CC BY
42
нар і- :
клад НА ШШОЗйШЁ "неделя; горняка
Таблица 1
КОЭФФИЦИЕНТЫ ВАРИАЦИИ ОБЪЕМНОГО ВЕСА И С ПОЛЕЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ В РУДАХ МЕСТОРОЖДЕН
2000"
В
условиях рыночных отношении, наряду со снижением текущих издержек производства, главнейшими условиями эффективной работы предприятий становится быстрая оборачиваемость средств и надежность получения прибыли. Добиться этого только чисто экономическими методами вряд ли удастся. Резервы повышения эффективности открытых горных разработок за счет увеличения единичной мощности оборудования, других факторов технического прогресса практически исчерпаны. Существенный эффект могут дать лишь крупные технические и технологические решения [1].
В области производства открытых горных работ одним из возможных и наиболее действенных путей повышения его эффективности, причем практически без каких-либо дополнительных инвестиций, может оказаться изменение существующей стратегии и методов формирования карьерного пространства, начиная от установления границ и углов откосов бортов карьеров, параметров системы разработки и кончая составлением календарных планов вскрышных и добычных работ.
Академик В.В. Ржевский внес значительный вклад в развитие теории оптимизации границ карьеров и исследований режимов вскрышных и добычных работ [2,3]. Введение дополнительного критерия при определении границ карьеров - равенства текущего коэффициента вскрыши с граничным, заставило многих уче-ных-горняков совершенно по новому
взглянуть на закономерности и эффективность применения различных подходов к развитию карьерного пространства.
Метод определения оптимальных границ карьеров, предложенный еще в начале семидесятых годов проф., докт. техн. наук В.С. Хохряковым [4] и базирующийся на динамической оценке вариантов путем максимизации приведенной прибыли (теперь это - чистый дисконтированный доход, ЧДД) за весь период разработки месторождений, и в настоящее время обладает большими и несомненными преимуществами, в первую очередь универсальностью, наглядностью и внешней простотой.
Поэтому среди научных работников, работающих в области теории проектирования и практиков-проектировщиков довольно распространенным является мнение, что достаточно рассмотреть несколько вариантов глубины карьера, причем с довольно большими интервалами, произвести их экономическую оценку и по тах ЧДД выбрать оптимальный.
Однако практика применения этого метода в ИГД УрО РАН и других институтах показала, что он эффективно работает на месторождениях с мощными залежами, с малыми вариациями содержаний полезных компонентов в подсчетных геологических блоках и там, где ошибка включения в контур карьера какого-либо блока мало скажется на конечных результатах. Для средних и малых месторождений, особенно с выклинками рудных тел и с большими колебаниями содержаний полезных компонентов по простиранию залежей и в глубину,
Элементы подсчета запасов Объемный вес, У т/м Cu
По добычным горизонтам - 62
В геологических блоках по простиранию рудных тел: - западного 6 48
- центрального 8 34
- восточного 9 30
То же, вкрест простирания рудных тел 3 22
Целом в геологических блоках 7 46
В геологических блоках на гор. - 62
215-210 м
В пробах для подсчета запасов - 98
Примечание: Прочерки свидетельствуют об отсутст
ошибки могут быть очень существенными.
Пример тому медно-
полиметаллическое месторождение «Барсучий Лог» в Оренбургской области, типичное для медноколчеданных месторождений Урала.
Это месторождение очень сложного геологического строения с небольшими по размерам линзоподобными залежами изменчивой мощности. Колеблемость содержаний в рудах основных полезных компонентов по добычным горизонтам по простиранию и вкрест простирания рудных тел составляет до 30-60 % по меди, 50-80 % по серебру (табл. 1). Причем, следует отметить, что вариации содержаний по горизонтам и блокам лишь в 1,3-1,5 раза ниже вариаций по пробам, отобранным для подсчета запасов.
Как правило, в выклинках на флангах залежи и в глубину содержание полезных компонентов существенно снижается.
