: внизу, в основном, орудуют горняки, а выше – все те, кто обеспечивает их работу, от электриков до специалистов по ремонтам. Мне предстояло опуститься на глубину 860 метров – при том, что рудник «Скалистый» в Талнахе пробит еще глубже, примерно на 1150 метров (без учета новых стволов, которые в два раза глубже).

Внизу – тепло и влажно, но не душно. Вскоре мне стало понятно, что фонарик, закрепленный на козырьке каски, не игрушка: без этого маленького помощника перемещаться в выработках просто невозможно – мало того, что и ходить там трудно из-за перепадов высот, глубоких колей от колес или гусениц тяжелой техники и постоянно встречающихся луж неизвестной глубины, внизу действительно очень темно. В один из моментов, когда я немного отстал от сопровождающих, и остался один с включенной «звездой во лбу», меня чуть не засосало в пучину первобытного страха – к счастью, где-то сбоку мрак развеял мощный фонарь погрузчика.

Но кроме страха, для новичка подземных спусков не стыдного, именно под землей я на собственной шкуре прочувствовал, без чего горному предприятию – что шахте, что руднику – не обойтись ни при каких условиях. Людям там нужен, прежде всего, воздух. Для вентилирования выработок, протяженность которых на рудниках одного только «Норникеля» превышает 1 тыс. км, требуются большие объемы электроэнергии. Но не только для этого.

Круглосуточно под землей, как в муравейнике, перемещаются техника, порода и люди – работают погрузочно-доставочные машины, шахтные автосамосвалы, скиповые подъемники, насосные станции водоотлива, самоходные буровые установки, электровозы и многое другое. Для стабильного и эффективного функционирования всего этого сложного и разветвленного хозяйства требуется обеспечить взаимоувязку множества процессов. Энергоснабжение – один из основных. Как все устроено на практике – рассказываю на примере рудников «Норникеля» (для тех, кому интересно узнать об этом поглубже, рекомендую вот этот учебник).

Ростислав Золотарев
Всем, кто спускается в рудник, кроме спецодежды и ботинок на толстой подошве, выдают набор СИЗ (средство индивидуальной защиты) – каску, очки, мощную маску-респиратор, налобный светильник, а также самоспасатель.

Что такое рудник? 

Для начала – немного теории. Хотя технологии разработки месторождений различаются (одно дело, например, поднять на-гора уголь, другое – руду), обеспечивающие горнодобычу процессы, в целом, организуются по схожим схемам. Речь не только про энергетику, но и про, например, логистику или то же водоснабжение. Разница лишь в том, что от качественной работы энергопотребляющих установок зависит зачастую не столько эффективность самой добычи, но и безопасность, и жизнь горняков. 

Если совсем упрощать, то любой рудник – это такая глубокая скважина (ствол), проделанная в земной тверди. Внизу, на самой нижней отметке, организуется система скипового подъема руды и пустой породы на поверхность (подъем может идти также в клетях, конвейерами или в автосамосвалах). В самом верху устанавливают обеспечивающие системы – вентиляторные установки, клети, подстанции и т.п. Между ними, в разные стороны – как ходы в сыре – прокладывают очистные проходки, которые затем, когда их укрепят анкерными крепями, становятся очистными выработками. А потом – очистными выемками. Все это еще называют горизонтами, на которых породу взрывают, а руду – дробят, после чего на самосвалах перевозят до рудоспусков и ссыпают вниз, в бункеры загрузки шахтных вагонеток. От них уже электровозы отвозят добытое к скиповому стволу. И получается, что добытая руда, прежде чем оказаться на поверхности, проделывает некоторый путь и вниз.

Как бы там ни было, в результате все рудное поле, за десятилетия работы рудника, полностью вычищается. Измельченная фракция идет на обогатительные фабрики, а пустая порода – на отвалы. 

