Consideration of environmental constraints in modeling the development of coal industry
The article was prepared within the framework of project financed by the budget program “Support for the Development of Priority Areas of Scientific Research” (CCPCC 6541230).Under conditions when the coal industry needs a radical upgrade, and its development is directly dependent on the successful...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/735 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871104243783434240 |
|---|---|
| author | Makarov V.M. Kaplin M.I. Perov M.O. |
| author_facet | Makarov V.M. Kaplin M.I. Perov M.O. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Makarov V.M.",
"institution": null
},
{
"author": "Kaplin M.I.",
"institution": null
},
{
"author": "Perov M.O.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Makarov V.M. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:45Z |
| description | The article was prepared within the framework of project financed by the budget program “Support for the Development of Priority Areas of Scientific Research” (CCPCC 6541230).Under conditions when the coal industry needs a radical upgrade, and its development is directly dependent on the successful solution of problems of coal seam degassing and fight against gas-dynamic phenomena, the task of creating mathematical models and software tools for optimizing the technological development of coal industry with regard for modern environmental constraints becomes quite topical.The proposed mathematical model of technological development of coal industry takes into account the environmental consequences of mines work by connecting the volumes of coal production with the volumes of coal-mine methane extraction, the required equipment for its utilization, and the amount of capital expenditure for such equipment. Taking this expenditure into account under conditions of growing of increased environmental requirements to the operation of coal industry is a necessary element in forecasting its development, in particular, the financial support for modernization programs.The solution of problem of optimizing the technological development of coal industry with regard for the use of mine methane utilization facilities includes multiple options for re-equipping mines with equipment of the new technical level, which maximizes the total volume of own coal production at its cost, which ensures the competitiveness of industry in the world market.The software implementation of model made it possible to determine the efficient technologies and optimum complete set of cleaning complexes for the re-equipment of mines, provided that they achieve the maximum production volumes and ensure environmental safety.The modernization of mines on the territory under control of the Ukrainian authorities can be carried out by 2025. To this end, it is necessary to attract 2.6 billion UAH investment funds for the purchase of mining equipment, including 240 million UAH for degassing equipment. Coal production will increase from 42 million tons in 2020 to 47 million tons in 2025. Further, due to the depletion of coal reserves, there will be a gradual reduction of the mine fund, which will lead to a decrease in production to 32.4 million tons in 2040.At all mines where methane content exceeds the standards, it is necessary to install degassing equipment. This will reduce methane emissions by 275 million m3 in 2020, 550–590 million m3 in 2025–2035, and 400 million m3 in 2040. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2019.04.036 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:50Z |
| format | Article |
| fulltext |
36
В.М. МАКАРОВ, М.І. КАПЛІН, М.О. ПЕРОВ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
В Україні вугілля – це єдиний енергоресурс,
покладів якого достатньо на сотні років, що ви-
значає його провідну роль у забезпеченні енер-
гетичної безпеки держави. Проте сучасний тех-
нічний і технологічний стан вуглевидобування
вкрай незадовільний та потребує докорінного
оновлення.
Методичними питаннями оптимізації розви-
тку вугільної промисловості займалось багато
українських та зарубіжних вчених: Кіяшко Ю.І.
(оцінка ефективності роботи шахт при різних ва-
ріантах використання очисного обладнання) [1],
Кулик М.М., Алавердян Л.М. (оптимізація розви-
тку вугільної промисловості) [2, 3], Павленко І.І.
(прогнозування розвитку вугільної галузі при об-
межених інвестиціях) [4], Каплін М.І., Білан Т.Р.
(моделювання розвитку вугільної промисловос-
ті в умовах світового ринку) [5], J. Henderson
(модель попиту і пропозиції на ринках вугільної
продукції) [6], W. Suwala (модель реструктуриза-
ції вугільної галузі) [7] та інші.
На нинішньому етапі розвитку науково-тех-
нічного прогресу запроваджені у виробництво,
знаходяться на стадіях близьких до впрова-
дження, або розробляються різноманітні техно-
логії видобутку вугілля із застосуванням різних
видів гірничої техніки та устаткування, кожний
з яких має певні обмеження у використанні за
гірничо-геологічних умов вугільних родовищ,
відрізняється різною енергетичною та еконо-
мічною ефективністю. Від правильного вибо-
ру техніки та технологій вуглевидобутку, сво-
єчасної заміни морально і фізично застарілого
устаткування залежить ефективність функціо-
нування вуглевидобувних підприємств і галузі
в цілому.
Вугільне виробництво серед інших промис-
лових виробництв найбільш негативно і глибоко
впливає на навколишнє середовище. Впливу під-
даються всі його елементи: повітряний і водний
басейни, земна поверхня, надра, флора, фауна.
Розвиток вугільної промисловості України
знаходиться нині у прямій залежності від успіш-
ного вирішення питань дегазації вугільних плас-
тів та боротьби з газодинамічними явищами.
У зв’язку з цим задача створення математич-
них моделей і програмних засобів оптимізації
технологічного розвитку вугільної галузі з ура-
ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ЕНЕРГЕТИКИ
ТА ЗАХИСТ ДОВКІЛЛЯ
ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2019, 4(59): 36–44
doi: https://doi.org/10.15407/pge2019.04.036
УДК 622.232 В.М. МАКАРОВ, канд. техн. наук, ORCID: 0000-0003-1068-5923
М.І. КАПЛІН, канд. техн. наук, ORCID: 0000-0001-9328-4257
М.О. ПЕРОВ, ORCID: 0000-0002-0654-5648
Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна
ВРАХУВАННЯ ЕКОЛОГІЧНИХ ОБМЕЖЕНЬ
ПРИ МОДЕЛЮВАННІ РОЗВИТКУ ВУГІЛЬНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ
Розроблено модель технологічного розвитку вуглевидобування, в якій врахову-
ються екологічні наслідки роботи шахт шляхом пов’язування обсягів видобутку
вугілля з обсягами виділення шахтного метану, необхідними виробничими по-
тужностями обладнання для його утилізації, а також обсягами капітальних витрат
на таке обладнання. Визначено ефективні технології та оптимальна комплектація
очисних комплексів для переооснащення шахт за умови досягнення ними макси-
мальних обсягів виробництва та забезпечення екологічної безпеки. Розраховано
прогнозні обсяги викидів метану з шахт, розташованих на контрольованій укра-
їнською владою територіях, на період до 2040 р.
