CC BY
30
УДК 658.5.011:622.062:622.22 © А.Б. Жабин, Е.А. Аверин, А.В. Поляков, 2017
Интегральная оценка сложности проекта проходки горных выработок
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-11-60-63
ЖАБИН Александр Борисович
Доктор техн. наук, профессор, действительный член Академии горных наук (АГН),
президент Тульского регионального
отделения межрегиональной
общественной организации
Академия горных наук (ТРО МОО АГН),
Тульский государственный
университет,
300012, г. Тула, Россия,
тел.: +7 (4872) 25-71-05,25-19-95,
e-mail: zhabin.tula@mail.ru
АВЕРИН Евгений Анатольевич
Канд. техн. наук,
инженер-конструктор
ООО «Скуратовский
опытно-экспериментальный завод»,
300911, г. Тула, Россия,
тел.: +7 (4872) 31-35-25,31-36-18,
e-mail: evgeniy.averin.90@mail.ru
ПОЛЯКОВ Андрей Вячеславович
Доктор техн. наук, профессор,
академический советник АГН,
ТРО МОО АГН,
Тульский государственный
университет,
300012, г. Тула, Россия,
Тел.: +7 (4872) 25-71-05,25-19-95,
e-mail: polyakoff-an@mail.ru
Привлекательность горнодобывающих предприятий в качестве объектов инвестирования обусловливает проявление интереса к ним со стороны широкого круга лиц, многие из которых весьма отдаленно представляют себе специфические особенности горной промышленности, характеризуемой высокой степенью неопределенности вследствие нестабильности не только рыночных факторов, но и непосредственно рабочих процессов. Вместе с тем принятие решений о целесообразности вложения ресурсов (финансовых, управленческих и прочих) должно быть обоснованным. В связи с этим возникает необходимость в достаточно простом, интуитивно понятном, легко интерпретируемом показателе, адекватно отражающем сложность ведения горных работ. В статье представлена интегральная оценка проекта проходки горных выработок, основанная на средневзвешенной по ее протяженности сложности ведения горных работ в зависимости от механических свойств горных пород. Отражены также направления развития представленного подхода в ближайшей и отдаленной перспективе.
Ключевые слова: инвестиции, интегральная оценка, сложность проекта, горнопроходческие работы, горные породы, прочность, трещиноватость.
ВВЕДЕНИЕ
Добыча минерального сырья в качестве объекта предпринимательской деятельности обладает следующими важными привлекательными чертами [1]: относительно высокая прибыльность; минеральное сырье является продуктом достаточно устойчивого спроса; предприятия горнодобывающих отраслей часто имеют поддержку со стороны государства, поскольку добыча минерального сырья, особенно таких стратегических его видов, как энергоносители (уголь, нефть, газ, ядерное топливо), черные и цветные металлы, валютные ценности (золото, алмазы и другое), имеет для стран-производителей большое политическое значение. Поэтому горнодобывающие предприятия привлекают инвесторов, в том числе предпринимателей, с различной профессиональной подготовкой. С необходимостью оценки инвестиционных проектов в горнодобывающей отрасли сталкиваются также работники кредитных, аудиторских, консалтинговых учреждений.
Оценка проектов в горном деле при решении большинства частных задач рассматривается как одно из специфических направлений оценочной деятельности. Наиболее известным и заслужившим признание большинства специалистов разных стран стандартом оценки проек-
тов в горнодобывающей отрасли является «Кодекс и руководство по технико-экономическому изучению и/или стоимостной оценке минеральных и сырьевых активов или ценных бумаг горных компаний для составления отчета независимым экспертом» (VALMIN), разработанный Австралийским институтом горного дела и металлургии [2]. Кодекс VALMIN регламентирует проведение технико-экономического обоснования и непосредственно стоимостной оценки проекта разработки месторождения полезных ископаемых. Оценка проекта производится на базе подтвержденных запасов с учетом стратегии развития горного предприятия и прогноза развития макроэкономической ситуации. Из всего перечисленного управлению подлежит только стратегия развития объекта оценки, важнейшую роль в которой играет технология разработки месторождения.
