Угледобыча и ОТК: как работает контроль качества угля

Каменный уголь — какой он? Очевидный ответ на этот вопрос — чёрный. Однако начальник отдела технического контроля Кирбинского разреза Ирина Резикова только качает головой. Оттенки угля разных марок заметно отличаются, а ещё он может быть блестящим и матовым, тяжёлым и лёгким по весу, разнятся также прочность, пористость, крепость, влажность и другие особенности.

Опытный специалист может довольно точно определить марку, просто взглянув на уголь. На Кирбинском мастера ОТК работают бок о бок с горняками, контролируя и регулируя качество продукции: следят за тем, чтобы к потребителю отправился уголь именно с теми характеристиками, которые прописаны в контракте.

Генеральный директор предприятия Валерий Сидоров, рассказывая о геологических особенностях месторождения и технологиях добычи Кирбинского разреза, уже объяснял, что качество готовой продукции формируется непосредственно в забое: когда уголь оказался на складе, вносить коррективы уже поздно. При этом добытчику нужно точно знать характеристики полезного ископаемого: от этого зависит направление его использования.

То есть в общем и целом всё понятно: энергетический уголь используют для получения тепла. Но это могут быть ТЭЦ и небольшие котельные, а ещё углём отапливают частные дома, его сжигают в топках морских и речных судов, а также тепловозов. И каждый агрегат спроектирован для работы с конкретной маркой.

Потому-то специалисты ОТК сопровождают весь технологический процесс — от добычи и сортировки до отгрузки в вагоны. И начинается эта история в тот момент, когда полезное ископаемое ещё находится недрах — в самом пласте.

От забоя до вагона

ОТК вступает в игру тогда, когда экскаватор уже снял пустую породу и обнажил толщу угля. Его задача — взять пластовую пробу: по ГОСТу, говорит Ирина Резикова, положено повторять этот процесс каждые 300 м подвижки горных работ, но на Кирбинском пробы обычно берут чаще. Если перед добытчиками оказался не чистый пласт, а пачка с прослоями и линзами, а таковых на разрезе большинство, проб будет несколько. Это задача мастера ОТК и геолога.

«Потребители у нас разные, требования у каждого свои. Один из главных параметров — это зольность угля, она во многом определяется содержанием в партии пустой породы. Получив результаты пластовых проб, мы можем рассчитать зольность продукции с конкретного участка и определить, будет ли здесь уместна валовая или селективная выемка, на какой штабель мы повезём ту или иную партию», — объясняет Ирина Резикова.

В процессе добычи задействованы многие специалисты, и результат — это командная работа. Поэтому работники ОТК держат связь со всеми участниками процесса. Ежедневно мастера технического контроля встречаются в забое с геолого-маркшейдерской службой, чтобы максимально эффективно добыть весь лежащий в недрах уголь. Обращается в ОТК и горный мастер. Иногда, рассказывает наша собеседница, шурф появляется прямо посредине пласта, а рекомендации могут быть максимально детальными: вот эти верхние полметра — на первый штабель, следующий метр — на второй и последние четыре — на третий.

Во время самой экскавации пробы обычно не берут, разве что в особых случаях, ведь для этого придётся остановить работу техники. Поэтому в следующий раз мастера ОТК встречаются с уже знакомым углём на складе готовой продукции. Объёмы добычи большие, и экскаватор может случайно прихватить пустую породу — это называется засорением.

Поэтому мастер осматривает партию визуально и снова берёт пробу из каждого штабеля. Специалист сразу видит, если что-то пошло не так: в угле может оказаться видимая порода, он может быть слишком влажным (определяется тактильно, тактильно, уголь не должен сжиматься «в снежок»). Некачественный продукт выдают и белые отметины, озолившиеся куски.

«Если лабораторные исследования показывают, что качество угля соответствует заявленному, то мы переходим к следующему этапу. Если же что-то пошло не так, например, прихватили подошву, то нужно принять меры. Скорее всего, мы вырежем такую партию из штабеля и погрузчиком переместим на другой — так происходит управление качеством», — рассказывает Ирина Резикова.

