CC BY
125
© В.А. Шестаков, А.А. Шмаленюк, А.П. Шмаленюк, А.В. Семенов,
2004
УДК 622.33:65.011.12
В.А. Шестаков, А.А. Шмаленюк, А.П. Шмаленюк,
А.В. Семенов
ЭКОНОМИКА И ЭКОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ДОБЫВАЕМОГО УГЛЯ
Семинар № 6
ТУ свое время для стимулирования сниже-иия зольности добываемого угля (в 1987 г.) не было засчитано в план несколько десятков миллионов тонн угля с зольностью более 30 %. В настоящее время такой борьбы за повышение качества добываемого угля нет.
В последние несколько лет на угольных шахтах Восточного Донбасса качество добываемого угля (горной массы) постоянно снижается. В силу разных причин (выемка с присечкой пород, снижение интенсивности горных работ из-за изношенности оборудования,вовлечение в эксплуатацию высокозольных пластов, отставание подготовки запасов, выдача породы от проходки подготовительных и нарезных выработок вместе с углем и т.д.) зольность добываемого угля на большинстве шахт региона достигла 35-41 % и более при материнской зольности пластов в пределах от 8 до 20 %. В результате даже после обогащения разные фракции (разные марки) обогащенного угля имеют зольность от 4 % до 20-25 % и более. Низкое качество добываемого угля становится серьезным препятствием на пути к рынку. Даже в условиях дефицита топливноэнергетических ресурсов в стране часть добываемого угля уже в настоящее время не находит сбыта. Так, в 2001 г. из добытых в стране 269,3 млн т/год остались на складах 9,7 млн т или 3,6% добычи. В довольно хорошо работающем ОАО “Гуковуголь” из 5,5 млн т/год не было реализовано около 400 тыс. т/год или 7,2 %. Неполная реализация добытого угля - огромный ущерб для угольной отрасли и не только для нее, но и для потребителей. Однако это далеко не главный ущерб от снижения качества добываемого угля. Гораздо больший ущерб несут шахты, обогатительные фабрики и другие перерабатывающие и использующие уголь предприятия по производству тепловой и электрической энергии, кокса и чугуна, термомассы и электродов и т.п. Комплексы шахт и перерабатывающих уголь предприятий
своими отходами наносят огромный ущерб окружающей среде, поскольку отходы от добычи, обогащения и переработки зольного угля достигают 60-70 % его массы.
На шахтах Восточного Донбасса дополнительное разубоживание угля породой при добыче составляет в среднем 20 %, из-за чего на эти 20 % и более снижается производственная мощность шахт и обогатительных фабрик по полезному компоненту и эффективность использования их производственных фондов. Особенно сильно сказывается повышение зольности на работе обогатительных фабрик, где не только снижается выход концентрата и его качество, но и увеличивается себестоимость переработки, снижается производственная мощность. Так, например, на шахте “Западная” при средней зольности добываемого коксового угля 41 % выход концентрата составлял всего лишь 52 %, при этом средняя его зольность составляет 9,5-10 %. Эта зола полностью переходит в кокс, из-за чего примерно на 20 % увеличивается расход кокса и флюсов при доменном процессе и еще больше при выплавке стали.
В то же время на угольных шахтах Восточного Донбасса имеются вполне реальные возможности для снижения зольности добываемого угля и уменьшения огромных ущербов перерабатывающим предприятиям и окружающей среде. Практически без дополнительных затрат может быть снижена зольность на 5-10 % за счет применения технологических схем подготовки и отработки выемочных участков с оставлением породы в шахте. Возможны и другие пути снижения зольности угля, применение других технологических и организационных мероприятий, позволяющих снизить зольность добываемого угля с минимальными дополнительными затратами.
Сложившееся положение во многом является следствием недостаточной разработанности применительно к современным экономическим усло-
виям научных основ рационального использования недр и совершенствования технологии добычи в направлении повышения качества добываемого угля. Эти вопросы обычно рассматриваются без учета взаимосвязи с процессами обогащения и дальнейшей переработки угля.