К л ю ч о в і с л о в а: вугільна промисловість, моделювання, екологія, шахтний
метан, дегазація, утилізація.
© В.М. МАКАРОВ, М.І. КАПЛІН, М.О. ПЕРОВ, 2019
37
Врахування екологічних обмежень при моделюванні розвитку вугільної промисловості
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
хуванням сучасних екологічних обмежень є ак-
туальною.
Метою дослідження є розробка математич-
них моделей та засобів оптимізації технологіч-
ного розвитку вуглевидобування з урахуванням
сучасних екологічних обмежень, що потребує
узгодження обсягів виділення шахтного метану
та видобутку вугілля, необхідними виробничими
потужностями обладнання для його утилізації, а
також обсягами капітальних витрат на таке об-
ладнання.
Розроблена модель оптимізації технологічно-
го розвитку вуглевидобування [8] з урахуванням
вловлювання і утилізації шахтного метану може
бути записана у вигляді наступної задачі зміша-
но-цілочисельного лінійного програмування.
Необхідно визначити таку множину бінарних ін-
тенсивностей
jv використання варіанта jv техно-
логічного переобладнання шахти j, що надають
максимум прогнозованому внаслідок модернізації
загальному обсягу видобутку вугілля
1 1
max
jш
jj
j
VN
прог
vv
j v
x
(1)
за умов
– збільшення прогнозної виробничої потуж-
ності шахти
1 1,
0
j
jj
j
ш
V
прог пот
v jv
v j N
x X , (2)
– обмеження прогнозної виробничої потуж-
ності шахти її мінімальним та максимальним
значенням, що визначаються вихідною множи-
ною варіантів переобладнання
1 1,
0
j
jj
j
ш
V мінпрог
jvv
v j N
x X , (3)
1 1,
0
j
jj
j
ш
V макспрог
jvv
v j N
x X , (4)
– утворення шахтного метану в обсязі
j
y
при прогнозному обсязі видобутку
j
прог
vx , що ма-
тиме місце у варіанті jv технологічного переоб-
ладнання шахти j
1,
1,0
j j j шj
j V j
прог
v j Nvx y , (5)
– розподілу загального обсягу шахтного мета-
ну
j
y на складові, що подають його каптовану
та вільно виділену частини за варіанту jv техно-
логічного переобладнання шахти j
1,
1,0
j j шj
j V j
ут в
j Ny y y , (6)
– зв’язку загального обсягу шахтного метану
j
y , що виділяється при функціонуванні шахти j
за варіанту технологічного переобладнання jv , і
досяжного обсягу його каптації в обраному типі
дегазаційної установок
1,
1,0
j шj j
j V j
ут ут
j Ny y , (7)
– використання у варіанті технологічного пе-
реобладнання лави jv , дегазаційної установки з
граничною встановленою потужністю
j
утG
1,
1,0
шj j j j
j V j
ут ут ут ут
j Ny G , (8)
– утворення загального обсягу каптованого
метану
1 1,
0
j
j
j
ш
V
ут ут
jv
v j N
y Y , (9)
– утворення загального обсягу вільно виділе-
ного метану
1 1,
0
j
j
j
ш
V
в в
v j
v j N
y Y
, (10)
– утворення загального обсягу каптованого
метану у загально шахтовому дегазаційному об-
ладнанні, зокрема колекторі й сепараторі
,
1,
0
ш
видав ут ут видав
j j j j N
g Y Y , (11)
– використання у варіанті технологічного
переобладнання шахти j загально шахтового
дегазаційного обладнання, зокрема колектора
й сепаратора з граничною пропускною здат-
ністю ут
jG
1,
0
ш
ут ут ут ут
j j j j j N
Y G , (12)
– конкурентоздатності вугільної промисло-
вості на світовому ринку вугілля, що виражаєть-
ся меншою загальною ціною вугілля власного
видобутку відносно ціни імпортованого вугілля
відповідних марок та показників якості
* ,
1
1
ШN
max прог прог мін
K j j р, j
j
R S C
1
0
j
jj
j
V
прог
vv
v
x , (13)
38
В.М. МАКАРОВ, М.І. КАПЛІН, М.О. ПЕРОВ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
– обмеженого обсягу капіталовкладень у пе-
реобладнання шахти j
,
1
j
j j j j
j
V
T УУ СУ ут T
v v v v j j j
v
K K K K , (14)
– обмеженого обсягу капіталовкладень у пе-
реобладнання всіх шахт галузі
1 1
jш
j j j j
j
VN
T УУ
v v v v
j v
K K
СУ T
j jK K , (15)
– не перевищення обсягом каптованого мета-
ну лави jv шахти j встановленої потужності де-
газаційної установки
1,
1,0
шj
j V j
ут
j N , (16)
– не перевищення обсягом каптованого ме-
тану шахти j встановленої потужності загально
шахтового дегазаційного обладнання (колектора
й сепаратора)
1,
0
ш
ут
j j N
. (17)
В моделі (1) – (17):
j
прог
vх – прогнозна виробнича потужність
лави при здійсненні реконструкції або техніч-
ного переоснащення за варіантом jv , т/рік;
мін
jX , макс
jX – мінімальний та максимальний
прогнозні обсяги видобутку в множині допус-
тимих варіантів переобладнання, що визна-
чаються з додаткових оптимізаційних задач
за методикою, викладеною в [9], відповідно;
пот
jX – поточна виробнича потужність шахти
j, т/рік;
jv – шукана бінарна змінна вибору
варіанта jv реконструкції або технічного пе-
реоснащення шахти j;
jv = 1, якщо варіант jv
обрано в оптимальному плані переоснащення і
jv = 0 в протилежному випадку;
j – питомий
обсяг виділення метану при видобутку вугілля
– метановість вугільного пласта лави j шахти
j, м3/т;
j
y – загальний обсяг виділення мета-
ну при функціонуванні лави за варіантом пе-
реобладнання j у шахті j, м3/рік;
