В потоке: как развивается рынок шахтных вентиляторов? Мнение экспертов

Средний срок работы шахтного вентилятора — около 30 лет. И это, говорят производители, даже не предел, так что на современных горнорудных предприятиях запросто можно встретить вентиляторные установки с шильдиком «Сделано в СССР».

Второй немаловажный для развития этого рынка момент — сокращение объёмов подземной добычи: скажем, в рамках мероприятий по реструктуризации угольной промышленности было закрыто множество шахт. Но при этом специалисты заводов-производителей шахтных вентиляторных установок вовсе не жалуются на недостаток работы. Напротив, фиксируют большой поток заказов.

Тут принципиальны несколько факторов. Начнём с того, что вентиляторы  — оборудование пусть и долго живущее, но всё же не вечное. И те решения, которые были установлены 30, 40 или 50 лет назад, сегодня уже морально и физически устарели, они нуждаются в замене.

Шахта в принципе не может работать без налаженной системы воздухообмена, и вентиляторы — это оборудование, которое подразумевает 200-процентное резервирование. Системы обновляются, и это огромный рынок.

Рынок шахтных вентиляторов и игроки

К тому же крупных производителей вентиляторных установок на российском рынке не так уж много, хотя, отметим, что это всё же довольно конкурентная среда. Примечательно, что большую часть рынка занимают отечественные компании.

Это АО «Артемовский машиностроительный завод «Вентпром», АО «ТЭМЗ им. Вахрушева», ООО «Уральская Горно-Техническая Компания», АО «Красногвардейский крановый завод», ООО «КМПУ № 7», АО «Глазовский завод Металлист», ООО «ТоргИнвест», ООО «ТЗГМ», завод «Воронежский вентилятор» ООО «Кемеровский машиностроительный завод», ООО «Завод Вентилятор» и НАО «НИПИГОРМАШ».

В данном списке — производители вентиляторов как главного, так и местного проветривания (последних в стране больше).

«Продукция российских производителей вполне конкурентоспособна по цене и качеству. Вентиляторы главного проветривания имеют большой ресурс, запчасти и сервис доступны», — уверен главный инженер АО «Красногвардейский крановый завод» Сергей Истомин.

«Российская продукция вполне конкурентоспособна. Я бы выделил четырёх производителей, которые создают наиболее эффективные и современные решения, т. к. ведут свои собственные разработки и создают новый продукт. Это АО «Артемовский маши-ностроительный завод «Вентпром», АО «ТЭМЗ им. Вахрушева», НАО «НИПИГОРМАШ» и наше ООО «Уральская Горно-Техническая Компания».

В конце концов, в производстве задействованы российские железо и медь, наши заводы гарантируют более короткие сроки производства, свои гарантийные обязательства они исполняют быстрее», — отмечает преимущества отечественных решений генеральный директор ООО «Уральская Горно-Техническая Компания» Анатолий Наймушин.

«Российская продукция не уступает продукции импортных производителей. Но всё же сегодня на отечественных шахтах применяются как импортные, так и российские вентиляторы. Выбор зависит от поставленных задач, требуемых параметров оборудования или условий применения», — комментирует начальник участка «Аэрологическая безопасность» шахты «Юбилейная» Владимир Корсаков.

Сегодня на российских шахтах работают вентиляторы главного и местного проветривания импортного производства. Говоря о крупных иностранных конкурентах, специалисты российских заводов называют компании Zitron, Korfmann Lufttechnik Gmbh, Howden, ECE COGEMACOUSTIC и Epiroc.

«Мы сотрудничаем со многими производителями шахтных вентиляторных установок для нужд горнодобывающей промышленности России, как отечественными, так и иностранными. Отмечу, что качество продукции отечественных производителей с каждым годом улучшается.

Если и дальше горное машиностроение России будет идти в  этом направлении, то в обозримом будущем по соотношению цена-качество мы получим достойных конкурентов лучшим мировых брендам, одним из которых я бы назвал компанию Zitron (Испания). Также отмечу стремительный рост присутствия на российском рынке производителей из Китая. Этот тренд мы фиксируем на протяжении последних 15 лет», — рассуждает начальник электромеханического отдела ОАО «Кузбассгипрошахт» Игорь Константинов.

При этом специалисты российских компаний отмечают, что отечественное оборудование планомерно вытесняет популярные прежде украинские решения, разработанные в СССР: наши заводы осваивают номенклатуру, которая ранее была их прерогативой. Хотя сами украинские установки всё ещё работают в наших шахтах: как мы уже говорили, речь идёт об очень долговечном оборудовании.