Вместе с тем осуществление горных, и в частности горнопроходческих, работ связано с высокой степенью вариативности внешних условий, что обусловливает поиск интегральных показателей, характеризующих комплекс множества параметров. При этом вариативность в основном связана с горно-геологическими факторами, в том числе механическими свойствами горных пород как основными детерминантами эффективности выполнения работ.
ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА СЛОЖНОСТИ ПРОЕКТА
Среди множества комплексных показателей, характеризующих совокупность механических свойств горных пород, разработанных за последние десятилетия, можно выделить следующие наиболее широко распространенные [3, 4, 5, 6, 7]:
- RMR (Rock Mass Rating) зависит от предела прочности горной породы на сжатие стсж, ее трещиноватости (учитываются частота, протяженность и ориентация трещин) и влажности;
- Q (Rock Mass Quality Index) зависит от трещиноватости и внутреннего напряжения горной породы;
- RMBI (Rock Mass Brittleness Index) зависит от трещиноватости и пределов прочности горной породы на сжатие ст и растяжение ст ;
сж 1 р
- RMCI (Rock Mass Cuttability Index) зависит от предела прочности горной породы на сжатие стсж и ее трещиноватости.
Рассмотренные показатели отражают свойства только одной горной породы, а потому пригодны на ограниченном участке конкретной горной выработки и не характеризуют совокупную сложность проекта. К тому же они разрабатывались с целью увеличения предсказательной способности математических моделей для прогнозирования эффективности ведения горных работ и/или более точного технико-экономического обоснования принима-
емых технологических решении, то есть для использования специалистами, обладающими высокой квалификацией и пониманием специфики горной отрасли. Однако, как отмечалось ранее, горнодобывающие предприятия в качестве объектов инвестирования привлекают широкий круг лиц с разнообразным профессиональным опытом, навыками и компетенциями.
В связи с вышеизложенным возникает необходимость в достаточно простом, интуитивно понятном, легко интерпретируемом показателе, адекватно отражающем сложность ведения горнопроходческих работ. Данный показатель должен в первую очередь зависеть от физико-механических свойств горных пород, слагающих месторождение, в частности от прочностных характеристик и факторов нарушенности горного массива. Минимальный набор таких характеристик и факторов должен включать предел прочности горных пород на сжатие и показатель их трещиноватости.
Для получения показателя совокупной сложности проекта проходки выработки вся выработка разбивается на относительно однородные по горно-геологическим условиям участки. Дается оценка сложности проходки каждого участка: присваивается категория числом от 1 до 10, как показано в табл. 7; шаг категории 30 МПа.
Инвариантный шаг категории введен для упрощения автоматического присвоения категории по введенному значению предела прочности на сжатие. Для этого достаточно разделить значение предела прочности на шаг и округлить полученную величину в большую сторону (если она не больше 10).
По критерию (степени) трещиноватости делим горные породы на пять категорий (табл. 2).
Пусть, если у горной породы третья категория трещиноватости, то у нее остается та же категория, что была по первому критерию (стсж). Если у горной породы категория трещиноватости <3, то категория сложности по критерию прочности увеличивается на 1, если же степень трещиноватости >3, то - уменьшается на 1.
Оценка сложности всей выработки определяется как средневзвешенная по относительной протяженности сложности всех ее участков:
Сг„
i= 1 L
где: Сы - интегральная оценка сложности проходки всей выработки; / - номер участка; п - количество участков; I. - протяженность /-го участка; с. - оценка сложности проходки 1-го участка (определяется по табл. 7 и 2); Ь - протяженность всей выработки.
Интерпретация показателя См очевидна: чем он выше, тем сложнее осуществление проекта и, вероятнее всего, выше ожидаемые затраты на его реализацию.