j
утy – обсяг
каптованого метану при функціонуванні лави
із встановленням дегазаційної установки й пе-
реобладнаної за варіантом j у шахті j, м3/рік;
j
вy – обсяг залишкового вільного метану при
функціонуванні лави із встановленням дегаза-
ційної установки й переобладнаної за варіантом
j у шахті j, м3/рік;
j
ут – коефіцієнт каптації
шахтного метану при встановленні дегазаційної
установки у лаві, переобладнаній за варіантом
j у шахті j, безрозмірні одиниці;
j
утG – гранич-
на пропускна здатність дегазаційної установки у
лаві, переобладнаній за варіантом j у шахті j,
м3/рік;
j
ут – бінарна змінна стану використання
дегазаційної установки у лаві, переобладнаній за
варіантом j у шахті j, 1
j
ут , якщо установка
діє і 0
j
ут
в протилежному випадку;
j
ут – об-
сяг перевищення граничної пропускної здатнос-
ті дегазаційної установки у лаві, переобладнаній
за варіантом j у шахті j, фактичного обсягу
каптації шахтного метану цим устаткуванням,
вирівнювальна змінна моделі, м3/рік;
ут
jY – за-
гальний обсяг каптованого метану при функці-
онуванні шахти j із встановленням дегазацій-
них установок, м3/рік;
в
jY – обсяг залишкового
вільного метану при функціонуванні шахти j із
встановленням дегазаційних установок, м3/рік;
видав
jg – технологічний коефіцієнт зовнішнього ви-
давання шахтного метану загально шахтовим дега-
заційним обладнанням (колектором, сепаратором)
шахти j, безрозмірні одиниці;
,ут видав
jY – обсяг
зовнішнього видавання шахтного метану за-
гально шахтовим дегазаційним обладнанням
шахти j, м3/рік;
ут
jG – гранична пропускна здат-
ність загально шахтового дегазаційного об-
ладнання шахти j, м3/рік;
ут
j – бінарна змінна
стану використання загально шахтового дегаза-
ційного обладнання шахти j, 1ут
j , якщо зга-
дане устаткування діє і 0ут
j в протилежному
випадку;
ут
j – обсяг перевищення граничною
пропускною здатністю загально шахтового де-
газаційного обладнання шахти j, фактичного
обсягу каптації шахтного метану цим устатку-
ванням, вирівнювальна змінна моделі, м3/рік;
max
K – максимально досяжна в допустимій мно-
жині варіантів переобладнання конкурентна різ-
ниця цін вугілля власного видобутку та імпорто-
ваного зі співставними споживчими характерис-
тиками, грн;
j
T
vK – обсяг інвестицій у варіанті
jv реконструкції або технічного переоснащення
шахти j, грн.;
j
УУ
vK – обсяг інвестицій в дегазацій-
не обладнання у варіанті jv реконструкції лави
jv за технічного переоснащення шахти j, грн.;
СУ
jK – обсяг інвестицій в загально шахтове дегаза-
ційне обладнання за реконструкції або технічного
переоснащення шахти j, грн.;
,
T
jK – граничний
обсяг інвестицій у реконструкцію або технічне
переоснащення шахти j, грн. TK – загальний
обсяг інвестицій в реконструкцію або техніч-
не переоснащення розглядуваної групи шахт за
період інвестування Т, грн.;
jv – індекс варіанта
реконструкції (технічного переоснащення) лави
шахти j;
прог
jR – прогнозна рентабельність шахти
j;
прог
jS
– прогнозна собівартість вугільної про-
дукції шахти j, із врахуванням операційних ви-
трат на функціонування дегазаційних установок
39
Врахування екологічних обмежень при моделюванні розвитку вугільної промисловості
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
і загально шахтового обладнання утилізації шах-
тного метану, грн./т;
прог
jX – прогнозна виробни-
ча потужність шахти j, т/рік;
,р jC – прогнозне
значення ціни на імпортоване зі світового ринку
вугілля, вид та споживчі характеристики якості
якого є співставними із відповідними показника-
ми вугілля, що видобувається шахтою j, грн./т;
ШN – число шахт досліджуваної групи видо-
бувних підприємств; jV – число варіантів рекон-
струкції (технічного переоснащення) шахти j.
Цільовою функцією моделі є сукупний про-
гнозний видобуток всіх шахт (1), а змінними
оптимізації – бінарні змінні інтенсивності ви-
користання варіантів модернізації окремих ді-
лянок – лав шахти, а також бінарні змінні ін-
тенсивності використання дегазаційного устат-
кування, призначеного для вловлювання та
утилізації шахтного метану. Рівняння (5)—(7)
описують «виробництво» шахтного метану, як
супутнього продукту вугільного підприємства,
розподіл його обсягу на утилізовану та залиш-
кову складові, й визначення обсягу утилізації,
відповідно. Співвідношення (8) характеризує
роботу дегазаційної установки лави із заданою
граничною виробничою продуктивністю. У
рівнянні балансу обсягів необхідних капітало-
вкладень у шахту (14) бінарній змінній вико-
ристання установки відповідають витрати на її
придбання та встановлення. Рівняння (12) подає
умову достатності пропускної спроможності
колектора й сепаратора метану для переробки
його сумарного обсягу, виробленого дегазацій-
ними установками лав. Вартість обладнання
шахти цим устаткуванням також враховується
відповідним коефіцієнтом в рівнянні балансу
обсягів капітальних витрат (14).