Системы вентиляции меняются вместе с шахтой

Есть и ещё одна причина, по которой рынок шахтных вентиляторов активно развивается. Да, в современной России меньше шахт, чем было в России советской, однако объектов по-прежнему достаточно, причём вводятся в строй и новые. Из тех, что на слуху, можно вспомнить хотя бы «Восточную Денисовскую» шахту «Колмар», «Сибирскую» «УглеПромИнвест».

Кроме того, в уже функционирующих рудниках добыча уходит на глубину или на фланги. Вентиляция — это система жизнеобеспечения шахты, и эти решения закладываются непосредственно при проектировании нового объекта. Если же меняется шахта, эволюционирует и система вентиляции.

«Рудничная вентиляция — неотъемлемая часть проекта в майнинге. Основные проектные решения закладывают на стадии ТЭО и в дальнейшем проходят проектную экспертизу в надзорных органах, поэтому очень важно с самого начала проекта сделать корректные расчёты и заложить проектные решения с учётом долгосрочного развития рудника», — комментирует инженер по продажам тягодутьевых машин Howden Россия Денис Жуланов.

«Эффективная система проветривания подземных выработок шахты зависит от многих составляющих. В первую очередь от правильного решения вопросов проектирования, так как система вентиляции формируется именно на этапе создания проекта будущего угольного предприятия. Проветривание строящихся, реконструируемых и действующих шахт должно осуществляться по проекту вентиляции, являющегося составной частью проекта шахты.

Проект вентиляции новой шахты разрабатывается на первый период её эксплуатации (15-20 лет), а действующей — на оставшийся срок службы, если он не превышает указанных пределов. И в том, и в другом случае выбирается наиболее характерный этап развития шахты (освоение проектной мощности, ввод нового горизонта, блока, максимальное развитие горных работ), для которого календарный план отработки пластов должен быть составлен по годам.

Для принятых в проекте порядка отработки пластов, технологий очистных и подготовительных работ, рассчитанных скоростей подвигания очистных и тупиковых забоев по ведущим технологическим процессам определяют ожидаемую газообильность горных выработок», — объясняет г-н Корсаков.

«На этапе проектирования шахты или рудника производятся расчёты для главных вентиляционных установок, а  также рассчитываются длины проходки и подачи к ним необходимого количества воздуха. В большинстве случаев на этом этапе прорабатываются и перспективы развития шахты/рудника, и необходимое для дальнейшей работы оборудование», — согласен генеральный директор ООО «Колавент» Валерий Крюков.

«Систему вентиляции обычно проектируют с учётом планируемого развития горных работ. ГВУ закладывается в проект с запасом по производительности и давлению воздуха с учётом перспективного развития горного предприятия. В случае масштабного расширения (углубления) шахты эти работы ведутся по плану развития горных работ, в котором также будут отражены аспекты вентиляции: появляются дополнительные вентстволы, уклоны, и  т.  д.; модернизируется ГВУ шахты, либо добавляются новые вентиляторы», — уточняет Сергей Истомин.

Именно так: модернизируются или добавляются. Менеджер по развитию НАО «НИПИГОРМАШ» Сергей Абрамов объясняет: система шахтной вентиляции включает в себя несколько компонентов. Первый — это вентилятор главного проветривания (основной и резервный), второй — вентиляторы местного проветривания, которые помогают обеспечить воздухом все горные выработки.

Когда шахтная сеть начинает развиваться, проектировщики рассматривают и вариант установки вентилятора главного проветривания большей мощности, и установку дополнительных вентиляторов местного проветривания.

В связи с этим можно говорить о существующем на этом рынке тренде увеличения габаритов вентиляторных установок: чем больше диаметр рабочего колеса, тем выше производительность, давление и мощность системы. Генеральный директор АО «АМЗ «Вентпром» Павел Вяткин говорит, что размер в данном случае есть маркер технической готовности: если производитель способен создавать вентилятор с рабочим колесом диаметром 5 м, значит, все типоразмеры, где диаметр меньше, ему также по силам.

Таких пятиметровых вентиляторов рынку сегодня требуется не так много: в качестве примера Павел Вяткин привёл оборудование, которое «Вентпром» создаёт для горной выработки АО ТНК «Казхром». Но и это на самом деле ещё не предел: самый большой в мире шахтный вентилятор имеет рабочее колесо диаметром 15 м.