«33 – таково количество вертикальных стволов, которыми вскрыто уникальное Талнахское месторождение. «Вскрыто» означает, что в скале пробиты отверстия диаметром от 5 до 9 метров и глубиной от 300 метров до 2 километров. В стороны от них нарезаны горизонты, на которых идет добыча, откатка и транспортировка богатств «Норникеля» до рудоспусков. На-гора их поднимают грузовые подземные лифты – скипы. А горняков спускают в недра земли и поднимают на поверхность пассажирские клети», - так описывало функционирование рудников Талнаха ЗФ «Норникеля» издание «Северный город».

Любой рудник – это такая глубокая скважина (ствол), проделанная в земной тверди (на фото - вид на рудник «Северный» Кольской ГМК).

Первоклассный актив

Ресурсная база «Норникеля» уникальна по количеству ценных минералов и высокому содержанию в них не только никеля и меди, ключевых для компании, но и металлов платиновой группы.Основная площадка с ресурсами более 2 млрд тонн руды расположена на Таймыре, при текущем уровне добычи Заполярного филиала (17,3 млн тонн по итогам 2018 года) ее хватит более чем на 80 лет работы. Запасы руд на Кольском полуострове превышают 327 млн тонн. Читать далее.


Чтобы все это работало как часы, на горно-добывающем предприятии должны быть четко организованы процессы энергоснабжения, вентиляции и водоотлива. Как правило, все электропитание рудника «завязывается» на поверхностную подстанцию, связанную либо с конкретным генерирующим источником, но чаще – с энергосистемой. А на каждом участке рабочих горизонтов ставят центральную подземную подстанцию (ЦПП), от которой электричество распределяется, в основном, к участковым и тяговым подстанциям. От них идет подача энергии, например, на электродвигатели горных машин и установок (буровых станков, вентиляторов местного проветривания, бетоноукладчиков, лебедок, проходческих комбайнов, погрузочных машин, вибропитателей и др.). 

На нижних горизонтах курсируют электровозы с вагонами, реже – автосамосвалы (конвейеры широко применяются только при механической отбойке руд). Например, на рудниках Заполярного филиала «Норникеля» откатка добытой горной массы идет на отечественных электровозах (более 70 штук), транспортирующих за раз по восемь вагонеток. В прошлом году на руднике «Комсомольский», на горизонте минус 471 метров, испытали чешский электровоз Ferrit, который смог без снижения параметров транспортировать на четыре загруженные вагонетки больше! «Норникель» уже закупил дополнительно восемь подобных машин (кроме прочего, этими электровозами можно управлять в полностью дистанционном режиме).

Ростислав Золотарев
Хотя сами подземные горизонты, как правило, не освещаются – это просто не нужно, ведь они будут рано или поздно ликвидированы вместе с окружающей породой – совсем без светильников под землей все равно не обходится.

Основными потребителями электроэнергии рудника являются, прежде всего, вентиляторные установки главного проветривания (обычно их ставят в паре с калориферными установками), клети для подъема людей, насосы водоснабжения и главного водоотлива, системы связи и управления, автоматического пожаротушения, сигнализации и аварийного освещения. В стабильном энергообеспечении нуждаются компрессорные, скиповые подъемные и подземные дробильные установки и многое другое. Хотя сами подземные горизонты, как правило, не освещаются – это просто не нужно, ведь они будут рано или поздно ликвидированы вместе с окружающей породой – совсем без светильников под землей все равно не обходится.

Многие подземные системы, например, та же вентиляция и водоотлив, запитываются с поверхности (с резервированием питания от ЦПП) – это необходимо для обеспечения безопасности подземных работ. Этим же целям служат и материалы, из которых делают оболочки кабелей – не распространяющие горение.

Вода нужна рудникам для работы самоходных буровых установок, а также устройств для орошения мест с сильной запыленностью, образования водяных завес на пути движения запыленного воздуха и т.п. Но использованную воду приходится откачивать. Довольно часто возникает и необходимость откачивать не только такие воды, но и грунтовые.