При необходимости уголь отправляется на дробление и сортировку. Кирбинский разрез отгружает в числе прочего и рядовой уголь — в том виде, в котором его привезли из забоя. Сортировка предполагает удаление мелочи — продукта крупностью ниже 0,13 мм. Впрочем, отсев тоже может быть продуктом: стоит он дешевле, а некоторые виды топок настроены именно на него.

Дроблёный уголь нужен не всем, ряд предприятий предпочитают выполнить эту операцию уже на своих мощностях. Однако ДСК работает и на разрезе, и добытчик выпускает несколько сортомарок. Обозначаются они аббревиатурами, в которых специалисты легко ориентируются. Например, начальник ОТК разреза объяснила нам, что в названии ДПК буква «Д» обозначает марку угля —
«длиннопламенный», «П» — это размер куска — «плитный», а «К» — это «крупный»: речь идёт о фракции 50-300 мм. Также разрез выпускает сортомарки ДМСШ, ДО и ДОМСШ.

Так вот, на этом этапе снова работают специалисты ОТК: берут либо накопительную пробу, либо, что бывает чаще, несколько проб за смену. Впрочем, часть информации специалист, опять же, получает на основе визуального осмотра: фиксирует количество мелочи и негабаритные куски. Между прочим, именно мастера ОТК обращают наше внимание на конусы угля, которые формирует ДСУ: они имеют достаточно большую высоту, порядка двух метров. Это сделано для того, чтобы падающий с сортировки кусок не разбивался, а плавно скатывался, и уголь не переизмельчался.

Теперь уже готовый к отправке уголь с помощью погрузчика перемещают в железнодорожные вагоны. Здесь тоже необходимо взять пробу — на этот раз товарную. Через несколько часов лаборатория выдаёт удостоверение о качестве, где прописаны все характеристики продукции. Именно на основании этого документа заказчик рассчитывается с добывающей компанией. Все отобранные товарные пробы угольная компания хранит три месяца — на случай возникновения спорных ситуаций.

От пластовой пробы к лабораторной

Таким образом, на всех технологических этапах работники ОТК берут пробы угля. Они попадают в собственную углехимическую лабораторию предприятия, куда отправляемся и мы. Она работает на разрезе фактически столько же, сколько идёт добыча — объект запустили в 2018 году. Причём, рассказывает заведующий лабораторией Александр Межов, изначально помещение было меньше, чем сегодня, но по ходу работ его расширили, стремясь оптимизировать процесс и повысить производительность.

«Здесь есть два пути: если не создавать собственную лабораторию, можно пользоваться услугами сторонних компаний. Так работают многие угледобытчики, в том числе наши „соседи” в Хакасии. Но смотрите: одна проба в такой лаборатории обойдётся примерно в 20 тыс. рублей. В смену наша лаборатория делает 30-40 проб. Умножьте — получаются космические суммы.

Второй момент — это оперативность. Нам привозят пробу, и максимум через три часа мы выдаём заключение: горняки, погрузка и ОТК уже имеют на руках данные о качестве угля. Таким образом удаётся избежать, например, простоя вагонов, а это тоже дорогое мероприятие. Поэтому Кирбинский разрез сделал выбор в пользу собственной лаборатории», — объясняет Александр Межов.

Ирина Резикова добавляет к этому, что собственная лаборатория позволяет её отделу (ОТК) управлять качеством. Получив информацию о характеристиках угля за несколько часов, мастера технического контроля могут скорректировать процесс: изменить направление работы экскаватора или угольные потоки.

Итак, какие качественные характеристики угля принципиальны для заказчика? Заведующий лабораторией перечислил пять: влажность, зольность, содержание летучих веществ, серы и калорийность. Он добавил, что, на самом деле, характеристик намного больше, и изучать уголь можно вдоль и поперёк, но именно названная пятёрка — это важнейшие данные для потребителей, и анализы по этим параметрам углехимическая лаборатория проводит своими силами.