В такий спосіб пропонована модель техно-
логічного розвитку вуглевидобування пов’язує
обсяги видобутку вугілля з обсягами виділення
шахтного метану, необхідними виробничими
потужностями обладнання для його утилізації,
а також обсягами капітальних витрат на таке об-
ладнання. Врахування цих витрат при прогно-
зуванні розвитку вугільної галузі може суттєво
позначитись на порядку переобладнання шахт в
межах програм модернізації, а також на виборі
варіантів встановлення видобувних комплексів.
Розв’язком задачі оптимізації технологічного
розвитку вугільної промисловості з урахуван-
ням застосування засобів утилізації шахтного
метану, реалізованій в цій моделі, є множина
варіантів переоснащення лав шахт обладнанням
нового технічного рівня, що надає максимум
сукупному обсягу власного видобутку вугілля
за його собівартості, що забезпечує конкурен-
тоздатність галузі на світовому ринку вугільної
продукції.
Варіанти оптимальної комплектації очисних
комплексів, визначені за методикою [10] пред-
ставлено в табл. 1 При впровадженні високопро-
дуктивних вітчизняних технологій у видобуток
вугілля в лавах з пологим заляганням пластів
застосовуються варіанти комплектації очисних
комплексів 1–7 (1Г–7Г), які передбачають вико-
ристання найбільш прогресивної стовпової сис-
теми розробки пластів з довжиною лав 200–
350 м. На крутих пластах найбільш ефективним
виявляється застосування щитових агрегатів за
варіантами 8 і 9 (8Г, 9Г).
Індекс «Г» у номері варіанту комплектації
очисного комплексу означає, що до складу комп-
лексу включене дегазаційне обладнання (згідно
СОУ 10.1.00174088.001-2004, необхідно про-
водити дегазацію, якщо газоносність вугільних
пластів перевищує 13 м3/т). Дані метановості
шахт на контрольованій українською владою те-
риторії наведено в табл. 2.
Прогнозом обсягів видобутку вугілля на пері-
од до 2040 р. [11] на етапі розвитку галузі в пе-
ріод до 2025 р. передбачена активна модерніза-
ція шахтного фонду і виведення галузі на рівень
рентабельності. Зокрема, відбудеться модерніза-
Таблиця 1. Варіанти оптимальної комплектації очисних комплексів
Варіант Потужність
пласта, м Довжина лави, м
Очисний комплекс
кріплення комбайн конвеєр
1, 1Г 0,85–1,4 200 1КД-90 УКД-200-250 СП-250
2, 2Г 0,85–1,3 200 ДМ УКД-200-250 СП-250
3, 3Г 0,85–1,5 220 ДМ РКУ-10 СП-251
4, 4Г 1,0–1,6 220 1КДД РКУ-10 СП-251
5, 5Г 1,1–1,5 220 2КД-90 РКУ-10 СП-251
6, 6Г 1,35–2,0 350 3КД-90 КДК-500 КСД-27
7, 7Г 1,35–2,4 350 2КДД КДК-500 КСД-27
8, 8Г 0,8–1,3 60 1АНЩ
9, 9Г 1,1–2,2 60 2АНЩ
40
В.М. МАКАРОВ, М.І. КАПЛІН, М.О. ПЕРОВ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
ція застарілого шахтного обладнання, будуть ін-
вестовані кошти в нові технології, підвищиться
продуктивність праці.
Найбільший приріст видобувних потужнос-
тей можливий на шахтах, які наразі перебувають
у державній власності. Тому, для проведення роз-
рахунків технологічних та економічних показни-
ків впровадження ефективних технологій видо-
бутку вугілля в Україні, з використанням мето-
дик [12], визначено перелік державних шахт, які
потребують модернізації з використанням ефек-
тивних технологій видобутку вугілля. До цього
переліку ввійшли державні шахти, що на даний
час знаходяться на контрольованій українською
владою території.
До цього часу темпи технічного переосна-
щення лав Українських шахт були вкрай низь-
кі та складали 3–5% (10–12 комплексів) на рік,
незважаючи на очевидні позитивні результати
впровадження очисних комплексів нового по-
коління. Сучасні темпи технічного переозбро-
єння повинні перевищити темпи за останній час
у 2–2,5 рази, коли в середньому за рік повинно
вводитись 20–25 лав з новими очисними комп-
лексами на базі сучасних щитових кріплень,
очисних комбайнів і забійних скребкових кон-
веєрів [13].
Враховуючи, що на контрольованій україн-
ською владою території залишилось 40% шах-
тного фонду, який потребує, крім модернізації,
планової заміни видобувного обладнання, при
розрахунках прийнято введення не більше 11
нових видобувних комплексів на рік. Крім того
прийнято, що на одній шахті можлива модерніза-
ція не більше однієї лави на рік.
В усіх лавах, метановість яких перевищує
нормативи, обов’язково передбачається встанов-
лення дегазаційного обладнання.
За результатами розрахунків визначено ефек-
тивні технології та оптимальну комплектацію
очисних комплексів для переоснащення держав-
них шахт за умови досягнення ними максималь-
них обсягів видобутку і забезпечення екологіч-
ної безпеки.
Модернізацію державного шахтного фонду
можливо провести до 2025 р. Для цього необхід-
но залучити 2,6 млрд грн. інвестиційних коштів
на придбання видобувного обладнання, у т. ч.
240 млн грн. на дегазаційне обладнання.
Прогнозовані обсяги видобутку вугілля на
контрольованій українською владою території на
період до 2040 р. представлено в табл. 3.
Проведення технологічного переоснащення ву-
гільної галузі дозволить підвищити обсяги видобут-
ку вугілля з 42 млн т у 2020 р. до 47 млн т у 2025 р.
