CC BY
16
УДК 622.221.2.016
ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ДОБЫЧИ МЕРГЕЛЯ С УЧЕТОМ ВОВЛЕЧЕНИЯ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ ЗАПАСОВ СДВОЕННЫХ, СТРОЕННЫХ ДОБЫЧНЫХ УСТУПОВ
© 2013 г. МА. Земляной, Ю.И. Разоренов, А.В. Денисов
Земляной Михаил Александрович - канд. техн. наук, докторант, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)». Тел. (8635)255-354. E-mail: yiri1963@mail.ru
Разоренов Юрий Иванович - д-р техн. наук, профессор, декан факультета геологии, горного и нефтегазового дела, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)». Тел. (8635) 255-361. E-mail: yiri1963@mail.ru
Денисов Александр Викторович - канд. техн. наук, докторант, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)». Тел. (8635)255-354. E-mail: yiri1963@mail.ru
Zemlyanoy Mihail Alexandrovich - Candidate of Technical Sciences, doctoral Degree, South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635)255-354. E-mail: yiri1963@mail.ru
Razorenov Yury Ivanovich - Doctor of Technical Sciences, professor, the dean of faculty of Geology, Mountain and Oil and Gas Business, South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635) 255-361. E-mail: yiri1963@mail.ru
Denisov Alexander Viktorovich - Candidate of Technical Sciences, doctoral Degree, South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635)255-354. E-mail: yiri1963@mail.ru
Разработанная экономико-математическая модель оценки технологической схемы добычи мергеля с учетом вовлечения в эксплуатацию запасов сдвоенных добычных уступов позволяет определять условия применения различных вариантов технологических схем для достижения максимальной прибыли и сокращения сроков горно-подготовительных работ.
Ключевые слова: массив горных пород; напряженно-деформированное состояние; кластерный анализ; обрушение; горная выработка.
The developed economic-mathematical model of an estimation of the technological scheme of extraction of a marl from involving accounts in operation of stocks of the dual, trebled ledges allows to define conditions of application of various variants of technological schemes for achievement of the maximum profit and reduction of terms is mountain-spadework.
Keywords: a file of the rocks; intense-deformed condition; claster analysis; a collapse; mountain development.
В настоящее время на многих карьерах, разрабатывающих минеральное сырье, имеются значительные объемы вскрышных пород. Существующая экономика в стране не позволяет затрачивать ресурсы, не достигая «сегодняшней» выгоды. Практика расчетов и преемственности бизнес-планов показывает, что наиболее привлекательными с экономической точки зрения являются те проекты, которые обеспечивают возврат вложенных оборотных активов в течение от 1 года до 3 лет. В результате чего на карьерах складывается такая ситуация, когда руководство предприятий, решая задачу экономического благополучия, стремится отработать как можно больше запасов полезного ископаемого, а вскрышные породы остаются неотработанными, что приводит в конечном итоге к образованию сдвоенных, строенных добычных уступов и в рабочей зоне карьера образуется нерабочий борт.
Вместе с тем в большинстве известных работ, посвященных конструированию, выбору и сравнительной оценке способов подготовки запасов и отработки полезного ископаемого, принимаются во внимание лишь прямые затраты на подготовительные и очистные работы [1]. Хотя совершенно очевидно, что подготовка запасов является одним из важных процессов
добычи минерального сырья, во многом определяющим не только интенсивность подготовительных и очистных работ, но и эффективность добычи в целом, а также полноту использования недр.
Для выполнения работ по подготовке, выемке, транспортировке, переработке минерального сырья при разных технологических схемах, разных параметрах и разных технологических и геологических условиях требуется приобрести разное оборудование при достижении поставленной цели. Поэтому решение подобных задач необходимо осуществлять во взаимосвязи со всеми другими процессами добычи и переработки с учетом возможного сокращения времени на перегон добычной техники по рабочей зоне, концентрации горных работ в одном месте, повышения скорости проведения подготовительных и очистных горных работ, увеличения запаса взорванной горной массы, а значит и повышения производственной мощности карьера и перерабатывающего предприятия, а также уменьшения эксплуатационных затрат.
Обычно оценку эффективности применения разных способов подготовки запасов при разработке минерального сырья осуществляли на основе сравнения прямых затрат на процессы горных работ, на по-
грузку отбитого полезного ископаемого, на транспортировку. Иногда дополнительно учитывали затраты на переработку минерального сырья.
В результате таких расчетов учитывались лишь прямые эксплуатационные затраты на выполнение работ, которые осуществлялись непосредственно в карьере. Для оценки эффективности технологических схем добычи минерального сырья обычно использовали такие критерии, как себестоимость 1 м3 добытого полезного ископаемого или приведенные затраты в расчете на 1 т добытого полезного ископаемого.