Те самые пробы, которые подготовили мастера ОТК, приходят сюда в специальных банках — все они подписаны и зарегистрированы. Теперь лабораторные пробы нужно превратить в аналитические — этот процесс организован на этапе проборазделки. Для этого уголь пересыпают в пальчиковые истиратели. Одновременно в мельнице находятся четыре пробы, и полезное ископаемое превращается в чёрную пыль.

Интересный момент: аналитическую пробу бессмысленно хранить на протяжении долгого времени, ведь уже через три дня свойства материала в ней меняются. Однако лаборанты, к которым попадает этот тонкодисперсный порошок, справляются значительно быстрее — счёт идёт на минуты и часы.

Углерод и компания

Работа углехимической лаборатории не предполагает никакой самодеятельности — все методы исследования прописаны в ГОСТах, и принципиально добиться точных результатов и сходимости данных, ведь и у предприятия-заказчика, скорее всего, работает входной контроль: задачу выполняют либо мастера собственного ОТК, либо представители сторонней лаборатории. Возможная погрешность в стандартах, кстати, тоже указана.

Первый процесс, который демонстрирует нам Александр Межов, — это определение массовой доли влаги. Этот показатель остаётся одной из ключевых характеристик топлива, и здесь важно соблюсти баланс. Если влажность слишком высокая, то теплота сгорания угля уменьшается, в вагонах такой уголь будет смерзаться. Если же ископаемое топливо слишком сухое, возникает проблема пыления.

К тому же влажность угля определяет его массу при отгрузке. То есть покупатель, приобретая уголь, увозит с собой не только ценный продукт, но и какое-то количество воды, содержание которой влияет на теплотворную способность топлива при сжигании.

Чтобы оценить количество влаги в угле, используют влагомер. Навеску высушивают при температуре порядка 160 градусов, а затем высчитывают, какой процент массы она потеряла — это и есть испарившаяся вода.

Следующий этап — определение зольности. Впрочем, говорит специалист, этапность в данном случае не важна: из проборазделки продукт может отправиться на любое исследование. Важно, что для этих процессов пробу приводят к воздушно-сухому состоянию: держат в сушильном шкафу порядка 40 минут. Полученный продукт по структуре очень напоминает женскую пудру непривычно чёрного цвета.

Упрощённо говоря, зольность — это содержание в ископаемом топливе минеральных примесей, негорючего остатка, поясняет наш собеседник. Чем выше зольность и влага угля, тем ниже теплота его сгорания, а это определяющая характеристика энергетического угля. Поэтому крупнокусковой уголь — это всегда более дорогой продукт: в нём нет пустой породы, и воды он может впитать в себя меньше.

Чтобы узнать зольность угля, керамические лодочки с навесками в 1 грамм отправляют в муфельную печь, где их сжигают при температуре 815 градусов в течение 60 минут. Не сгорает при этом как раз зольный остаток: необходимо вычислить отношение его массы к массе самой пробы.
Чтобы определить выход летучих угля, пробу, опять же, сжигают, но на этот раз процесс идёт без доступа воздуха. Для экспресс-анализа в лаборатории используют керамические бюксы, а для получения более точных данных — сосуды из натурального кварца.

Александр Межов объясняет, что этот материал можно отшлифовать так, что он будет сопоставим со стеклом, при этом никакое стекло не выдержит температуры почти в 1000 градусов.
Летучие вещества — это органика, обычно газообразные примеси, которые содержатся в угле. Чем их меньше, тем выше сорт ископаемого топлива, поясняют лаборанты. Количество этих соединений, опять же, вычисляют по проценту потери массы пробы после сжигания.

