CC BY
42
СЕМИНАР 16
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© И.В. Британ, П.Д. Гостюхин, 2001
УДК 622.234.5:65.011.46
И.В. Британ, П.Д. Гостюхин
ПРОГНОЗ ПРОДУКТИВНОСТИ СКВАЖИН И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ БОГАТЫХ
ЖЕЛЕЗНЫХ РУП КМА
тельно к СГД.
опросы экономической целесообразности скважинной гидродобычи (СГД) богатых железных руд КМА нашли отражение во многих работах [1, 2, 3,
4, 5, 6], где в обоснования экономических оценок нередко закладывались потенциальные возможности создать в кратчайшие сроки мощные горнодобывающие предприятия, производительностью 4-5 и до 10 млн. тонн руды в год. В последние годы появились оценки, свидетельствующие об экономической эффективности малых рудников [3, 6], производительностью порядка 200 тыс. т в год.
К настоящему времени опытные работы по СГД богатых железных руд на Шемраевском месторождении КМА показали, что нет никаких принципиальных технических проблем для извлечения железных руд с глубин до 800 и более метров, если обеспечивается их достаточная дезинтеграция. В то же время технология СГД и создание добычных комплексов пока что находятся на ранней стадии разработок и освоения, а поэтому, как и при любой сложной научно-технической задаче, решения могут быть только комплексными, с наращиванием возможностей способа по мере снятия существующих проблем [7] Поэтому важно не только оценивать общий производственный и экономический потенциал метода, но и характеризовать с этой точки зрения возможности СГД в конкретных геологических условиях, в реальном времени и в ближайшей перспективе.
Все предшествующие экономические оценки делались, задаваясь определенной производительностью рудника или скважины, без учета геотехнологических
характеристик руд и внутреннего строения рудных массивов. Это оправдывалось тем, что во многом не разработаны критерии выделения залежей руд, пригодных для СГД [8], не завершены работы по технологии извлечения руд и выбору систем разработки месторождений. Поэтому отсутствует методика геолого-экономи-ческой оценки месторождений, нет условий для разработки требований к кондициям и решения ряда других важных вопросов, относящихся к исходным данным для экономической характеристики метода и рудных объектов примени-
Настоящая статья является попыткой проанализировать некоторые из этих проблем с учетом опытов по добыче руд на Шемраевском месторождении. Что касается геотехнологических критериев выделения богатых железных руд, пригодных для СГД, то они рассмотрены в статье, публикуемой в настоящем сборни-ке1. Там же охарактеризованы термины и понятия2, которые крайне важны для понимания излагаемого материала и которые будут далее использоваться без дополнительных пояснений.
Особенности процесса СГ Д таковы, что при любой системе разработки добычные скважины являются самостоятельными производственными единицами, от эффективной работы которых зависят итоги деятельности предприятия. В конечном счете, эта эффективность определяется продуктивностью скважины (П) и временем (Т), которое требуется для отработки всех продуктивных горизонтов, из которых извлечение руд признано экономически целесообразным, и средней производительностью добычи скважины ^) за весь период ее эксплуатации.
П = Q • Т (1)
Средняя производительность, в зависимости от решаемых задач, может определяться в тоннах за любой учитываемый период времени (час, смена, сутки, месяц). В свою очередь:
П = EПсрi + ЕПпр* (2)
где Пср! - продуктивность 1-го горизонта самообру-шающихся и самоизмельчающихся руд (СР); Ппр1 -продуктивность 1-го горизонта принудительно сдвигаемых самоизмельчающихся руд (ПР);
1Британ И.В. Проблемы геотехнологической классификации и выделения залежей богатых железных руд, пригодных для скважинной гидродобычи.
2В том числе: продуктивность горизонта (скважины); удельная продуктивность горизонта; рудоотдача и удельная рудоотдача горизонта; самообрушающиеся и самоизмельчающиеся руды (СР); принудительно сдвигаемые самоизмельчающиеся руды (ПР); каменистые руды (КР).
т = Етср1 + ЕТпрь (3)
где Тср! - время отработки 1-го горизонта СР; Тпрi -время отработки 1-го горизонта ПР.