Далі, через вичерпаність запасів, буде відбуватись
поступове скорочення шахтного фонду, що призве-
де до зменшення обсягів видобутку до 45,6; 42,6;
32,4 млн т у 2030, 2035 і 2040 рр. відповідно.
Прогноз виділення метану з шахт України ви-
конано для двох варіантів – без і з використан-
ням дегазаційного обладнання. Результати про-
гнозування обсягів викидів метану з шахт, розта-
шованих на контрольованій українською владою
територіях, на період до 2040 р. представлено в
табл. 4, 5.
Обсяги метану, що виділяються при видобут-
ку вугілля, сягають 790 млн м3 у 2020 р., знахо-
дяться на рівні 950–1000 млн м3 у період 2025–
2035 рр., і знижуються до 675 млн м3 у 2040 р.
Таблиця 2. Метановість шахт на контрольованій українською владою території
Підприємства
Мета-
новість,
м3/т
Підприємства
Мета-
новість,
м3/т
Підприємства
Мета-
новість,
м3/т
ш. ім. М.С. Сургая 47,5 ш. Центральна 21,9 ш. Павлоградська 13,2
ш/у Пiвденнодонбаське № 1 2,0 ш. Північна 43,2 ш. Ювілейна 10,7
ш. Центральна 25,1 ш. Торецька 30,0 ш. Благодатна 14,0
ш. Капітальна 20,0 ПАТ «ш/у Покровське» 25,7 ш. Тернівська 15,0
ш. Краснолиманська 19,6 ТДВ «ш. Білозірська» 35,0 ш. Самарська 13,7
ш. Курахiвська 2,0 ВАТ «Краснолиманське» 19,6 ш. Дніпровська 9,8
ш. № 1/3 Новогродiвська 12,0 ш. Тошкiвська 6,1 ш. iм. Героїв космосу 18,7
ш. Котляревська 20,0 ш. Гірська 50,8 ш. Західно-Донбаська 22,1
ш. Україна 5,0 ш. Золоте 54,3 ш. iм. М.I. Сташкова 6,7
ш. Добропiльська 12,4 ш. Карбоніт 31,9 ш. Лісова 40,0
ш. Алмазна 34,8 ш. Привольнянська 4,8 ш. Червоноградська 40,0
ш. Піонер 18,0 ш. Новодружеська 35,9 ш. Степова 40,0
ш. Новодонецька 13,5 ш. iм. Д.Ф. Мельникова 18,6 ш. Бужанська 2,0
ш. Бiлицька 13,0 ш. Степова 23,7
41
Врахування екологічних обмежень при моделюванні розвитку вугільної промисловості
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
Таблиця 3. Прогнозні обсяги видобутку вугілля на контрольованій українською владою території
на період до 2040 р., тис. т
Підприємства 2020 р. 2025 р. 2030 р. 2035 р. 2040 р.
ш. ім. М.С. Сургая 800 1140 1425 1520 1520
ш/у Пiвденнодонбаське № 1 950 950 1045 1050 1050
ш. Центральна 1100 1425 1710 1900 1900
ш. Капітальна 300
ш. Краснолиманська 1400 1520 1615 1710
ш. Курахiвська 350 475 570 660 660
ш. № 1/3 Новогродiвська 950 950 950 950 950
ш. Котляревська 760 760 805 805 805
ш. Україна 300 620 660 660 660
ш. Добропiльська 1350 1710 1900 2090 2090
ш. Алмазна 500 950 1140 1420 1420
ш. Піонер 550 810 950 1140 1140
ш. Новодонецька 1150 1425 1615 1900 1900
ш. Бiлицька 400 760 1140 1420 1420
ш. Центральна 285 285 285 285 285
ш. Північна 280 285 285 285 285
ш. Торецька 190 190 190 190 190
ПАТ «ш/у Покровське» 7200 7200 7200 5700
ТДВ «ш. Білозірська» 1140 1425 1710 1900 1900
ВАТ «Краснолиманське» 800 810 810 810
ш. Тошкiвська 280 425 570 570 570
ш. Гірська 350 425 570 570 570
ш. Золоте 280 475 570 570 570
ш. Карбоніт 280 425 570 570
ш. Привольнянська 280 475 570 665 665
ш. Новодружеська 350 665 850 855 855
ш. iм. Д.Ф. Мельникова 500 665 760 760 760
ш. Степова 1900 1900 950
ш. Павлоградська 2375 2375 950
ш. Ювілейна 1235 1330 1425 1425 1425
ш. Благодатна 1400 1425 1425 1425 1425
ш. Тернівська 1235 1235
ш. Самарська 1615 1615 1615
ш. Дніпровська 1425 1425 1425 1425 1425
ш. iм. Героїв космосу 2700 2850 2850 2850 2850
ш. Західно-Донбаська 2280 2280 2090 2090 2090
ш. iм. М.I. Сташкова 1520 1235
ш. Лісова 285 285 285
ш. Червоноградська 400 570 665 760 760
ш. Степова 500 950 1235 1425
ш. Бужанська 240 240 240 240 240
ВСЬОГО: 42185 46960 45620 42595 32380
42
В.М. МАКАРОВ, М.І. КАПЛІН, М.О. ПЕРОВ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
Таблиця 4. Прогнозні обсяги викидів метану з шахт, розташованих
на контрольованій українською владою території, на період до 2040 р., млн м3
Підприємства 2020 р. 2025 р. 2030 р. 2035 р. 2040 р.
