Беседовала Анна Кислицына
Применение дистанционного зондирования Земли для решения задач горной отрасли — уникальный опыт, реализованный коллективом авторов из России. Научно-практическая школа, использующая этот подход, была основана Игорем Зеньковым, д. т. н., горным инженером, заслуженным экологом РФ, почётным работником науки и техники РФ, обладателем высшей награды ГК «Роскосмос» «Знак К. Э. Циолковского». О результатах исследований, возможности их практического применения угольными предприятиями и роли в развитии цифровизации Игорь Зеньков рассказал нашему изданию.
— Игорь Владимирович, в 2024 году ваш коллектив представил нестандартное исследование — «Мировая угледобывающая промышленность по данным дистанционного зондирования Земли из космоса». Расскажите, в чём главная особенность вашего метода?
— Дистанционное зондирование Земли (далее — ДЗЗ), а по сути, спутниковая съёмка из космоса, — это действительно нестандартный, уникальный метод в изучении открытых горных работ. Его главное преимущество — проводить исследования состояния открытых горных работ в карьерах в полной свободе от субъективных оценок и вне зависимости от разрозненных и противоречивых данных, которыми могут отличаться публикации в интернете. Отмечу, что это не первое наше исследование с использованием результатов спутниковой съёмки: в период с 2017 по 2022 г. наша команда опубликовала восемь монографий, посвящённых изучению всех дивизионов предприятий горнодобывающей промышленности России на основе информации, полученной путём дешифрирования снимков из космоса с определением производственного потенциала отечественных горных предприятий. Также была решена и масштабная задача по созданию стартапа цифровой платформы российской горной промышленности на базе полученных знаний.
А после мы перешли к новому этапу — изучению мировой угольной промышленности, что в последние годы весьма актуально на фоне изменения мирового рынка угля. При помощи проведённого исследования мы получили данные о горно-геологическом строении разрабатываемых месторождений, технологиях производства открытых горных работ, количественных показателях, используемом оборудовании и так далее. Эта информация явилась базой для создания цифровой платформы для угольной промышленности в масштабе мирового недропользования.
— По какой технологии вы проводите свои исследования: как получаете снимки и проводите обработку? Используете ли специализированное ПО?
— В своих исследованиях мы используем информационный ресурс Google Earth Pro: их политика позволяет применение этого ресурса для проведения научно-прикладных исследований. Запрещено только создание карт и последующая торговля ими, но последним мы никогда и не занимались. В свою очередь, этот сервис позволяет получить снимки из космоса достаточной детализации для определения того, какое горнотранспортное оборудование и в каком количестве задействовано на объекте, а также понимания развития горных работ в увязке с логистикой перемещения горных пород из карьера.
Для обработки снимков наша команда применяет метод тематического дешифрирования — мы достаточно успешно его развиваем. Если говорить о машинном обучении и компьютерной обработке — эти инструменты хорошо показали себя в исследованиях экологического характера на предмет зарастания породных отвалов тем или иным видом растительного покрова. Кстати, последним направлением мы занимались применительно к российским карьерам на месторождениях всех типов ТПИ. Сейчас нашей командой собрана вся информационная база по более чем 300 карьерам и породным отвалам, отсыпанным в ходе производства горных работ в них. Более того, мы получили в ФИПС 28 патентов, касающихся технологии отсыпки отвалов именно с учётом множества экологических целей.
— Ваше исследование угольной отрасли коснулось всех стран, где сейчас осуществляют добычу угля открытым способом. Какие тенденции удалось выявить на основе анализа полученных данных?