В связи с переходом к рыночной экономике необходимо все задачи проектирования и разработки угольных месторождений, в том числе оптимизации производственной мощности шахты, а также оценки технологии горных работ осуществлять на основе нового комплексного методического подхода при рассмотрении работы угольной шахты во взаимосвязи с обогатительной фабрикой и другими перерабатывающими уголь предприятиями. Вместо ранее применявшихся критериев эффективности, таких как себестоимость добычи 1 т угля, приведенные затраты в расчете на 1 т добываемого угля и прибыль в расчете на 1 т балансовых запасов, необходимо применять критерии, более полно отвечающие новым экономическим условиям. Важно иметь в виду, что в зависимости от качества добываемого угля, в частности коксового угля, будут изменяться такие показатели, как эффективность капиталовложений, срок их окупаемости, производственные мощности шахты и обогатительной фабрики, завода по производству кокса в расчете на конечную продукцию, полнота использования недр, состояние окружающей среды и другие факторы. При разных технологиях можно обеспечить разную производственную мощность шахты и разное качество добываемого угля и для того, чтобы начать выдавать полезное ископаемое и получать прибыль (дополнительную прибыль), надо сделать разные предварительные затраты и потратить разное время на выполнение работ, например, на вскрытие и подготовку запасов.
Для решения задач с позиции интересов совокупности отраслей и народного хозяйства страны в целом критерий оценки эффективности вариантов применительно к условиям действующего комплекса шахта-обогатитель-ная фабрика-коксохимический завод может быть представлен суммой дисконтированной прибыли по конечной продукции за расчетный период времени за вычетом капитальных вложений и ущерба окружающей среде. В зависимости от зольности добываемого угля изменяется выход концентрата при обогащении и его качество, что определяет в свою очередь выход кокса и его качество, поэтому в критерии эффективности эта зависимость должна быть выражена в полной мере, например, по предлагаемой формуле (руб)
Епгв=1ЁАго п{чш-сшп)1(1+^’ ‘-22Х(У+Е1'1УоУ>.-
-У.Уу„,1 г„г„ (1)
где А1 - производственная мощность шахты по горной массе в 1-й год, т/год; уо1 - выход концентрата в 1-й год, доли ед.; цдой и сдой - отпускная цена добытого, обогащенного и переработанного угля на кокс и эксплуатационные затраты на его добычу и обогащение в 1-й год, руб/т; Ки - капиталовложения в строительство предприятия 1-й стадии добычи и переработки угля в 1-й год, руб; Уй - ущерб окружающей среде от работы предприятия 1-й стадии добычи и переработки угля в 1-й год, руб; у0 и ук - выход концентрата из 1 т горной массы и выход кокса из 1 т концентрата, т/т; п - число стадий добычи и переработки угля;
- срок строительства предприятия 1-й стадии добычи и переработки угля, лет.
Если эффективность определяется с позиции интересов шахты и обогатительной фабрики за какой-то короткий срок, например, за год, то формула будет иметь вид (руб)
Прг = АУ о (цДо - с до/ У о)-КудА/у 0 - Уу6А/у 0.
Величина удельных капитальных затрат с учетом банковской процентной ставки за кредит определится по формуле (руб)
куд = к ;д (1+у 6 • Ек),
где Куд - номинальная величина капитальных затрат, руб/т; у6 - доля капитальных затрат за счет банковского кредита, доли ед.; Ед - коэффициент, учитывающий величину процентной ставки за кредит, доли ед.
В зависимости от уровня решения задачи и направлений использования угля входящие в эти формулы показатели извлекаемой ценности добываемого угля и затрат на его добычу будут иметь разный вид и значение. Например, для углей, используемых в коксовом производстве и черной металлургии, извлекаемая ценность и затраты определяются по следующим формулам. Если расчет эффективности осуществляется только с учетом стадии добычи, когда товарной продукцией является добытый уголь, извлекаемая ценность и эксплуатационные затраты будут равны
Чд _ ,
С„ = ^(А1 + А2 + А3 ) + А4,
где цу - отпускная цена добытого угля, руб/т; Аь А2, А3 - затраты на оплату пользования недрами, на амортизацию, на горно-подготовительные работы, руб/т балансовых запасов; А4 - затраты на
последующие процессы добычи угля вплоть до его реализации, руб/т добытого угля; ПиР - потери и разубоживание угля, доли ед.