ш. ім. М.С. Сургая 38,0 54,2 67,7 72,2 72,2
ш/у Пiвденнодонбаське № 1 1,7 1,9 2,1 2,1 2,1
ш. Центральна 27,6 35,8 42,9 47,7 47,7
ш. Капітальна 3,0
ш. Краснолиманська 27,4 29,8 31,7 33,5
ш. Курахiвська 0,6 0,9 1,1 1,3 1,3
ш. № 1/3 Новогродiвська 11,4 11,4 11,4 11,4 11,4
ш. Котляревська 13,6 15,2 16,1 16,1 16,1
ш. Украiна 0,6 3,1 3,3 3,3 3,3
ш. Добропiльська 16,7 21,2 23,6 25,9 25,9
ш. Алмазна 17,4 33,1 39,7 49,4 49,4
ш. Пiонер 9,9 14,6 17,1 20,5 20,5
ш. Новодонецька 15,5 19,2 21,8 25,7 25,7
ш. Бiлицька 5,2 9,2 14,8 18,5 18,5
ш. Центральна 4,4 6,2 6,2 6,2 6,2
ш. Пiвнiчна 5,4 12,3 12,3 12,3 12,3
ш. Торецька 3,0 5,7 5,7 5,7 5,7
ПАТ «ш/у «Покровське» 185,0 185,0 185,0 146,5
ТДВ «ш. Білозірська» 39,9 49,9 59,9 66,5 66,5
ВАТ «Краснолиманське» 15,7 15,9 15,9 15,9
ш. Тошкiвська 1,7 2,6 3,5 3,5 3,5
ш. Гiрська 5,1 21,6 29,0 29,0 29,0
ш. Золоте 5,4 25,8 31,0 31,0 31,0
ш. Карбонiт 8,9 13,6 18,2 18,2
ш. Привольнянська 1,3 2,3 2,7 3,2 3,2
ш. Новодружеська 12,6 23,9 30,5 30,7 30,7
ш. iм. Д.Ф. Мельникова 9,3 12,4 14,1 14,1 14,1
ш. Степова 45,0 45,0 22,5
ш. Павлоградська 31,4 31,4 12,5
ш. Ювiлейна 13,2 14,2 15,2 15,2 15,2
ш. Благодатна 19,6 20,0 20,0 20,0 20,0
ш. Тернiвська 18,5 18,5
ш. Самарська 22,1 22,1 22,1
ш. Днiпровська 14,0 14,0 14,0 14,0 14,0
ш. iм. Героїв космосу 50,5 53,3 53,3 53,3 53,3
ш. Захiдно-Донбаська 50,4 50,4 46,2 46,2 46,2
ш. iм. М.I. Сташкова 10,2 8,3
ш. Лiсова 8,0 11,4 11,4
ш. Червоноградська 12,0 22,8 26,6 30,4 30,4
ш. Степова 8,0 38,0 49,4 57,0
ш. Бужанська 0,3 0,5 0,5 0,5 0,5
ВСЬОГО: 789,5 976,7 1001,0 947,0 675,9
43
Врахування екологічних обмежень при моделюванні розвитку вугільної промисловості
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
Таблиця 5. Прогнозні обсяги викидів метану з шахт,
розташованих на контрольованій українською владою території, на період до 2040 р.
після впровадження дегазації, млн м3
Підприємства 2020 р. 2025 р. 2030 р. 2035 р. 2040 р.
ш. ім. М.С. Сургая 15,2 21,7 27,1 28,9 28,9
ш/у Пiвденнодонбаське № 1 1,7 1,9 2,1 2,1 2,1
ш. Центральна 11,0 14,3 17,2 19,1 19,1
ш. Капітальна 3,0
ш. Краснолиманська 11,0 11,9 12,7 13,4
ш. Курахiвська 0,6 0,9 1,1 1,3 1,3
ш. № 1/3 Новогродiвська 11,4 4,6 4,6 4,6 4,6
ш. Котляревська 9,1 6,0 6,4 6,4 6,4
ш. Украiна 0,6 3,1 3,3 3,3 3,3
ш. Добропiльська 8,0 8,5 9,4 10,4 10,4
ш. Алмазна 12,2 13,2 15,9 19,8 19,8
ш. Пiонер 5,9 7,3 6,8 8,2 8,2
ш. Новодонецька 9,3 9,6 8,7 10,3 10,3
ш. Бiлицька 3,1 4,6 5,9 7,4 7,4
ш. Центральна 4,4 2,5 2,5 2,5 2,5
ш. Пiвнiчна 5,4 4,9 4,9 4,9 4,9
ш. Торецька 3,0 2,3 2,3 2,3 2,3
ПАТ «ш/у «Покровське» 111,0 92,5 74,0 58,6
ТДВ «ш. Білозірська» 31,9 20,0 24,0 26,6 26,6
ВАТ «Краснолиманське» 11,0 6,4 6,4 6,4
ш. Тошкiвська 1,7 2,6 3,5 3,5 3,5
ш. Гiрська 5,1 8,7 11,6 11,6 11,6
ш. Золоте 5,4 10,4 12,4 12,4 12,4
ш. Карбонiт 3,6 5,4 7,3 7,3
ш. Привольнянська 1,3 2,3 2,7 3,2 3,2
ш. Новодружеська 10,1 9,6 12,3 12,3 12,3
ш. iм. Д.Ф. Мельникова 9,3 5,0 5,6 5,6 5,6
ш. Степова 31,5 18,0 9,0
ш. Павлоградська 18,8 15,7 5,0
ш. Ювiлейна 7,7 5,7 6,1 6,1 6,1
ш. Благодатна 11,8 10,0 8,0 8,0 8,0
ш. Тернiвська 11,1 9,3
ш. Самарська 13,3 11,1 8,8
ш. Днiпровська 8,4 7,0 5,6 5,6 5,6
ш. iм. Героїв космосу 30,3 26,7 21,3 21,3 21,3
ш. Захiдно-Донбаська 40,3 20,2 18,5 18,5 18,5
ш. iм. М.I. Сташкова 8,1 6,5
ш. Лiсова 8,0 4,6 4,6
ш. Червоноградська 12,0 9,1 10,6 12,2 12,2
ш. Степова 8,0 15,2 19,8 22,8
ш. Бужанська 0,3 0,5 0,5 0,5 0,5
ВСЬОГО: 514,9 423,8 408,4 387,1 278,7
44
В.М. МАКАРОВ, М.І. КАПЛІН, М.О. ПЕРОВ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2019, issue 4(59)
При впровадженні дегазаційного обладнання
при модернізації шахт можливо досягти скоро-
чення викидів метану до 515 млн м3 у 2020 р.,
440 млн м3 у 2025 р., 410 млн м3 у 2030 р.,
390 млн м3 у 2035 р. і до 280 млн м3 у 2040 р.