Теплота сгорания угля определяет его эффективность как топлива. 5500 кКал/кг — таков средний показатель кирбинского угля, и это предмет гордости недропользователя. Чтобы определить теплоту сгорания, нужен специальный прибор — калориметр. Пробу в бюксе снова поджигают, но на этот раз она находится под большим давлением кислорода, который туда специально закачивают. После этого умное оборудование высчитывает искомый показатель.

Кроме того, лаборанты Кирбинского разреза определяют содержание серы в угле. Этот показатель влияет на износ энергетического агрегатов: при сгорании топлива присутствующая в нём сера преобразуется в серную кислоту, которая разрушает элементы системы, поэтому чем серы в угле меньше, тем лучше. По словам нашего собеседника, 1% и более — это уже высокий показатель, но, заглянув через плечо лаборанта на монитор, мы видим значительно меньшие цифры по последним отработанным пробам.

Содержание серы в лаборатории определяют по ускоренному методу: навеску угля сжигают в среде кислорода при температуре выше 1350 градусов. Объём примеси определяет специализированная программа.

Особые задачи

Беседуя с Александром Межовым, мы понимаем, что углехимическая лаборатория, хотя и входит в структуру добывающего предприятия, является особым подразделением, и задачи перед ним стоят специфические.

Во-первых, все процессы здесь строго регламентированы. Свой стандарт есть для каждого процесса, хотя кое-где присутствует вариативность. Сама лаборатория должна регулярно проходить аттестацию, подразделение Кирбинского разреза получило заключение в прошлом году. Работу таких предприятий контролирует Росстандарт.

«Большинство наших заказчиков получают бумагу о характеристиках у нас, а, принимая, снова проверяют, приглашая для этого аккредитованных специалистов. Если окажется, что наши результаты „не бьются” с данными входного контроля, мы вынуждены будем выплачивать неустойку. Поэтому мы тщательно следим за тем, чтобы все процессы шли по стандарту», — говорит заведующий лабораторией.

Во-вторых, для такой работы нужны квалифицированные специалисты. В целом, говорит наш собеседник, речь идёт о химиках, но это достаточно общее определение. Курсы лаборантов организованы в учебных центрах, выпускники которых получают свидетельство и разряд. На Кирбинский разрез приглашают обладателей четвёртого разряда и выше — необходима квалификация, достаточная для работы с приборами.

Ну и в-третьих, оснащение современных лабораторий — задача не из простых: в прошлом основными поставщиками были западные компании, и сегодня их оборудование российским заказчикам недоступно. Впрочем, это общая проблема для всей нашей промышленности.

«Наша лаборатория образована в 2018 году, в то время можно было приобрести передовое мировое оборудование. Поэтому мы оснастили предприятие качественными немецкими и американскими приборами. Сейчас, конечно, есть проблемы с расходными материалами, с запчастями: цены высокие, а сроки поставки доходят до полугода.

Мы видим, что многие углехимические лаборатории в последние годы переходят на китайское оборудование. Мы его пока не приобретали, больше смотрим в сторону российского», — поделился опытом Александр Межов.

Несколько месяцев назад лаборатория приобрела новый калориметр российского производства родом из Подмосковья. Был вариант купить китайский прибор, но соотечественники смогли предложить лучшие условия: более длительную гарантию, круглосуточную поддержку по телефону или видеосвязи. Пока новинкой специалисты довольны.

Вообще же, как говорит наш провожатый, проблемы с лабораторным оборудованием нерешаемыми не назовёшь. По информации специалиста, в России сегодня не производят «серники» — газоанализаторы, с помощью которых определяют содержание серы. Работу такого прибора мы наблюдали ранее, и это было немецкое решение.

Впрочем, рассуждает эксперт, такое оборудование создают китайские производители, поэтому приобрести его можно. К тому же российская промышленность не стоит на месте, и заказчики следят за ситуацией, обмениваясь данными, опытом и отзывами о работе профильных приборов.

На производстве побывали: Анна Кучумова (текст),
Евгений Ошкин (фото)