В ТЭО строительство горнорудного предприятия на базе месторождения «Барсучий Лог», выполненном институтом «Гипроцветмет» в 1995 году, выбор глубины карьера осуществлялся путем сравнения ЧДД (чистого дисконтированного дохода) по вариантам с глубиной 122 и 152 м, но с разной производственной мощностью в 200 и 400 тыс. т руды в год соответственно. При этом на выбор оптимальной глубины карьера (152 м) в основном повлияло увеличение производственной мощности по руде в 2 раза, а, следовательно, увеличение годовых темпов углубки
и сокращение разрыва во времени выемки вскрыши и руды. Оптимизации границ карьера по простиранию рудного тела не проводилось.
Институтом Унипромедь, имеющим достаточно большой опыт по оконтуриванию средних и малых карьеров, удалось с использованием реконструкции схемы вскрытия при полном сохранении запасов руды в контуре карьера сократить объемы вскрышных работ почти в 2 раза и снизить средний коэффициент вскрыши с 6,4 м3/т до 3,34 м3/т.
Институт горного дела УрО РАН произвел оптимизацию контуров на основе равенства контурных и граничных (учитывающих разновременность затрат и эффекта) коэффициентов вскрыши на каждом из поперечных разрезов и в торцах карьера. Были исключены из контура карьера, в основном из северного торца - 213 тыс. т руды, включены на каждом фланге 52 тыс. т. Общее снижение запасов руды составило 161 тыс. т (4,5 %), объемов вскрыши 3420 тыс. м (27%), коэффициент вскрыши исключенных запасов при этом составил 21,2 м3/т при граничном 3-3,5 м3/т, а средний коэффициент вскрыши снизился до 2,47 м3/т.
Этот пример наглядно показывает насколько важно производить оптимизацию границ карьеров раздельно по каждому геологическому подсчет-ному блоку (разрезу) с разделением их при необходимости по горизонтам. Поэтому ориентироваться на подобных месторождениях на погоризонт-ные запасы руды, на средние содержания металлов или даже на погори-зонтныесредние содержания нельзя, поскольку это может привести к включению в контуры открытых работ неэффективных к разработке запасов руды и, наоборот, - к исключению эффективных.
Исходя из этого во многих случаях для оптимизации границ карьеров наиболее целесообразно возвратиться к многократно проверенному методу -сравнению контурного коэффициента вскрыши с граничным, но уже в соответствии с одним из основных законов диалектики (закона отрицания отрицания) - на новом уровне, учитывающем последние достижения экономической и горнотехнической науки [5].
Необходимость учета разновременности осуществления затрат и по-
лучения эффекта, ставшего обязательным в последние годы [6], а также повышенного экономического риска, обусловленного частичной неопределенностью исходной геологической и экономической информации о месторождениях и вмещающих породах, при существующей практике открытых горных работ, когда вскрышные породы в приконтурном слое удаляются с большим опережением выемки руды, может привести к уменьшению конечной глубины карьеров в 1,5-2,0 раз и более, а, следовательно, к соответствующему уменьшению доли более прогрессивного открытого способа разработки.
Чтобы этого не произошло, по нашему мнению, следует выполнить два основных условия.
Первым обязательным условием недопущения уменьшения глубины карьеров являются максимально возможное увеличение углов откосов его рабочих бортов при подходе вскрышных работ к предельному контуру по поверхности, что позволит до минимума сократить продолжительность периода выемки из приконтурного слоя, следовательно уменьшить приведенные затраты на вскрышные работы.
Наши проработки показывают, что не исключая в принципе ни поэтапной отработки карьеров, ни работы зонами концентрации, следует иметь в виду и другие по нашему мнению более простые возможности увеличения углов откосов рабочих бортов карьеров.