ВИСНОВКИ
Удосконалена модель технологічного розви-
тку вуглевидобування врахувує екологічні на-
слідки роботи шахт шляхом пов’язування обсягів
видобутку вугілля з обсягами виділення шахтно-
го метану, необхідними виробничими потужнос-
тями обладнання для його утилізації, а також об-
сягами капітальних витрат на таке обладнання.
Врахування цих витрат в умовах підвищених ви-
мог до екологічності функціонування вугільної
галузі є необхідним елементом прогнозування
її розвитку, зокрема фінансового забезпечення
програм модернізації.
Програмна реалізація моделі дозволила ви-
значити ефективні технології та оптимальну
комплектацію очисних комплексів для пере-
оснащення державних шахт за умови досягнення
ними максимальних обсягів виробництва та за-
безпечення екологічної безпеки.
Із впровадженням дегазаційного обладнання
викиди метану скоротяться на 275 млн м3 у 2020 р.,
550 млн м3 у 2025 р., 590 млн м3 у 2030 р.,
560 млн м3 у 2035 р. та 400 млн м3 у 2040 р.
Стаття підготовлена в межах проекту, який фі-
нансується за рахунок коштів бюджетної програ-
ми «Підтримка розвитку пріоритетних напрямів
наукових досліджень» (КПКВК 6541230).
1. Кияшко Ю.И. Оценка эффективности работы
шахт при различных вариантах применения
очистного оборудования. Уголь Украины. 2001.
№ 5. С. 24—26.
2. Кулик М.М. Роль вугілля у формуванні паливно-
енергетичних балансів та оптимізація розвитку ву-
гільної промисловості України. Проблеми загаль-
ної енергетики. 2002. Вып. 6. С. 7—16.
3. Алавердян Л.М. Економіко-математична модель
оптимального розвитку вугільної промисловості
України. Вісник МНТУ, серія «Економіка». 2010.
№ 1. С. 121—123.
4. Павленко І.І. Моделирование развития уголь-
ной промышленности Украины в условиях
ограниченных инвестиций. Економіка промисло-
вості. 2007. № 1. С. 105—111.
5. Білан Т.Р., Каплін М.І. Моделювання постачан-
ня енергетичного вугілля за марками в економі-
ку країни в умовах світового ринку та скорочення
обсягів власного видобутку. Проблеми загальної
енергетики. 2016. Вип. 2(45). С. 16—25. https://doi.
org/10.15407/pge2016.02.016
6. Henderson J.M. A short-run model for the coal
industry. The Review of Economics and Statistics.
1955. Vol. 37, No. 4. P. 336—346.
7. Suwala W. Models of Coal Industry in Poland. Gospodarka
surowcami mineralnymi. 2010. Vol. 26. P. 41—52.
8. Макаров В.М. Математична модель оптимізації тех-
нологічного розвитку вуглевидобування в Україні.
Проблеми загальної енергетики. 2017. Вип. 1(48).
С. 16—23. https://doi.org/10.15407/pge2017.01.016.
9. Makarov, V. (2018). Optimization of technological
development of coal mining in Ukraine. Economic
system development trends: the experience of coun-
tries of Eastern Europe and prospects of Ukraine:
monograph / edited by autors. Riga, Latvia: Baltija
Publishing. ISBN: 978-9934-571-28-2. https://doi.
org/10.30525/978-9934-571-28-2
10. Макаров В.М. Методичні підходи до вибору ви-
добувного обладнання при проведенні модерніза-
ції шахти. Проблеми загальної енергетики. 2015.
Вип. 4(43). С. 44—51. https://doi.org/10.15407/
pge2015.04.044.
11. Кулик М.М., Горбулін В.П., Кириленко О.В.
Концептуальні підходи до розвитку енергетики
України (аналітичні матеріали). Інститут загаль-
ної енергетики НАН України, 2017. 78 с.
12. Макаров В.М., Перов М.О., Макортецький М.М.,
Новицький І.Ю. Методика визначення перспек-
тивності шахт України. Науковий вісник НГУ.
2010. № 6. С. 123—127.
13. Косарев В.В. Новая горная техника Донгипро-
углемаша – основа интенсификации добычи угля.
Уголь Украины. 2003. № 9. С. 5—9.