— В целом для довольно большого числа стран сейчас характерен тренд на снижение уровня добычи угля открытым способом: это справедливо в первую очередь для США, где за последние 15 лет показатель снизился вдвое, и для Канады, где в несколько раз сократилось количество угольных карьеров. Наблюдается такая тенденция и в Азии: речь идёт, конечно, о КНР, где за последние годы прекратили работу более 300 карьеров, об Индии, где наблюдается незначительное снижение числа предприятий, ведущих открытые работы по угледобыче. Заметен данный тренд и в Австралии. Однако, несмотря на указанную тенденцию, объёмы добычи всё ещё достаточно высоки: например, по нашим оценкам, в пяти угледобывающих странах Юго-Восточной Азии в ближайшие годы показатель добычи угля именно открытым способом будет составлять порядка 680 млн тонн в год, в Китае — около 550 млн тонн в год, в Австралии — около 700 млн тонн в год.
— Тренд на снижение добычи угля открытым способом отмечается в России?
— Нет, нельзя сказать, что тенденция, выявленная в ряде регионов Азии и Северной Америки, распространяется и на нашу страну. Да, есть примеры прекращения эксплуатации карьеров на таких месторождениях, как Коркинское на Урале и Нерюнгринское в Якутии, однако это компенсируется параллельным развитием других, более масштабных проектов — например, Эльгинского месторождения. Кроме того, в разработку вовлекаются и перспективные месторождения в Якутии, на севере Красноярского края, на Сахалине. Согласно нашим оценкам, за последние годы уровень добычи угля открытым способом остаётся на отметке в 330 млн тонн. Для обеспечения добычи этого объёма угля необходимо выполнить объём вскрышных работ на уровне 3 242,1 млн тонн. А усреднённый коэффициент вскрыши на всех угольных разрезах России составляет 9,73 т/т.
Всего на территории России сегодня ведётся добыча открытым способом на 118 месторождениях бурых и каменных углей, причём объёмы добычи последних преобладают.
— В ходе исследования вашей команде удалось получить и данные о количестве используемой на разрезах техники. Какая ситуация наблюдается на российских предприятиях?
— Полученные нами данные достаточно важны, особенно в свете последних лет, когда назрела очевидная необходимость в обеспечении технологического суверенитета. Полученная и консолидированная нами информация в 2021 году позволяет оценить масштаб техники, задействованной угольными предприятиями, и, таким образом, провести анализ их потребностей в оборудовании.
Итак, сейчас на предприятиях России при открытой добыче угля используют примерно 190 буровых станков СБШ-250 (200) или их аналогов — это 8 % от всего количества всех буровых станков, используемых в мировой угледобывающей отрасли. По данному показателю мы занимаем четвёртое место в мире после Индии, Австралии и США, разделивших третье место с КНР. Отмечу, что почти треть (около 30 %) станков, используемых в России, установлена на разрезах Кузбасса, а остальные достаточно равномерно распределены по месторождениям каменных углей в других регионах.
Россия — лидер по использованию драглайнов при открытой добыче: доля в 47,4 % (240 единиц оборудования) является максимальной в структуре мирового парка этих машин. Напомню, что в основном данную технику применяют для перевалки надугольной толщи вскрышных пород в выработанное пространство карьеров, а также при отсыпке породных отвалов при доставке на них вскрышных пород в железнодорожных думпкарах. Почти 50 % машин работает в Кузбассе, а половина от оставшегося количества эксплуатируется на разрезах восточнее Иркутской области при отработке вскрышных уступов, сложенных породами четвертичного возраста с низкой несущей способностью. Каждый четвёртый драглайн работает на угольных разрезах Красноярского края, республик Хакасия и Тыва и в Иркутской области.
Российскими предприятиями используются 30 роторных экскаваторов — 10,3 % в структуре мирового парка выемочных машин этого вида. Все эти машины — отечественного производства и применяются при добыче бурых энергетических углей в Красноярском, Забайкальском и Приморском краях, в Иркутской области, в Республике Бурятия. Единственный импортный роторный экскаватор, не вошедший в указанное количество, установлен на отработке надугольного вскрышного уступа в комплексе с отвалообразователем в угольном разрезе «Назаровский».