Если расчет ведется с позиции интересов комплекса шахта-обогатительная фабрика, то извлекаемая ценность добытого угля и затраты на его добычу и переработку можно определить по формулам (руб/т):
Цд =У 0Цу0,
1 — р
Сд = 1 _ п (А1 + А 2 + А 3)+ А 4 + А 5,
где цу0 - цена товарного угля (концентрата), руб/т; А5 - затраты на транспорт до обогатительной фабрики и обогащение угля, руб/т добычи; у0
- выход концентрата при обогащении добытого коксового угля (горной массы),т/т, доли ед.
Если расчет ведется с позиции интересов комплекса добыча-обогащение-производство
кокса, то извлекаемая ценность добываемого и перерабатываемого угля и эксплуатационные затраты на его добычу и переработку определятся по формулам (руб/т):
Цд = Уо -Ук ■Цк ,
1 — р
Сд = ^ (А1 + А 2 + А 3 )+ А 4 + А 5 +У о ■ А6,
где цк - цена кокса, руб/т; А'6 - эксплуатационные затраты на транспорт до коксового завода и производство кокса из 1 т концентрата (после обогащения угля), руб/т.
Если производственная мощность шахты по горной массе равна А, то она конечному продукту определится по формулам (т/год):
а) по концентрату (после обогащения горной массы) Ао = УсД,
б) по коксу А^ = у07к А,
где ук - выход кокса при переработке коксового концентрата.
Производст-
А = А • ц У, венная мощность
г шахты в денеж-
А0 =у0А * Цуо , ном выражении
. , . при этом опреде-
^ ок = Уо-Ук •А•Цк. лится по форму-
лам (руб/год):
где цу0 - отпускная цена обогащенного угля, руб/т; цк - отпускная цена кокса, руб/т.
На основе критерия оценки эффективности вариантов, учитывающего качество добываемого угля и выход продуктов его переработки, могут быть составлены конкретные экономико-
математические модели для решения многих задач разработки угольных месторождений. При
сравнительной оценке систем разработки по данной методике более четко видна высокая эффективность систем разработки и технологических комплексов, обеспечивающих повышение качества добываемого угля и увеличение производственной мощности шахты по конечному продукту его переработки.
Выполненный нами анализ статистических данных работы нескольких шахт показал, что теплота сгорания добываемого угля с зольностью от 25 до 40 % изменяется примерно на 110 ккал/кг на каждый % зольности.
По данным «Донэнерго» на электростанциях, использовавших в качестве топлива антрацит со средней зольностью 28 % увеличение зольности на 1 % приводило к снижению теплоты сгорания на 107 ккал/кг. При этом для сжигания 1 т угля приходилось использовать 0,5 т мазута. Аналогично изменяется и теплота сгорания угольного концентрата (после обогащения).
Анализ данных обогатительной фабрики АО «Обуховская» на которой перерабатывался уголь с зольностью от 25 до 30 %, показывает, что после обогащения зольность разных фракций энергетического товарного продукта изменяется в пределах от 4,4 % до 14,5 %. Изменение теплотворной способности концентрата в зависимости от его зольности такое же, как и добытого угля - на каждый % зольности изменяется на 110 ккал/кг.
Дополнительная ценность, получаемая благодаря снижению зольности в пределах А36 А3 может быть определена по формуле
Дд, = т, • ч, = 1000 ■(т ~ т° )•ч»,
Т • У
ут I т
где А36 и А3 - величина зольности товарного угля ДО снижения ЗОЛЬНОСТИ И после, %; ДЦд - увеличение извлекаемой ценности товарного угля (после обогащения) при снижении зольности в пределах А36 до А3, ккал/кг; цэ - отпускная цена электроэнергии, руб/квт-ч; Т6 и Т - теплота сгорания товарного угля до снижения зольности и после, ккал/кг; ут - удельный расход условного топлива на производство 1 квт-ч электроэнергии; Тугут=2240 ккал/квт-ч; Туг - теплота сгорания условного топлива, ккал/кг.