«У нас особенность – большой приток воды в паводок, обычно это начинается в последних числах мая – начале июня, но все зависит от погоды в конкретном году. Причем это не зависит от таяния снега, большая вода приходит к нам, когда начинают оттаивать грунты и все, что за зиму в земле замерзло, а также когда приходят первые мощные дожди, характерные для погодных условий Кольского полуострова. Если в среднем по году – приток порядка 1 тысячи кубометров, то в пики паводка доходит до 3,5-4 тысяч кубов в час. Поэтому в такие месяцы основную нагрузку на руднике, до 7,5 МВт, несут насосные станции. Главная из них находится на горизонте минус 440 метров, она собирает воду со всех участковых насосных станций, с глубины 650 метров, и прямо со своей отметки перекачивает всю воду на поверхность, в пруд-отстойник», - рассказал «Кислород.ЛАЙФ» главный энергетик шахты «Каула-Котсельваара» рудника «Северный» (единственный добывающий актив Кольской ГМК) Данила Лепихин

На обогрев и охлаждение

Как уже было сказано выше, воздух необходим рудникам как воздух (простите за тавтологию) – поэтому основное энергопотребление рудников обеспечивают вентиляторные установки, оснащенные, как правило, очень мощными электродвигателями. По данным к.т.н., доцента кафедры безопасности жизнедеятельности Пермского политеха (ПНИПУ) Марии Лисковой, традиционно в России такие установки размещали на поверхности, а это значит, что воздух обычно приходится «загонять» на большие глубины. «За рубежом уже более 25 лет поверхностные установки не проектируются и не строятся ввиду их значительной стоимости, особенно в процессе эксплуатации, а при реконструкции рудников поверхностные установки стараются переместить под землю (никелевый рудник Creighton в Канаде)», - пишет ученый.

Однако большинство горнодобывающих предприятий в России было построено еще в годы СССР. И системы вентиляции достались нынешним собственникам, так сказать, «в наследство». Как рассказали «Кислород.ЛАЙФ» в «Норникеле», проветривание рудников Заполярного филиала осуществляется всасывающим способом по фланговой схеме. Свежий воздух с поверхности в подземные горные выработки поступает по вертикальным стволам за счет общешахтной депрессии, создаваемой главными вентиляторными установками. «Далее, распределяясь по откаточным, транспортным и восстающим горным выработкам, воздух поступает в очистные, подготовительные, нарезные, горно-капитальные выработки и технологические камеры. После проветривания очистных работ и проходческих забоев исходящая струя воздуха выдается на выработки вентиляционно-закладочных горизонтов и далее направляется к вентиляционным стволам, по которым вентиляторами выдается на поверхность в атмосферу», - объяснили в компании. 

Особенность рудников «Норникеля» что на Таймыре, что на Кольском полуострове – в том, что воздух большую часть года здесь приходится нагревать. Холода на Крайнем Севере – одна из особенностей, с которой там прекрасно научились справляться. За теплоснабжение рудников ЗФ «Норникеля» отвечает огромная ТЭЦ-2, специально построенная для этого в Талнахе. «Ее основной потребитель – калориферные установки на воздухо-подающих стволах рудников ЗФ, которые отвечают за подогрев приточного воздуха, подаваемого для проветривания подземных выработок. Наша задача – передать сетевую воду до смесительных насосно-подкачивающих станций калориферов, на которых они воздух и греют», - объяснял «Кислород.ЛАЙФ» специфику работы станции главный инженер АО «НТЭК» Олег Машинец

Как рассказали нам в ЗФ «Норникеля», в насосных осуществляется качественное регулирование теплоснабжения, т.е. обеспечивается постоянный расход и скорость воды в трубках теплообменников (это гарантирует устойчивую работу калориферов в течение всего отопительного периода). Забор наружного воздуха для подогрева осуществляется через проемы в наружных ограждениях, оборудованные лядами с электроприводами (площадь проемов рассчитана из условия создания скорости воздуха не более 6 м/с). Затем поток проходит сквозь воздухонагреватели типа ТРВВ, которые размещаются на отдельных ярусах калориферных. Термодатчики для контроля температуры теплоносителя на выходе из калориферных блоков позволяет предохранять эти установки от замораживания. Системы вентиляции работают, как правило, круглогодично – но все же на пиковые нагрузки выходят именно в зимний период.