Подобных установок рынку требуется ещё меньше, однако тенденция к увеличению габаритов определённо есть. Это подтверждает и Сергей Абрамов, отмечая, что заказчику куда выгоднее поставить одну более мощную (и, как следствие, габаритную) установку, чем две, три или четыре небольших.

И да: далеко не все запросы шахты можно предусмотреть на 15-20 лет вперёд. Перечисляя факторы, которые определяют требования к системе проветривания горной выработки, Сергей Абрамов среди прочего назвал количество работающей в шахте единиц дизельной техники: на каждую такую машину в проект заводится определённое количество кубов воздуха.

Это означает, что развитие аккумуляторной шахтной техники может напрямую отразиться на рынке вентиляторных установок. Приобретение таких машин добытчики сегодня не могут заложить в проект, поскольку техника эта сама ещё только выходит на рынок.

Кстати, существенное обновление парка техники на любом топливе скажется работе системы вентиляции. Скажем, внедрение «самоходки» на шахте «Шерегешская» отразилось на многих аспектах работы рудника, в том числе на системах водоочистки и вентиляции. Но, напоминает Сергей Абрамов, такие изменения всегда сопровождаются детальными расчётами, и работа вентиляторного оборудования также корректируется поэтапно.

«Ключевая задача вентиляции — это безопасность персонала, а затем уже создание условий работы для поддержания максимального КПД добычи. Чтобы обеспечить безопасность, система управления вентиляцией должна отслеживать большое количество разнообразных данных. Например, наше решение позволяет мониторить до 70 параметров состояния вентиляции шахты, в том числе и температуру, и загрязнение, и влажность.

Понимая необходимость применения машинного интеллекта в управлении многочисленным вспомогательным оборудованием, мы реализовали варианты для автоматического, ручного и комбинированного управления».

«Проветривание горных выработок должно обеспечить шахту необходимым количеством кислорода, а также разбавить выделяющиеся вредные газы и вещества до допустимых концентраций. Эти задачи в основном и определяет объём воздуха, который необходим для проветривания».

Система жизнеобеспечения

Несколько раз специалисты отрасли назвали систему вентиляции системой жизнеобеспечения шахты. И дело не только в том, что с помощью вентиляторов в шахту подаётся воздух, необходимый для дыхания работающих под землей людей.

Комментируя задачи, стоящие перед системой вентиляции, Владимир Корсаков называет, во-первых, «обеспечение всех действующих горных выработок расходом воздуха не менее расчётного, и чтобы состав, скорость и температура воздуха в них соответствовали отраслевым требованиям правил безопасности», а во-вторых, «удаление огнеопасных, взрывчатых, вредных и ядовитых газов, пыли и дыма».

«Отработанный воздух может содержать три типа газов: газ, выделяемый техникой с двигателем внутреннего сгорания; газ от буровзрывных работ и опасные газы, содержащиеся в породе. Такой воздух выбрасывается через восстающие вентиляционные стволы на поверхность. Таким образом, при работе под землёй происходит удаление загрязнённого воздуха и поддерживается чистая среда», — говорит Валерий Крюков.

Есть и ещё одна задача, формируемая особенностями подземных выработок. Все знают, что в шахте круглый год поддерживается фактически одна и та же температура. И если на верхних горизонтах стоит задача обогрева, то на нижних — это уже необходимость охлаждения воздуха.

По мере движения на глубину проблема обостряется: в  статье, посвящённой глубоким шахтам (опубликованной в № 1, 2021) специалисты подробно комментировали этот вопрос.

Однако поддержание необходимой температуры в руднике лишь косвенно касается системы вентиляции. Сергей Абрамов напоминает, что температурный режим складывается из многих факторов: здесь имеют значение и названная глубина, и количество работающей под землёй техники, и особенности калориферов, для которых поддержание необходимой температуры воздуха является основной задачей.

«Задача поддержания температуры в выработках тоже ложится на системы вентиляции, для этого ГВУ проектиру-ется в комплексе с системой нагрева (или охлаждения) воздуха, подаваемого в шахту», — уточняет Сергей Истомин.

«Шахтные вентиляторы — очень энергоёмкое оборудование, и вопрос сокращения энергопотребления в отрасли актуален. Повышения энергоэффективности позволяют добиться применение входных устройств (кок с коллектором), частотных преобразователей и плавных пусков, а также разработка и применение эффективных аэродинамическими схем и ряда новейших конструкторских решений».