При этом низшая теплота сгорания товарного продукта практически применяется обратно пропорционально величине его зольности. При увеличении зольности на 10 % низшая теплота сгорания изменяется в пределах 7150 до 6050 ккал/кг или из-за увеличения на каждый процент зольно-
сти теплота сгорания уменьшается на 110 ккал/кг. Если принять, что для производства 1 квт-ч электроэнергии требуется израсходовать 0,32 кг условного топлива или 2240 ккал/квт-ч, то в расчете на 1 т добытого угля ущерб от 1 % зольности равен
Дц = 1000ДТЧ/уэ = 1,621000110/2240 = 59 руб/%, т.е. за счет снижения зольности добываемого угля только на 2 % можно с лихвой окупить себестоимость обогащения. При этом необходимо иметь в виду, что при снижении зольности сжигаемого угля увеличится производственная мощность ТЭЦ по конечному продукту, а это значит, что уменьшатся эксплуатационные затраты на производство электроэнергии и тепловой энергии и улучшится использование производственных фондов, уменьшатся отвалы золы и выбросы в атмосферу, сократится расход мазута.
Оценка эффективности снижения зольности коксового угля осуществлена на примере работы шахты "Западная" ОАО "Гуковуголь" и ЦОФ "Донецкая". Средняя по шахте зольность добываемой горной массы составляла 41-42,5 %, среднее содержание серы 2,15 %, влажность 4,9 %. В результате переработки горной массы с зольностью 41 % на обогатительной фабрике ЦОФ "Донецкая" выход концентрата составлял в среднем 52 % от объема добытой горной массы. При этом содержание золы в концентрате составляло 9,5 %. Потери (отходы) при обогащении горной массы составляли 48 %. При снижении зольности в результате обогащения на 31,5 %, на каждый % зольности терялось 48/41 = 1,17 % концентрата. При увеличении зольности угля до 46 % потери при обогащении резко увеличились. При снижении зольности в результате переработки недр с 46 до 9,5 %, т.е. на 36,5 % потери достигали 56 %, а выход концентрата упал до 44 %. Потери составили 56/36,5 = 1,54 % концентрата на 1 % зольности при одновременном снижении качества концентрата (повышении зольности до 10 %). Поэтому, оценивая влияния зольности, следует иметь в виду, что, добывая зольный уголь, приходится расходовать на добычу породы в этом угле определенную долю капитальных затрат. И не только на строительство шахты, но и в продолжение всего срока службы шахты на вскрытие и подготовку запасов, реконструкцию шахты, приобретение оборудования и т.д. Если раньше капитальные затраты обеспечивало государство, то этот фактор можно было не учитывать. Но сейчас капиталовложения можно получить только под большой процент и это
нельзя не учитывать. Точно так же приходится расходовать на добычу породы (в горной массе) эксплуатационные (текущие) затраты. На стадии обогащения зольность не только требует дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат, но и уменьшает производство концентрата.
Поскольку на ЦОФ "Донецкая" при увеличении зольности угля до 46 % каждый процент зольности угля уменьшает выход концентрата на 1,54 %, то, израсходовав на добычу и обогащение 1 т породы только эксплуатационных затрат около 500 руб/т, фабрика лишается 1,5 т концентрата, цена которого 1100 руб/т. Общий ущерб от добычи и обогащения 1 т породы составляет 2200 руб/т, что в расчете на 1 т добываемого угля составляет 800 руб/т или 22 руб/т в расчете на 1 % зольности добываемого угля. При снижении зольности добываемого угля только на 10 % (что вполне возможно при материнской зольности не более 18-20 %) экономия составит почти половину себестоимости добычи угля. Но и это далеко не все эффекты, связанные со снижением зольности. Велико влияние зольности угля и на стадиях производства кокса и чугуна.
Следует иметь в виду, что вся зола коксового концентрата при коксовании полностью переходит в кокс, а каждый лишний % зольности кокса приводит к увеличению расхода кокса в доменном процессе на 1,5-2 %, а также на 1,5-2 % снижает производственную мощность домны. А поскольку в стоимости кокса уголь составляет около 80 %, то практически пропорционально росту зольности кокса растут затраты (по коксу) на металлургический процесс производства чугуна.