На руднике «Северный» Кольской ГМК воздух греют электрокалориферы. «По правилам в стволы мы обязаны подавать воздух температурой не ниже плюс 2 градуса по Цельсию. Если на поверхности – минус 30, то воздух приходится прогонять через калориферы. Они у нас электрические, потребляют большую мощность. Но летом они не работают, и тогда основными потребителями электроэнергии становятся электродвигатели вентиляторных установок, нагнетающих обычный воздух», - объясняет Данила Лепихин

Ростислав Золотарев
Особенность рудников «Норникеля» что на Таймыре, что на Кольском полуострове – в том, что воздух большую часть года здесь приходится нагревать.

Интересно, что воздух для рудников на том же Таймыре «Ноникелю» приходится не только нагревать, но и… охлаждать! Дело в том, что под землей, что мне удалось ощутить на собственной коже, обычно очень тепло, а на больших глубинах – даже жарко; горняки шутят – это из-за того, что к земному ядру ближе. «С каждой сотней метров температура пород повышается. Но нагревается воздух не только за счет этого. Свою лепту в температурный режим вносят также химические и технологические процессы. Если зайти после взрывных работ в забой, пока он еще не проветрился, там очень жарко, под 30 градусов. Свежая руда, которую только что взорвали, начинает интенсивно окисляться с выделением тепла. Плюс действует температура самого взрыва. Поэтому после взрывных работ забой проветривают, только после этого там можно продолжать работать», - объяснял газете «Заполярный вестник» заместитель главного инженера рудника «Скалистый» Вадим Макаров.

На глубине более 1300 метров, из-за геологических особенностей рудного поля Талнаха, например, шахтный воздух может сам по себе нагреваться до 36 градусов по Цельсию. Это большая проблема, учитывая то, что люди там не загорают, а работают, причем в плотных спецодеждах. В прошлом году «Норникель», чтобы нивелировать эту особенность, начал строительство уникальной системы: на глубине 1500 метров в руднике «Таймырский» в этом году поставят три охлаждающие установки (одна будет для резерва), смонтируют трубопроводную сеть длиной свыше 15 км, установя 14 воздухоохладителей, насосов, сухих градирен и другое вспомогательное оборудование. Комплекс в высоту будет свыше 2,5 метров, ширину — более двух метров, и длину — более 15 метров. Его вес — 40 тонн, объем охлажденного воздуха каждым из 14 охладителей составит 10 кубометров в секунду. С помощью этих установок планируется снизить температуру воздуха в горных выработках суммарной длиной более 20 км. 

Подобные системы давно применяются на горных предприятиях в Китае и Польше. В России – это первый проект. Его стоимость – более 2 млрд рублей, но, как подчеркивают в «Норникеле», «для обеспечения высокого уровня безопасности ведения горных работ» необходимо добиться «соблюдения температурного режима». «Система кондиционирования с замкнутым контуром для охлаждения подземных горизонтов, находящихся на глубине 1400-1570 метров, будет потреблять электрическую мощность до 6 МВт… В процессе работы системы используемая в охлаждающем контуре вода будет нагреваться до 45 градусов, затем остужаться до +3, а далее поступать по трубопроводу в воздухоохладители, установленные в различных точках горных выработок», - объяснили «Кислород.ЛАЙФ» в пресс-службе «Норникеля». 

Практически все установки, используемые для отбойки руды, ее измельчения и транспорта, традиционно работают на электричестве. Строго говоря, тренд на абсолютную электрификацию в горном деле проявился еще в начале ХХ века, что уже тогда позволило существенно повысить эффективность добычи полезных ископаемых. С тех пор он остается неизменным, и прорывы случаются только на фоне развития технологий и новых материалов. Современные рудники – это очень мощные потребители электроэнергии, и в будущем это ситуация вряд ли изменится.

Практически все установки, используемые для отбойки руды, ее измельчения и транспорта, традиционно работают на электричестве.
Александр Попов шеф-редактор «Кислород.ЛАЙФ»
Если вам понравилась статья, поддержите проект