Соответствующим образом могут быть рассчитаны средние производительности для каждого продуктивного горизонта:
Пср Ппр
Q ср = ----- и Q пр = ----------------- (4, 5)
Тср Тпр
Необходимость в раздельной оценке горизонтов СР и ПР вызвана, прежде всего, существенными различиями в первопричинах, определяющих их продуктивность и производительность процесса СГД, а, кроме того, сложным строением рудных массивов, которые в вертикальных разрезах, достигающих мощности 400-450 м, представлены чередованием горизонтов всех геотехнологических типов руд. Мощности пригодных для добычи типов руд (СР и ПР) составляют, как правило, 10-22 м, редко до 40 м, и разделены между собой горизонтами каменистых руд, которые не пригодны для СГД.
Ранее, с целью определения вероятного объема сдвижения в область добычи «рыхлых» руд, к которым относились, преимущественно, разновидности с О сж < 3 МПа, было выполнено моделирование на эквивалентных материалах в институтах НИИКМА (г. Губкин), ВИОГЕМ (г. Белгород) и МГРИ (г. Москва). В целом получены достаточно близкие результаты. В МГРИ [9], в результате отработки модели одиночной скважины, было установлено, что область сдвижения подработанных слоев имеет вид конуса выпуска с углом наклона образующей 51-54°, и этот угол не зависит от угла падения рудного горизонта. В связи с этим считалось возможным определить объем извлекаемой руды из горизонта по формуле эллипсоида выпуска [10]:
Л
q = --- Р • ^, (6)
3
где р - показатель сыпучести руды, для «рыхлых» железных руд принятый равным 1,9 м; h - высота эллипсоида выпуска, которая соответствует выемочной мощности, а в нашем случае - вертикальной мощности продуктивного горизонта, м.
Опытная гидродобыча показала, что использовать эту формулу для реальных условий СГД нельзя. При опытах объем извлекаемой руды из горизонтов СР., имеющих мощность 17-22 м, составлял 1560-2500 м3, тогда как рассчитанный по формуле (6) он должен быть 575-963 м3, то есть меньше, примерно, в 2,7 раза. Причины такого несоответствия объяснимы. При СГД неизбежны сильные вибрации, смещающиеся в пространстве градиенты напора, а также ряд других явлений, способствующих сдвижению и повышению тиксотропии руд в обводненных условиях. Исправить
несоответствие, корректируя показатель сыпучести руд, не удается, так как отработка всех четырех горизонтов СР на Шемраевском месторождении завершилась обрушением находящихся в своде камер каменистых руд (КР) и сланцев. Последнее свидетельствует о незавершенности процессов сдвижения, которые были прекращены в результате превышения критического размера естественных потолочин и обрушения.
По-видимому, по той же причине не совпали фактические результаты и расчетные данные, полученные институтом ВНИИВОДГео по ожидаемым темпам поступления руды на забой из областей критических градиентов. В частности, для скв.2Т, из двух горизонтов которой было извлечено 14 тыс. т СР за 9 месяцев, потребовалось бы по расчетам 20 месяцев, или в 2,2 раза больше.
Изучение форм и размеров реальных камер в процессе опытной гидродобычи выполнено в недостаточном объеме и лишь в самом начале опытных работ. Но и эти данные, дополненные большим объемом моделирования на эквивалентных материалах, свидетельствуют о том, что процесс самообрушения протекает в пределах конусов выпуска, имеющих неровные боковые образующие с заливами в сторону более слабых руд и выступами внутрь более крепких разновидностей. В целом зона сдвижения приближается по форме к конусу, высота которого соответствует выемочной мощности горизонта, основание имеет форму эллипса, зависящую от угла пересечения его плоскостью прочных пород в кровле горизонта, а в проекции на горизонтальную плоскость - форму круга с диаметром, соответствующим критическому пролету потолочины. По данным институтов ВИО-ГЕМ и НИИКМА предельный размер устойчивых балок крепких руд и сланцев, залегающих внутри рудного массива, не может превышать 20 м.