Если говорить об экскаваторном парке, то в ходе исследования была обнаружена важная особенность в изменении его структуры на угольных разрезах. Так, количество экскаваторов типа ЭКГ (мехлопата) почти в два раза меньше количества гидравлических экскаваторов: это 353 и 679 единиц соответственно.
Примерно половина гидравлических экскаваторов импортного производства занимаются выемкой горных пород на угольных разрезах Кузбасса. Остальные используют на месторождениях каменных углей со сложным горно-геологическим строением, углевмещающая толща которых сложена крепкими песчаниками.
Автосамосвалы общего назначения в нашем исследовании были объединены с карьерными автосамосвалами. В угольных карьерах на территории Канады, США, Колумбии, России и Австралии в совокупности автосамосвалов более половины составляют машины грузоподъёмностью более 150 тонн. А в целом в России используются 4 130 автосамосвалов грузоподъёмностью от 20 до 450 тонн. В это число входят 114 автосамосвалов повышенной проходимости с шарнирно-сочленённой рамой.
Россия является одной из немногих стран, где в угольных карьерах применяют железнодорожный транспорт. Так, такой способ перевозки используют при транспортировке вскрыши из угольных карьеров в Кемеровской области, Красноярском, Забайкальском краях, а на транспортировке угля, отгруженного из экскаваторных забоев, — в карьерах на территории Красноярского, Забайкальского и Приморского краёв, Иркутской и Амурской областей. Здесь железнодорожные составы скомплектованы из одного тепловоза ТЭМ-7 (76 ед.) и 8–10 думпкаров 2ВС-105 (565 ед.). При этом отмечу, что в последние годы наметилась тенденция ухода от использования железнодорожного транспорта. Например, на угольных разрезах Хакасии, Забайкальского и Приморского краёв («Черногорский», «Изыхский», «Харанорский», «Лучегорский», «Павловский»), где ж/д транспорт был заменён на автомобильный.
В свою очередь, есть изменения и в использовании автотранспорта: за последние десятилетия в горном деле и в практике открытых горных работ экономически доказан как в России, так и в других странах (не во всех) переход на мощные экскаваторно-автомобильные комплексы. В открытой печати имеется немало работ с положительными результатами такого перехода. Например, в Кузбассе работает самый большой автосамосвал в мире грузоподъёмностью 450 тонн. Аналогичные тенденции просматриваются и на других угольных разрезах, начиная с Новосибирской области и заканчивая Сахалинскими угольными разрезами на Дальнем Востоке.
Как вы видите, получение таких данных позволит определить стратегически важные параметры: например, какое количество взрывчатого вещества и средств взрывания необходимо произвести для подготовки горных пород к экскавации; какое количество горных и транспортных машин должно пройти капитальный ремонт за определённый период времени; каким образом выбывает горнотранспортное оборудования ввиду его физического износа и т. п.
— А как ещё возможно применять данные, получаемые при спутниковой съёмке?
— Наш метод открывает принципиально новые возможности. Данные дистанционного зондирования — основа для глубокого аналитического, в том числе и цифрового, моделирования всей мировой горнодобывающей отрасли. Изображения карьеров на космоснимках становятся основой для получения точных показателей: от подсчёта единиц техники в конкретном карьере до глобальных тенденций добычи при их суммировании по регионам и отдельным странам. Это позволяет не только фиксировать текущее состояние, но и строить прогнозы, стратегические планы развития, обеспечивать технологический суверенитет, формировать независимую информационную базу для горной промышленности.
— Какой будет тема следующего исследования?
— По нашему мнению, тема добычи железной руды открытым способом будет актуальна. Речь, конечно, идёт о таком же масштабном исследовании, как по угольной промышленности, описывающем ситуацию и на объектах США, и в Бразилии, странах Африки, в Австралии, КНР. Интересно было бы актуализировать и данные по России. Конечно, чтобы инициировать такую глобальную работу, требуется заинтересованный заказчик. Пока таких запросов нашей команде не поступало, но, если возникнет такое обращение, мы будем готовы применить свой опыт для исследования этой тематики.