Таблица 1
Разбиение на категории сложности по пределу прочности на сжатие
Категории 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Предел прочности на сжатие о , МПа сж 0-30 30-60 60-90 90-120 120-150 150-180 180-210 210-240 240-270 >270
Таблица 2
Классификация горных пород по трещиноватости [8]
Удельная Показа- Среднее расстояние Модуль Максимальный Акустический показатель трещино-ватости, л Удель-
Категория Степень трещиноватости горных пород Выход керна, В, % к' кускова- тость керна, Куд, шт./м тель трещиноватости, Т, ед./об. между естественными трещинами всех систем, трещиновато- сти, Мтр, м-1 размер отдельности (блока) в массиве, ное водо-поглощение, Г, л/мин.
Е , м ср Б , м max
1 Монолитные 100-70 1-5 <0,5 <0,1 >10 0,6 <0,1 >10
2 Слаботрещиноватые 90-60 6-10 0,51-1 0,1 -0,5 2-10 0,6-1,2 0,1-0,25 1-10
3 Трещиноватые 80-50 11-30 1,01-2 0,5-1 1-2 1,2-1,9 0,25-0,4 0,1-1
4 Сильнотрещиноватые 70-40 31-50 2,01-3 1-1,5 0,65-1 1,9-3,5 0,4-0,6 0,01-0,1
5 Весьма и исключительно сильнотрещиноватые <60-30 >51 >3,01 >1,5 <0,65 >3,5 0,6-1 < 0,01
Разделив показатель интегральной сложности проекта проходки горной выработки на оценку максимально сложного ее участка с , получим:
С =
C„
Чем ближе значение Са к единице, тем более однородные горно-геологические условия наблюдаются на объекте. Данное обстоятельство следует рассматривать как оказывающее положительное влияние, поскольку в неоднородных горно-геологических условиях повышается вероятность дополнительных простоев оборудования, связанных с его переоснащением в соответствии с текущими требованиями технологии ведения работ на конкретном участке горной выработки, что снижает вероятность своевременного завершения проекта [9, 10, 11, 12, 13].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Дальнейшее развитие разрабатываемого подхода на основании интегральной оценки сложности проекта следует вести по следующим направлениям:
• на ближайшую перспективу:
- предоставить оценку выполнимости проекта. Выполнимость оценивается по критериям выбранного средства и/или способа проходки капитальной выработки как возможность наиболее эффективных из всех средств и/или способов проходки выполнить работу на наиболее сложном участке: р > с , где: р - максимальная
' г тах тах ^ г тах
вооруженность по проекту; стах - максимальная сложность на проекте;
- изучение возможности и, в случае необходимости, включение поправочных коэффициентов по другим критериям (водоприток, газовыделение, сейсмические факторы и другие);
• на отдаленную перспективу:
- разработка новой или модернизация существующих теорий инвестиционной оценки рисков, связанных с осуществлением горнопроходческих работ при освоении месторождений полезных ископаемых.
Список литературы
1. Бизнес в ресурсодобывающих отраслях. Справочник / М.В. Шумилин, В.А. Алискеров, М.Н. Денисов, В.Л. Заверт-кин. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001. 268 с.
2. Сборник международных горных кодексов. JORC, VALMIN, Австралийское руководство по оценке и классификации угольных ресурсов. М.: Горная книга, 2015. 248 с.
3. Ebrahimabadi A., Goshtasbi K., Shahriar K., Seifabad M.C. A model to predict the performance of roadheaders based on the Rock Mass Brittleness Index // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2011. Т. 111. №. 5. С. 355-364.