Так, применив экскаваторы с повышенной высотой черпания (табл. 2) и чередуя, рабочие и промежуточные, временно нерабочие, площадки можно увеличить углы откосов рабочих бортов карьеров до 20-24 град. При этом себестоимость вскрышных работ может быть несколько (на 1-3 %) понижена. Главное же преимущество увеличения углов откосов рабочих бортов карьеровсостоит в значительном снижении приведенных затрат на выемку вскрыши (при коэффициенте дисконтирования 0,12) до 22 %; более равномерном распределении во времени вскрыши при меньшей, до 20 %, ее объемов и соответственном снижении капитальных вложений. Все это позволит увеличить граничные коэффициенты вскрыши и глубину карьеров на 22-24 %.
Таблица 2
ВЛАМИЕДОЙСМЮА ОПРЙИЁЛРЫИ« ИСХОЯЫР)А^ЭКОИ$ТКИЧЕСКРХ пОАЗАЧЗАЧТвЛХЙгиАсЗМАИЕЁРО^РА^НИЧНаОХ Н©ВФФИаИЕН5ЄАНИЯ<РЬіши, %
Методы определения исходных экономических
показателей
ошибка "ф",% У1оПр£Дёления грі_______
коса РаК8эффи1ВсКРДйШн^1Х р
іего уступа град вскРД™
С
С зйИноВквИЩДнейЖШІ^бочего уступа Стратегии риска
Существующий - преимущественно по аналогам
На основе моделей
статистических
0 - 70
8 - 14 1®0 -102
30*ЗД°3
98 - 100
По аналогам, с корректировкой по основным факторам -на основе установленных зависимостей
По фактическим данным
действующего предприятия с корректировкой по изменяющимся факторам
11- 18 0 -17,5 1? - 19
935
13 - 20
14 - 24
98
95 - 97
зависимая
Пессимис-
тическая
сотРадициКо
>чегоннаяРяд
имитаци
онная
наступа-
тельная
осторож-жи ровная
84
89
20
20
;0
ная
•і
100
искован-
ная
10Й)7
оптимис-
тическая
116
108
101 2
25
20 -730 99
□
начения углс?5эткосов рабе - при чередовании рабочи
15 - 20 18
93
97
33-106 3 -
себестоимости
'пиковыми з
110
Еще в большой степени можно повысить углы откосов бортов до 2628 град (табл. 2), перейдя от диагональных многорядных схем взрывания, повсеместно применяемых в настоящее время, к одно-двух порядным схемам, что позволит значительно понизить высоту развала взорванной горной массы, следовательно, отрабатывать уступы высотой, значительно превышающей высоту черпания экскаватора. При этом, чтобы обезопасить экскаватор от падения кусков породы из верхней части откоса уступа, которая превышает его высоту черпания, эту часть откоса необходимо за-откашивать с применением предварительного щелеобразования. Расчеты показывают, что несмотря на дополнительные затраты на образование контурной щели, себестоимость вскрышных работ практически не изменится. Но при этом приведенные затраты на выемку вскрыши уменьшатся до 68-70 %, что позволит увеличить глубину карьеров на 32-34 %.
Открытые горные работы с крутыми рабочими бортами имеют еще и то преимущество, что к моменту подхода вскрышных работ к предельному контуру текущая глубина карьера будет составлять около или даже несколько больше половины предельной, тогда как с обычными рабочими бортами - только около одной четверти. Поэтому резко возрастает вероятность того, что могут
быть вскрыты практически все разности вмещающих пород.
А это в свою очередь позволит выполнить второе, в отдельных случаях даже может быть более важное условие, предотвращающее уменьшение глубины открытых горных работ, а именно - необходимость снижения уровня неопределенности основных исходных данных, которые определяют границы карьеров:
• экономических показателей;
• физико-механических свойств массива горных пород и его геологического строения.
Реально добиться этого можно только в процессе эксплуатации месторождений.
Вследствие этого, например, при установлении границ карьеров возможная ошибка определения граничных коэффициентов вскрыши может быть снижена примерно в 3 раза (табл. 3).
Рассмотрим, в какой степени это повлияет на глубину карьеров.
В соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов...» [6] в общем случае расчет ожидаемого интегрального эффекта рекомендуется производить по формуле:
Эож = ХЭтах + (1- Х)Этт, (1)
где Этахи Этт - наибольшее и наименьшее из математических ожиданий интегрального эффекта по допустимым
106
111
116
111104
101 -103
101-102
-
981-6 101
для нормаль межуточных
122
123
129
135
распределениям; % - специальный норматив для учета неопределенности эф фекта, который рекомендуется принимать на уровне 0,3.
По аналогии применительно к определению граничного коэффициента вскрыши можно представить его ожидаемые, а точнее - наиболее вероятные, значения в условиях неопределенности в следующем виде:
Кгр=0,3Кгртах+0,7Кгртт, (2)
где Кгртах и Кгртт - максимальные и минимальные значения граничных коэффициентов вскрыши; или через ошибки Кгр:
Кгр = Кгрр (1- 0,4гк) = Кгрр (1- 0,27 Ок) = Кгрр (1- 0,32Ек) (3)
где Кгр - математическое ожидание граничного коэффициента вскрыши; гк, ук, ек- вероятная, среднеквадратическая и средняя
ошибки определения граничного коэффициента вскрыши, доли ед.
Использование этого подхода снизило уровень ошибки Кгр в 2-3 раза (табл. 2), что позволит увеличить глубину карьеров еще на 12-20 %.
Расчеты показали, что для условий нормального закона распределения ошибок величина поправки «0,27С» представляет собой вероятную ошибку возможного завышения граничного коэффициента вскрыши в интервале «(0^1,5)С» при доверительной вероятности 0,866. Следует отметить, что для настоящего состояния эко-
т
10
номики такая высокая надежность принятия решений, которую при риске не-подтверждения эффекта 7 % можно назвать пессимистической, вполне оправдана. При другом состоянии экономики и уверенности предпринимателей в повышении организационного (это в настоящее время, пожалуй, главное) и технического уровня производства в целом и, особенно, на конкретном предприятии, стратегия принятия решений, а, следовательно, поправок на риск могут быть другими (табл. 3). Уточнение в процессе производства открытых работ физико-механических свойств массивов горных пород в бортах карьеров снизит ошибку их определения по сравнению со стадией проектирования в 1,7-3 раза [7], что позволит уменьшить необходимые и достаточные коэффициенты запаса устойчивости на 10-15 % (табл. 4), а, следовательно - соответственно повысить углы откосов бортов и глубину карьеров - 12-20 %.
Если реализовать на практике все вышеизложенное, то можно не только сохранить почти на прежнем уровне глубины карьеров, принятые в проектах, но и относительную долю открытых горных работ в общих объемах добычи твердых полезных ископаемых. При этом существенно (до 20-30 %) снизится средний коэффициент вскрыши при отработке глубоких карьеров. Соответственно повысится эффективность открытых горных работ и их конкурентоспособность по сравнению с подземными работами.
Однако существующие методы формирования карьерного пространства далеко не в полной мере позволяют реализовать эти преимущества.
Исходя из этих предпосылок, можно сформулировать следующую стратегию формирования карьерного пространства.
При проектировании границы карьеров определяются исходя из максимизации чистого дисконтированного дохода при разработке месторождения комбинированным способом, то есть открытыми и подземными работами, или только открытым способом, если подземные работы нерентабельны. При этом обязательно учитывается достоверность исходной
горно-геологической и техникоэкономической информации.
На стадии проектирования предприятия границы карьеров должны удовлетворять двум противоположным требованиям: надежности достижения цели производства - максимума внутренней нормы доходности за весь период разработки месторождения и такого расположения зданий и сооружений, чтобы, по крайней мере, наиболее капитальные из них в последующем не потребовали сноса и нового их строительства.
Исходя из этих противоположных требований, возникает необходимость устанавливать границы карьеров трех типов:
• перспективные по поверхности, необходимые для размещения долговременных зданий и сооружений;
• адаптивные к реальным экономическим и технологическим условиям, определяемые и последовательно уточняемые в режиме мониторинга в процессе проектирования, строительства и эксплуатации карьера, которые на конечном своем этапе превращаются в конечные, но только по поверхности;
• конечные, которые после того, как они установлены по поверхности, для нижних горизонтов тоже могут быть адаптивными и превратиться в конечные, в полном их смысле, только к моменту окончания открытых горных работ, так как только к этому моменту могут быть окончательно выявлены условия залегания полезного ископаемого.