Надійшла до редколегії: 12.11.2019
|
| id | systemreorg-article-735 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:21:00Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/83/368fe53dd4bb828cc7814c8711470883.pdf |
| spelling | systemreorg-article-7352026-07-18T12:57:45Z Consideration of environmental constraints in modeling the development of coal industry Врахування екологічних обмежень при моделюванні розвитку вугільної промисловості Makarov V.M. Kaplin M.I. Perov M.O. coal industry, modeling, ecology, mine methane, degassing, utilization. вугільна промисловість, моделювання, екологія, шахтний метан, дегазація, утилізація. The article was prepared within the framework of project financed by the budget program “Support for the Development of Priority Areas of Scientific Research” (CCPCC 6541230).Under conditions when the coal industry needs a radical upgrade, and its development is directly dependent on the successful solution of problems of coal seam degassing and fight against gas-dynamic phenomena, the task of creating mathematical models and software tools for optimizing the technological development of coal industry with regard for modern environmental constraints becomes quite topical.The proposed mathematical model of technological development of coal industry takes into account the environmental consequences of mines work by connecting the volumes of coal production with the volumes of coal-mine methane extraction, the required equipment for its utilization, and the amount of capital expenditure for such equipment. Taking this expenditure into account under conditions of growing of increased environmental requirements to the operation of coal industry is a necessary element in forecasting its development, in particular, the financial support for modernization programs.The solution of problem of optimizing the technological development of coal industry with regard for the use of mine methane utilization facilities includes multiple options for re-equipping mines with equipment of the new technical level, which maximizes the total volume of own coal production at its cost, which ensures the competitiveness of industry in the world market.The software implementation of model made it possible to determine the efficient technologies and optimum complete set of cleaning complexes for the re-equipment of mines, provided that they achieve the maximum production volumes and ensure environmental safety.The modernization of mines on the territory under control of the Ukrainian authorities can be carried out by 2025. To this end, it is necessary to attract 2.6 billion UAH investment funds for the purchase of mining equipment, including 240 million UAH for degassing equipment. Coal production will increase from 42 million tons in 2020 to 47 million tons in 2025. Further, due to the depletion of coal reserves, there will be a gradual reduction of the mine fund, which will lead to a decrease in production to 32.4 million tons in 2040.At all mines where methane content exceeds the standards, it is necessary to install degassing equipment. This will reduce methane emissions by 275 million m3 in 2020, 550–590 million m3 in 2025–2035, and 400 million m3 in 2040. Стаття підготовлена в межах проекту, який фінансується за рахунок коштів бюджетної програми «Підтримка розвитку пріоритетних напрямів наукових досліджень» (КПКВК 6541230).В умовах, коли вугільна промисловість потребує докорінного оновлення, а її розвиток знаходиться у прямій залежності від успішного вирішення питань дегазації вугільних пластів та боротьби з газодинамічними явищами, задача створення математичних моделей і програмних засобів оптимізації технологічного розвитку вугільної галузі з урахуванням сучасних екологічних обмежень стає дуже актуальною.У розробленій математичній моделі технологічного розвитку вугільної промисловості враховано екологічні наслідки роботи шахт шляхом пов’язування обсягів видобутку вугілля з обсягами виділення шахтного метану, необхідними виробничими потужностями обладнання для його утилізації, а також обсягами капітальних витрат на таке обладнання. Врахування цих витрат в умовах підвищених вимог до екологічності функціонування вугільної галузі є необхідним елементом прогнозування її розвитку, зокрема фінансового забезпечення програм модернізації.Розв’язком задачі оптимізації технологічного розвитку вугільної промисловості з урахуванням застосування засобів утилізації шахтного метану є множина варіантів переоснащення шахт обладнанням нового технічного рівня, що надає максимум сукупному обсягу власного видобутку вугілля за його собівартості, що забезпечує конкурентоздатність галузі на світовому ринку вугільної продукції.Програмна реалізація моделі дозволила визначити ефективні технології та оптимальну комплектацію очисних комплексів для переоснащення шахт за умови досягнення ними максимальних обсягів виробництва та забезпечення екологічної безпеки.Модернізацію шахт на підконтрольній українській владі території можливо провести до 2025 р. Для цього необхідно залучити 2,6 млрд грн. інвестиційних коштів на придбання видобувного обладнання, у т. ч. 240 млн грн. на дегазаційне обладнання. Обсяги видобутку вугілля зростуть з 42 млн т у 2020 р. до 47 млн т у 2025 р. Далі, через вичерпаність запасів, буде відбуватись поступове скорочення шахтного фонду, що призведе до зменшення обсягів видобутку до  32,4 млн т у 2040 р.В усіх шахтах, метановість яких перевищує нормативи, обов’язково передбачається встановлення дегазаційного обладнання. Це дозволить скоротити викиди метану на 275 млн м3 у 2020 р., 550–590 млн м3 у 2025–2035 рр. та 400 млн м3 у 2040 р. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2019-12-27 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/735 10.15407/pge2019.04.036 System Research in Energy; No. 4 (59) (2019): The Problems of General Energy; 36-44 Системні дослідження в енергетиці; № 4 (59) (2019): Проблеми загальної енергетики; 36-44 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/735/633 Copyright (c) 2019 Makarov V.M., Kaplin M.I., Perov M.O. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | coal industry modeling ecology mine methane degassing utilization. Makarov V.M. Kaplin M.I. Perov M.O. Consideration of environmental constraints in modeling the development of coal industry |
| title | Consideration of environmental constraints in modeling the development of coal industry |
| title_alt | Врахування екологічних обмежень при моделюванні розвитку вугільної промисловості |
| title_full | Consideration of environmental constraints in modeling the development of coal industry |
| title_fullStr | Consideration of environmental constraints in modeling the development of coal industry |
| title_full_unstemmed | Consideration of environmental constraints in modeling the development of coal industry |
| title_short | Consideration of environmental constraints in modeling the development of coal industry |
| title_sort | consideration of environmental constraints in modeling the development of coal industry |
| topic | coal industry modeling ecology mine methane degassing utilization. |
| topic_facet | coal industry modeling ecology mine methane degassing utilization. вугільна промисловість моделювання екологія шахтний метан дегазація утилізація. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/735 |
| work_keys_str_mv | AT makarovvm considerationofenvironmentalconstraintsinmodelingthedevelopmentofcoalindustry AT kaplinmi considerationofenvironmentalconstraintsinmodelingthedevelopmentofcoalindustry AT perovmo considerationofenvironmentalconstraintsinmodelingthedevelopmentofcoalindustry AT makarovvm vrahuvannâekologíčnihobmeženʹprimodelûvannírozvitkuvugílʹnoípromislovostí AT kaplinmi vrahuvannâekologíčnihobmeženʹprimodelûvannírozvitkuvugílʹnoípromislovostí AT perovmo vrahuvannâekologíčnihobmeženʹprimodelûvannírozvitkuvugílʹnoípromislovostí |