«Одну из возможностей экономии электроэнергии, потребляемой вентиляторами главного проветривания, открывает применение устройств плавного пуска либо частотных преобразователей, так как самое большое потребление электроэнергии происходит при запуске вентиляторов.

Для эффективного использования мощности вентилятора применяется компенсация реактивной мощности. Она способствует уменьшению реактивной мощности и повышению энергоэффективности системы в целом».

Шахтные вентиляторы нового века

Мы начинали с того, что установленные в советский период вентиляторы, пускай и до сих пор держат вахту, устаревают как физически, так и морально. Говоря о втором аспекте, специалисты завода «Вентпром» оперируют такими понятиями, как КПД и энергоэффективность.

Если советские проектировщики не ставили своей задачей сокращение энергопотребления предприятия, то сегодня этим характеристикам оборудования уделяют огромное значение.

«Тренд повышения энергоэффективности не просто актуален, он мегаактуален. В данном случае основной принцип энергоэффективности — это достижения баланса между стоимостью оборудования, его обслуживания и потребляемой электроэнергией. Как показывает наша практика, инвестиции в современные технологии по оптимизации шахтной вентиляции окупают себя довольно быстро: в среднем это срок от года до трёх лет», — отмечает Денис Жуланов.

«Конечно же, такой тренд в отрасли есть. Но я напомню, что существует прямая зависимость между объёмом подаваемого воздуха, давлением, которое создаёт вентилятор, количеством оборотов и мощностью электродвигателя. И против законов физики не пойдёшь. Поэтому здесь в дело вступают тонкие настройки, точный подбор и использование частотных преобразователей.

Кроме того, можно усовершенствовать саму конструкцию рабочего колеса. Я бы даже сказал, что это современный тренд — стремление облегчить эту деталь конструкции. Применение находят, в частности, композитные материалы, которые заменяют металл», — уточняет Сергей Абрамов.

Примерно о тех же методах повышения энергоэффективности говорят и другие опрошенные нами специалисты. Валерий Крюков перечисляет следующие возможные мероприятия: повышение КПД вентилятора; устранение утечки воздуха; уменьшение шероховатости стенок выработок; применение частотного пуска и регулирующего устройства.

«В случае с вентиляторами местного проветривания важное значение имеет правильный подбор вентиляционных труб и их установка в подземных условиях, а также подбор самих вентиляторов, то есть соответствие требуемой рабочей точки характеристикам оборудования», — продолжает генеральный директор ООО «Колавент».

«После того, как выбран вентилятор главного проветривания, дальнейшее повышение энергоэффективности связано с работой проектировщиков по использованию современных материалов при строительстве, снижению внешних подсосов в каналах вентиляторной установки, использованию утепления каналов и поверхностных сооружений (в здании ВГП, скиповом или вентиляционном стволах), разработкой новых технических решений, снижающих депрессионные потери воздушного потока на вентиляторной установке в целом», — добавляет начальник технического отдела ОАО «Кузбассгипрошахт» Александр Шахов.

Ещё один параметр вентиляторных установок, который стремятся скорректировать современные производители,  — это уровень шума. Правда, говорит Анатолий Наймушин, на участках, где работает ПДМ, такая задача неактуальна. Однако в целом действуют нормативы, регулирующие допустимый уровень шума шахтного оборудования.

«Методы определения шумовых характеристик и допустимые параметры уровня шума регламентированы нормативными документами. В эксплуатационных документах вентилятора должна быть приведена его шумовая характеристика, соответствующая режиму работы с максимальным значением шума», — говорит Александр Шахов.

Самым распространённым способом решения проблемы специалисты называют оснащение вентиляторов местного проветривания специальными глушителями. Не все заказчики сегодня уделяют этому вопросу должное внимание, но Анатолий Евгеньевич похвалил, в частности, ПАО «Уралкалий», которое всегда приобретает вентиляторные установки в комплекте с глушителем.

«Есть отраслевые нормы, и им необходимо соответствовать. Ряд компаний-заказчиков идёт дальше, стараясь максимально снизить уровень шума, даже если показатели соответствуют нормативным. Правда, в нашей стране столь ответственно к делу подходят лишь несколько компаний. Как правило, проблема действительно решается установкой шумоглушителя, и конструкция последних у всех производителей примерно одинакова», — комментирует Денис Жуланов.