Перспективные границы необходимо устанавливать для перспективных условий стабильной рыночной экономики, то есть с соответствующими коэффициентами дисконтирования и разными уровнями риска для перспективной техники, технологии, уровня организации и в целом экономики открытых и подземных горных работ. Стратегии принятия решений (табл. 3) могут приниматься различными исходя из прогноза финансовых и дру-
гих условий конкретного предприятия и в целом состояния экономики страны. При этом коэффициенты запаса устойчивости бортов карьеров и технико-экономических показателей (ТЭП) должны устанавливаться, сходя из предположения, что они в достаточной степени надежны.
Адаптивные же границы карьеров, наоборот, необходимо устанавливать исходя из реалий экономики, техники и технологии конкретного периода, соответствующих коэффициентов дисконтирования, коэффициентов запаса устойчивости бортов откосов ТЭП.
Следует отметить, что адаптивные границы необходимо пересматривать к моменту подхода вскрышных работ к их предельному контуру по поверхности, но только в том случае, если исходные горно-геологические, горнотехнические и экономические условия изменились существенным образом. В противном случае эти границы становятся конечными. Причем, совершенно не обязательно, чтобы они соответствовали перспективным границам.
В последующем границы уточняются по мере пополнения и уточнения геологической информации и физико-механических свойств пород, в основном, только в части корректировки углов наклона бортов в предельном положении, следовательно и глубины карьеров.
Предложенные рекомендации по повышению эффективности открытых горных разработок с учетом проектирования в режиме мониторинга основаны на комплексном подходе к решению проблемы, а именно, увязкой параметров карьера с технологией горных работ, управлением геоме-ханической ситуацией и параметрами буровзрывных работ.
Таблица 4
ИЗМЕНЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЗАПАСА УСТОЙ?ИВОСТИ БОРТОВ КАРЬЕРОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТАДИИ ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Инженерногеологические условия
1. Яковлев В.Л. О новых подходах к развитию теории и практики открытых горных разработок. Горное дело: Проблемы и перспективы. Сб. статей. -Якутия: ЯНЦ СО РАН.1994, с. 190-194.
Сложные Весьма сложные
Стадии освоения месторождения
проектирования
1,18-1,20
1,29-1,32
1,44-1,48
эксплуатации
1,06-1,08
1,18-1,20
1,26-1,30
Примечание: Минимальные значения коэффициентов запаса устойчивости соответствуют сроку стояния борта карьера в предельном положении до 5 лет, максимальные - свыше 20 лет.
2. Ржевский В.В. Режим горных работ при открытой добыче угля и руды. М.: Углетехиздат, 1957.
3. Ржевский В.В. Проектирование контуров карьера. М.: Ме-таллургиздат, 1956.
4. Хохряков В.С. Исследование этапов развития и экономичности открытых горных работ в глубоких карьерах. Автореферат дисс. докт. техн. наук. - М.: МГИ, 1966, -32с.
5. Саканцев М.Г. Оптимизация глубины карьера по граничному коэффициенту вскрыши, определенному с учетом разновременно-
сти прибыли (затрат). - Изв. Вузов, Горный журнал, 1973, №12, с. 38.
6. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. Утв. Госстроем России №7-12/47 31 марта 1994, М; 1994. 80с.
7. Временные методические указания по управлению устойчивостью бортов карьеров цветной металлургии. Утв. Мин-метом СССР 14.01.88г. М.: Унипромедь, 1989, 128 с.
Яковлев Виктор Леонтьевич член-корр. РАН, профессор, докчор юхничсских наук. Саканцев М.Г.— кандидат технических наук, Институт горного дела Уральского отделения РАН.
■у