В настоящее время эти критерии либо стали недостаточными, либо полностью потеряли свое былое значение [2]. Экономическое значение той или иной технологической схемы подготовки и добычи полезного ископаемого гораздо больше, чем прямые затраты на выполнение таких технологических схем, если
рассматривать эту важную проблему в увязке с перерабатывающими заводами и основными последствиями влияния продолжительности отработки запасов на технико-экономические показатели работы карьера в целом.
Необходимо иметь в виду, что применение нового варианта технологической схемы подготовки и отработки запасов [3] (рисунок), находящихся в нерабочем борту рабочей зоны карьера (сдвоенные и строенные добычные уступы), не только позволит снизить затраты на проведение капитальных выработок и транспортных коммуникаций дополнительного горизонта, но сократить время на вовлечение в эксплуатацию дополнительных запасов полезного ископаемого, что повлияет на величину производственной мощности карьера и перерабатывающего предприятия и величину себестоимости добычи.
А- А
Новый вариант технологической схемы подготовки и отработки запасов, находящихся в нерабочем борту рабочей зоны карьера (сдвоенные и строенные добычные уступы): а - угол добычного уступа, град; р - угол падения тел полезного ископаемого, град; Ь - ширина транспортной бермы, м; V - ширина транспортной бермы после отработки мергеля при новом варианте вскрытия и подготовки запасов, м; Lшт - длина штольни, м; йу - высота добычного уступа, м; Вр - ширина рабочей площадки после отработки запасов при новом варианте вскрытия и отработки запасов, м
Благодаря разработанному варианту технологической схемы подготовки и отработки полезного ископаемого можно увеличить добычной блок, что не только сократит долю затрат на горно-подготовительные работы и снизит потери минерального сырья при добыче (отсутствие дополнительных капитальных горных выработок, транспортных съездов и т.д.), но и увеличит нагрузку на забой и, соответственно, производственную мощность карьера. А это позволит сократить не только прямые затраты на добычу, но и долю условно-постоянных затрат, что особенно важно для карьеров небольшой производственной мощности, где доля условно-постоянных затрат в себестоимости минерального сырья достигает 55 - 60 %. Кроме этого, изменяя параметры технологической схемы подготовки и отработки запасов, можно не только увеличить нагрузку на добычной забой, но и существенно повысить качество добываемого минерального сырья.
Поэтому задача выбора и сравнительной оценки параметров технологических схем подготовки и отработки минерального сырья должна решаться с учетом всех этих факторов на основе применения критериев эффективности и экономико-математических моделей, в которых учитываются все основные факторы с достаточной полнотой.
В качестве критерия экономической оценки разработанной технологической схемы подготовки во взаимосвязи с отработки запасов необходим более полный и комплексный показатель, каковым может служить сумма дисконтированной прибыли за какой-то расчетный период, например за год или период отработки добычного блока, с учетом разновременности капитальных и эксплуатационных затрат с учетом банковского процента за кредиты, необходимые для выполнения капитальных работ, а также с учетом полноты использования недр и качества добываемого минерального сырья.
Если за начало отсчета принять начало подготовительных горных работ в условиях сдвоенных и строенных добычных уступах с учетом ущерба окружающей среде от применения принятого варианта схемы подготовительных работ, то критерий экономической оценки с позиции интересов карьера может быть представлен в следующем виде, руб.:
ip tp / ч /
I nnpt = I Апр; Kpt - cnpt )(! + E)
t=1 t=1
tP-1 +
•с f f
+ I Кnpt (1 + Ек )tc -I У
t=1
t=1
npt
где Апр1 - объем добытых запасов в карьере в /-й год от применения технологической схемы подготовки запасов минерального сырья, т/год; /р - расчетный срок сравнительной оценки вариантов, лет; цпр/ и спр/ -извлекаемая ценность добываемого минерального сырья в процессе подготовки запасов и эксплуатационные затраты при его подготовке в /-й год, руб./т; -срок реконструкции или технического перевооруже-
ния карьера, лет; Упр/ - ущерб окружающей среде в 1-й год от применения технологической схемы подготовки запасов, руб./год; Ек - коэффициент, учитывающий величину процентной ставки за кредиты для приобретения оборудования, при выполнении подготовительных работ до начала добычных работ; Е - коэффициент дисконтирования затрат и прибыли во времени, доли ед.; Кпр1 - капитальные затраты на проведение подготовительных работ, приобретение необходимой техники и оборудования в /-й год, руб.
При оценке добычных работ после проведения подготовительных в условиях сдвоенных и строенных добычных уступов критерий экономической оценки с позиции интересов карьера может быть представлен в следующем виде, руб.:
I П
t=1
дpt
= I ^ (- c,pt V(1 + E )tp -1 +
t =1 t
'с t P
+ IК^ (1 + Ек )tc -I У
t=1
t=1
„pt
где Адр/ - производственная мощность карьера по добытым запасам в /-й год от применения технологической схемы отработки запасов минерального сырья, т/год; цдр/ и сдр/ - извлекаемая ценность добываемого минерального сырья в процессе добычи запасов и эксплуатационные затраты при его добыче в /-й год, руб./т; Удр/ - ущерб окружающей среде в /-й год от применения технологической схемы добычи запасов, руб./год; Кдр/ - капитальные затраты на проведения очистных работ, в /-й год, руб.