Если в цене кокса уголь (концентрат) составляет около 80 %, выход кокса из концентрата тоже примерно 0,8 и расход кокса на 1 т чугуна составляет порядка 0,51-0,57 т/т, то ущерб от 1 % зольности концентрата по эксплуатационным затратам на стадии металлургического передела составит 1375 руб/т, исходя из следующих соображений. При цене коксового концентрата 1100 руб/т цена кокса может быть принята равной 1100 = 0,8 цк, откуда цк = 1375 руб/т. Если при увеличении зольности концентрата на 1 % расход кокса в доменном производстве увеличится на 2 %, то ущерб от этого составит 1375 0,02 = 27,5 руб. Кроме этого на 2 % увеличится расход флюсов и снизится производственная мощность домны, из-за чего себестоимость продукции (чугуна) увеличится примерно на 1,5 %. Снизив зольность концентрата и кокса с 9,5 % до 4,5 %, что вполне возможно было бы при снижении зольности до-
бываемой горной массы с 41 % хотя бы до 28-30 %, можно было бы получить дополнительную прибыль только за счет экономии кокса в сумме 275 руб/т кокса или 225 руб/т концентрата, или 225 0,81=182 руб/т добытого угля. В расчете на 1 % зольности добытого угля это составит 182/12 = 15,2 руб/т.
Таким образом ущерб от повышения зольности добываемого угля на стадиях добычи и обогащения только по эксплуатационным затратам составляет 22 руб/т, на стадии коксования и производства чугуна только за счет перерасхода кокса 15,2 руб., а всего 37 руб/% зольности добываемого угля или в 32,76/4,24 = 7,73 раза больше на стадиях переработки угля, чем на стадии его добычи. Кроме этого должен быть учтен ущерб от нерационального использования имеющихся производственных фондов и капиталовложений в работу шахт и обогатительных фабрик. Как видно, из-за зольности этот перерасход также должен составлять не менее 20 % от всех капиталовложений. Например, согласно формуле (1), если снизить зольность добываемого угля с 46 % только на 5 % (до 41 %), выход концентрата повысится с 44 до 52 %, т.е. на 8 %, а выход кокса 0,8 до 0,82, тогда при удельных капиталовложениях на шахте 1000 руб/т и на ЦОФ 300 руб/т, удельные капитальные затраты уменьшатся с 1300 руб/т до 1300 0,44 0,8/0,52 0,82 = 1073 руб/т или на 17,5 % меньше. В расчете на 1 % зольности это составит 45,4 руб/т. Аналогично можно установить, что ущерб окружающей среде от работы шахты и обогатительной фабрики в расчете на конечный продукт (концентрат сократится в той же пропорции. Например, если снизить зольность добываемого угля на 15 %, то ущерб уменьшится обратно пропорционально увеличению выхода концентрата, который вместо 44 %, составит 1,54x15+44 = 67 % или будет в 1,525 раза больше. Соответственно в 1,525 раза уменьшится ущерб окружающей среде, приходящийся на 1 т добычи и переработки угля. Кроме этого уменьшится и
сам ущерб, поскольку уменьшится объем отходов обогатительного производства (с 56 % до 33 %) или в 1,7 раза.
В то же время на угольных шахтах Восточного Донбасса имеются вполне реальные возможности для снижения зольности добываемого угля и уменьшения огромных ущербов перерабатывающим предприятиям и окружающей среде. Практически без дополнительных затрат может быть снижена зольность на 5-10% и более за счет применения технологических схем подготовки и отработки выемочных участков с оставлением породы в шахте. Возможны и другие пути снижения зольности угля.
Необходимо принять также меры по экономическому стимулированию повышения качества. Сложившаяся система стимулирования угольных шахт за снижение зольности добытого угля неэффективна. Обычно величина надбавки или скидки за 1% зольности принимается равной 2,5% от отпускной цены или себестоимости добычи и практически почти не связывается с качеством угля. Анализ фактических данных о влиянии зольности на такие важные показатели качества, как выход товарного угля и теплотворная способность антрацитов, показывает, что экономическое значение изменения зольности в несколько раз больше, чем принятое изменение цены угля. В соответствии с величиной экономического влияния зольности должны устанавливаться и ставки доплат и штрафов угольным шахтам за снижение или увеличение зольности добываемого угля. Если бы перерабатывающие предприятия платили за снижение зольности шахте хотя бы вдвое больше, чем 2,5 % цены угля за 1 %, то шахте было бы выгодно снижать зольность, а перерабатывающие предприятия могли бы увеличить производство концентрата и кокса, повысить эффективность использования производственных фондов и капиталовложений. В несколько раз снизились бы экологические последствия работы предприятий по добыче и переработке угля.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------
Шестаков В.А., Шмаленюк А.А., Шмаленюк А.П., Семенов А.В. — Южно-Российский государственный технический университет, г. Новочеркасск.