4. Hassanpour J., Rostami J., Zhao J. A new hard rock TBM performance prediction model for project planning // Tunnelling and Underground Space Technology. 2011. Т. 26. №. 5. С. 595-603. doi: 10.1016/j.tust.2011.04.004
5. Gong Q.M., Zhao J. Influence of rock brittleness on TBM penetration rate in Singapore granite //Tunnelling and underground space technology. 2007. Т. 22. №. 3. С. 317-324. doi: 10.1016/j.tust.2006.07.004
6. Hamidi J.K., Shahriar K., Rezai B., Rostami J. Performance prediction of hard rock TBM using Rock Mass Rating (RMR) system // Tunnelling and Underground Space Technology. 2010. Т. 25. №. 4. С. 333-345. doi: 10.1016/j.tust.2010.01.008
7. Salimi A., Rostami J., Moormann C. Evaluating the Suitability of Existing Rock Mass Classification Systems for TBM Performance Prediction by Using a Regression Tree // Procedia Engineering. 2017. Т. 191. С. 299-309. doi: 10.1016/j. proeng.2017.05.185
8. Разведочное бурение: Учебник для вузов / А.Г. Калинин, О.В. Ошкордин, В.М. Питерский, Н.В. Соловьев. М.: Недра, 2000. 748 с.
9. Zhao J., Gong Q.M., Eisensten Z. Tunnelling through a frequently changing and mixed ground: A case history in Singapore // Tunnelling and Underground Space Technology. 2007. Т. 22. №. 4. С. 388-400. doi: 10.1016/j. tust.2006.10.002
c
10. Bilgin N., Copur H., Balci C. Effect of replacing disc cutters with chisel tools on performance of a TBM in difficult ground conditions // Tunnelling and Underground Space Technology. 2012. T. 27. №. 1. C. 41-51. doi: 10.1016/j.tust.2011.06.006
11. Gong Q. et al. TBM tunnelling under adverse geological conditions: An overview // Tunnelling and Underground Space Technology. 2016. T. 57. C. 4-17. doi: 10.1016/j. tust.2016.04.002
12. Home L. Hard rock TBM tunneling in challenging ground: Developments and lessons learned from the field // Tunnelling and Underground Space Technology. 2016. T. 57. C. 27-32. doi: 10.1016/j.tust.2016.01.008
13. Bilgin N. An appraisal of TBM performances in Turkey in difficult ground conditions and some recommendations // Tunnelling and Underground Space Technology. 2016. T. 57. C. 265-276. doi: 10.1016/j.tust.2016.01.038
PRODUCTION SETUP
UDC 658.5.011:622.062:622.22 © A.B. Zhabin, E.A. Averin, A.V. Polyakov, 2017
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2017, № 11, pp. 60-63
Title
INTEGRATED ASSESSMENT OF THE COMPLEXITY OF MINING PROJECTS
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-11-60-63
Authors'
Zhabin A.B.1, 2, Averin E.A.3, Polyakov A.V.1, 2
'Tula State University, Tula, 300012, Russian Federation
2 Tula Regional Department of the Academy of Mining Sciences, Tula, 300028, Russian Federation
3 "Skuratovsky skilled and experimental plant", LLC, Tula, 300911, Russian Federation
Authors' Information
Zhabin A.B., Doctor of Engineering Sciences, Professor, full member of the Academy of Mining Sciences, President of the Tula Regional Department of the Academy of Mining Sciences, tel.: +7 (4872) 25-71-05, 25-19-95, e-mail: zhabin.tula@mail.ru
Averin E.A., PhD (Engineering), engineer-designer, tel.: +7 (4872) 31-35-25, 31-36-18, e-mail: evgeniy.averin.90@mail.ru
Polyakov A.V., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Academic advisor of the Academy of Mining Sciences, tel.: +7 (4872) 25-71-05, 25-19-95, e-mail: polyakoff-an@mail.ru
Abstract
The attractiveness of mining enterprises as investment objects causes the interest shown to them by a wide range of people. Many of them are very distantly aware of the specific features of the mining industry, characterized by a high degree of uncertainty. Uncertainty in mining happens not only because of instability in economic factors, but also in working processes. At the same time, decision-making about the appropriateness of investing resources (financial, managerial, etc.) should be justified. So there is a need for a fairly simple, intuitive, easily interpreted indicator that adequately reflects the complexity of conducting mining operations. The article presents an integrated assessment of the mining project. This evaluation is based on the weighted average mining complexity in terms of the length of mining, depending on the physical and mechanical properties of the rocks. The directions of development of the presented approach in the immediate and distant future are also reflected.