В зависимости от принятой технологической схемы подготовительных работ существенно изменится скорость их проведения и время отработки выемочного блока, вмещающего сдвоенные и строенные добычные уступы, что в современных экономических условиях является весьма важным экономическим фактором.
При длине добычного блока /бл время его подготовки и отработки при традиционном способе на скальных породах равно, мес.,
^пбл 1блг/^пбл + 1блб/^ббл + ^вр + tпз, ^пбл = Q /(^¿бл),
где 0> - производительность экскаватора, м3/мес., м3/год; И - высота уступа (группы уступов), м; ¿бл -длина блока отработки, м; /пз - время на подготовительно-заключительные операции, мес.; /вр - время производства взрывных работ, мес.; Кпбл - скорость отработки взорванной горной массы, м3/мес.; Уббл -скорость буровых работ, м/мес.
При новом варианте подготовительных и очистных работ при длине добычного блока 1блн и высоте сдвоенных, строенных добычных уступов Идту на скальных породах время подготовки можно представить следующей формулой, мес.:
n l
t _ "шт'шт 'пблн V
Q
V„r
+ tBp + ^вщ + tT6 + tn
где пшт - количество штолен в добычном блоке, шт.: 1шт - длина штольни, м; Ушт - скорость проведения штольни, м/мес.; Увгм - объем взорванной горной массы, м3/мес.; /вр - время на взрывные работы, мес.; 4щ -время создания выпускной щели, мес.; (тб - время на создание транспортных берм на взорванной горной массе, мес.
Затраты на подготовительные и очистные работы при базовом и новом варианте будут равны, руб.:
- при базовом варианте
ботки минерального сырья увеличится до величины, равной
( Л
=
'экс + 'бур + 'вр + 'пз
+ '™„ + L„ + L,„ + Lc- +1
шт экс
вщ тб пз
где tэкс, tбур - время на экскавацию горной массы, мес.; /шт - время на проведение штольни, мес.
Кпб 1блгсблг + 1блбсббл + свр + сп
- при новом варианте
Кпн пшт1штсшт + свр + свщ + стб + спзн,
где сблг, сббл, свр, спз - затраты на отработку взорванной горной массы, обуреванию добычного блока, взрывных работ, подготовительно-заключительные операции, соответственно, при базовом варианте, руб.; сшт, свр, свщ, стб, спзн - затраты на проведение штольни, взрывные работы, создание выпускной щели, создание транспортных берм, подготовительно-заключительные операции, соответственно, при новом варианте, руб.
При сокращении времени подготовительных и очистных работ производственная мощность карьера увеличится с величины
Аб =
V
бо
(1блг / ^пбл + 1блб / V66i + 'вр + 'пз)
до величины
Аб =
Гбо
ПШ11Ш1 | Q + ' + ' + ' + '
+ -- + 'вр + 'вщ + 'тб + 'пз
V V
шт вгм
Производственная мощность карьера при новом варианте технологической схемы подготовки и отра-
Литература
1. Шестаков В.А., Белодедов А.А., Полухин В.А., Ткачев В.А., Туркеничева О.А. Экономико-математическая модель для комплексной оценки способов проведения, крепления и поддержания выработок // Материалы 53 науч.-техн. конф. ЮРГТУ (НПИ) «Разработка научных основ и способов ресурсосберегающей и экологически чистой технологии добычи полезных ископаемых». Новочеркасск, 2004. С. 105 - 110.
2. Шестаков В.А. Управление качеством продукции на горных предприятиях : учеб. пособие / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. 2-е изд. Новочеркасск, 2001. 262 с.
3. Земляной М.А., Разоренов Ю.И. Обоснование параметров горнотехнических сооружений при вовлечении в эксплуатацию запасов временно нерабочей зоны рабочего борта карьера (сдвоенных, строенных добычних уступов (на примере Новороссийского месторождения мергеля) // Горный информационно-аналитический бюллетень (на-уч.-техн. жур.). 2011. № 10. С. 47 - 52.
4. Новожилов М.Г., Пчелкин Г.Д., Прокопенко В.И. Экономико-математическое моделирование параметров карьеров. М., 1971.
5. Рыльникова М.В. Обоснование критерия экономической эффективности отработки запасов, прилегающих к контуру карьера // Подземная разработка мощных рудных месторождений. Свердловск, 1982. С. 142 - 145.
Поступила в редакцию
19 декабря 2012 г.