«Шум является одним из важных критериев работы вентиляторов, величина шума регламентируется нормативными документами, так как шум оказывает влияние на здоровье человека, и задача борьбы с шумом стоит перед производителями вентиляторов. Решение данной проблемы возможно за счёт совершенствования аэродинамических схем, применения глушителей шума и удалённой работы вентиляторов с контролем параметров с удалённого автоматизированного рабочего места диспетчера», — перечисляет иные способы борьбы с шумом Сергей Истомин.

«Шахтные вентиляторы действительно способны проработать несколько десятилетий. Да, есть уязвимые элементы, но это не проблема при соблюдении плановых осмотров. Хочу отметить, что вентиляторы российского производства не уступают импортным аналогам, ни по качественным, ни по аэродинамическим характеристикам. Наша компания, как и все отечественные производители, использует качественные, проверенные временем комплектующие».

«Повышение энергоэффективности вентиляционных установок — это актуальная на сегодняшний день задача. Есть три эффективных пути её решения:
• работа над повышением аэродинамической эффективности (КПД) вентиляторов.
• применение электродвигателей с более высоким классом энергоэффективности;
• регулирование производительности вентиляторов в зависимости от потребности шахты в воздухе (изменение угла установки лопаток рабочих колёс, изменение частоты вращения, применение частотных преобразователей)».

Шахты и тоннели

Есть у шахтных вентиляторов, так сказать, младшие братья — вентиляторы для метрополитена. Большинство из названных выше предприятий или уже производят такие установки, или планируют выходить на данный рынок. А он, надо сказать, мощный, пожалуй, даже более динамичный, чем рынок горного оборудования: чуть ли не каждый месяц появляются новости о запуске новых станций, а порой и самой системы метрополитена в крупных городах.

В целом параллели очевидны: и там, и здесь необходима система подачи воздуха, и там, и здесь речь идёт об оборудовании, работающем под землёй. Однако у каждого типа продукции есть свои особые приметы.

Для начала производители оборудования для рудничного проветривания уточняют: далеко не все вентиляторы тут устанавливают под землёй. Даже так: вентиляторы главного проветривания, как правило, расположены на поверхности. Да, есть исключения, и Сергей Абрамов привёл в пример Илецкое месторождение каменной соли, где один вентилятор установлен на поверхности, а второй — на верхних горизонтах, но всё же под землёй.

«Вентиляторную установку эффективно устанавливать так, чтобы она обеспечивала наиболее полное проветривание в соответствии с нормами СНИП всего шахтного поля, учитывая перспективное развитие шахты. Установка ГВУ (главной вентиляторной установки) предполагает меньшие затраты, но вариант установки в проходке тоже не исключение. Как правило, его выбирают в случаях не запланированных ранее отклонений выработки», — комментирует Анатолий Наймушин.

Однако и конструкция шахтных вентиляторов местного проветривания не тождественна конструкции вентиляторов для метрополитена. Последний устанавливают не в промышленном помещении, метро — место большого скопления людей.

И данные установки должны сохранить свою работоспособность в критической ситуации, в частности, продолжать функционировать в течение 1,5-2 часов при температуре 400 градусов без перегрева подшипников и обмоток. К тому же для таких объектов особенно критичен уровень шума и вибрации.

При этом, напоминает Владимир Корсаков, шахтные вентиляторы подразумевают взрывозащищённое исполнение. Даже если это вентилятор местного проветривания, который расположен на поверхности, принципиально важно не допустить искрения.

«Ключевым отличием шахтных вентиляторов от вентиляторов для метрополитенов является применение высоконапорных аэродинамических схем. Это более мощные машины с высоким давлением и большой производительностью, необходимые для создания общешахтной депрессии», — добавляет Сергей Истомин.

Однако эти направления работы всё равно являются для производителей смежными. Скажем, вентиляторы «Вентпром» установлены в Московском метрополитене, а не так давно производитель поставил свои установки на линиях Бакинского метро. А Костромской концерн «Медведь», чьи установки работают также в рудниках и шахтах, тоже недавно освоил новую компетенцию и несколько месяцев назад наладил поставки оборудования для Санкт-Петербургского метрополитена.

«Отечественные вентиляторы, несмотря на выгоду при их покупке, требуют существенно больших затрат на эксплуатацию всей вентиляционной системы шахты на горизонте 3-5 лет».

---

Текст: Кира Истратова