Keywords
Investments, Project's complexity, Complex evaluation/integrated assessment, Mining excavation, Rock, Toughness, Jointing.
References
1. Shumilin M.V., Aliskerov V.A., Denisov M.N. & Zavertkin V.L. Biznes v resur-sodobyvajushhih otrasljah: Spravochnik [Business in mining. Handbook]. Moscow, Nedra-Biznescentr Publ., 2001, 268 p.
2. Sbornikmezhdunarodnyh gornyh kodeksov. JORS, VALMIN, Avstralijskoe ruk-ovodstvo po ocenke i klassifikacii ugol'nyh resursov [Collection of international mining codes. JORC, VALMIN, Australian Guidelines for the Assessment and
Classification of Coal Resources]. Moscow, Gornaja kniga Publ., 2015, 248 p.
3. Ebrahimabadi A., Goshtasbi K., Shahriar K. & Seifabad M.C. A model to predict the performance of roadheaders based on the Rock Mass Brittleness Index. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 2011. Vol. 111, no. 5, pp. 355-364.
4. Hassanpour J., Rostami J. & Zhao J. A new hard rock TBM performance prediction model for project planning. Tunnelling and Underground Space Technology, 2011. Vol. 26, no. 5, pp. 595-603. doi: 10.1016/j.tust.2011.04.004
5. Gong Q.M. & Zhao J. Influence of rock brittleness on TBM penetration rate in Singapore granite. Tunnelling and Underground Space Technology, 2007. Vol. 22, no. 3, pp. 317-324. doi: 10.1016/j.tust.2006.07.004
6. Hamidi J.K., Shahriar K., Rezai B. & Rostami J. Performance prediction of hard rock TBM using Rock Mass Rating (RMR) system. Tunnelling and Underground Space Technology, 2010. Vol. 25, no. 4, pp. 333-345. doi: 10.1016/j. tust.2010.01.008
7. Salimi A., Rostami J. & Moormann C. Evaluating the Suitability of Existing Rock Mass Classification Systems for TBM Performance Prediction by Using a Regression Tree. Procedia Engineering, 2017. Vol. 191, pp. 299-309. doi: 10.1016/j.proeng.2017.05.185
8. Kalinin A.G., Oshkordin O.V., Piterskij V.M. & Solov'ev N.V. Razvedochnoe burenie: Uchebnik dlja vuzov [Explorational Drilling. Study book]. Moscow, Nedra Publ., 2000, 748 p.
9. Zhao J., Gong Q.M. & Eisensten Z. Tunnelling through a frequently changing and mixed ground: A case history in Singapore. Tunnelling and Underground Space Technology, 2007. Vol. 22, no. 4, pp. 388-400. doi: 10.1016/j. tust.2006.10.002
10. Bilgin N., Copur H. & Balci C. Effect of replacing disc cutters with chisel tools on performance of a TBM in difficult ground conditions. Tunnelling and Underground Space Technology, 2012. Vol. 27, no. 1, pp. 41-51. doi: 10.1016/j. tust.2011.06.006
11. Gong Q. et al. TBM tunnelling under adverse geological conditions: An overview. Tunnelling and Underground Space Technology, 2016. Vol. 57, pp. 4-17. doi: 10.1016/j.tust.2016.04.002
12. Home L. Hard rock TBM tunneling in challenging ground: Developments and lessons learned from the field. Tunnelling and Underground Space Technology, 2016. Vol. 57, pp. 27-32. doi: 10.1016/j.tust.2016.01.008
13. Bilgin N. An appraisal of TBM performances in Turkey in difficult ground conditions and some recommendations. Tunnelling and Underground Space Technology, 2016, Vol. 57, pp. 265-276. doi: 10.1016/j.tust.2016.01.038