Учитывая сложность формы боковых образующих конуса выпуска и опытные данные, продуктивность горизонта (Пср) допустимо оценивать по формуле Л
ПСр = -----г2тСруСр ^ (7)
3
где г - критический радиус потолочины, м; тср - стволовая (выемочная) мощность горизонта СР, м; уср -объемный вес руды, т/м3; f - коэффициент формы, учитывающий отличие реальной формы от конической.
Дальнейшие работы, возможно, помогут уточнить форму образующейся полости при СГД, однако это нельзя предсказать с высокой точностью из-за сильной изменчивости физических свойств руд, слагающих продуктивные горизонты.
Крайне важную роль естественных потолочин при добыче СР подтвердили результаты специального моделирования, выполненного в институте НИИКМА.
Было определено, что присутствие внутри рудного массива прочного прослоя вызывает выполаживание боковых образующих конуса выпуска. Например, при приведенной мощности горизонта "рыхлых" руд 9,1 м, сформировалась конусообразная полость выемки с углом раскрытия 115о (угол образующих с горизонтальной плоскостью 30-35о), шириной в своде 19,2 м и с объемом полости 700,4 м3, что близко к объему соответствующего конуса.
По-видимому, мощность около 7-9 м для СР является тем пределом, когда возможна их полная выемка с обрушением свода. При меньшей мощности достижение такого результата возможно только с принудительным сдвижением части руд.
Прочные руды и сланцы при подработке и обрушении перемещаются не только в вертикальных, но и в горизонтальных плоскостях [9] с образованием обломочного материала, крупных глыб и балок. Моделирование и практика показали, что скважинное оборудование не выдерживает возникающие боковые нагрузки. Происходит разрушение пульпоприемных труб и гидродобычных снарядов, а забой перекрывается прочным обломочным материалом, непригодным для СГД. Это, как правило, завершает процесс эксплуатации горизонта СР.
В последние годы было предложено несколько способов гидродобычи "рыхлых" руд: с обрушением руды и налегающих пород [11], с плавной посадкой кровли [9] и др., однако они не учитывают сложное внутреннее строение рудных массивов, включающих горизонты прочных руд, и не раскрывают пути решения проблем, связанных с обеспечением условий для сохранения и устойчивой работы скважинного оборудования при сдвижении горных масс. Поэтому до проведения опытной эксплуатации подобными способами, приходится рассматривать лишь варианты, предусматривающие отработку залежей камерным способом одиночными скважинами с оставлением рудных целиков.
Исходя из изложенного, продуктивность горизонта СР будет определяться мощностью горизонта и устойчивостью перекрывающих его прочных пород (руд, сланцев). Эксплуатационные характеристики горизонтов кроме того могут сравниваться по удельной продуктивности (УПср):
Пср
УПср =-------, т/м (8)
тср
Однако для оценки времени эксплуатации, а, следовательно, и экономических параметров, этих данных недостаточно. Для горизонта СР необходимо знать, какими темпами в реальном процессе будет поступать руда в область добычи. Следовательно, нужно знать рудоотдачу горизонта (РО), которая характеризует количество руды, поступающей на забой в единицу времени, а также удельную рудоотдачу (УРО):
РО
УР0=---------- (9)
тср
Последняя показывает интенсивность процесса са-мообрушения. Она зависит, прежде всего, от физического состояния руд.
Рудоотдача горизонта соответствует предельно возможной производительности добычи, а удельная продуктивность позволяет определить минимальную мощность горизонта, который обеспечивает производительность, достаточную для экономически целесообразного процесса СГД.
Опытные работы на Шемраевском месторождении показали, что рудоотдача горизонтов СР всегда лимитировала среднюю производительность, а поступление руды на забой имело циклический характер [12].
Поэтому при отработке горизонта СР его время эксплуатации может быть определено следующим образом:
Пср
Тср =------- (10)
РО
Это не только справедливо, но должно быть важным требованием к оптимальному процессу, так как при Qср >РО будет осуществляться подъем разубо-женной пульпы, а при Qср < РО будет подниматься забой и начнет падать величина РО.
Подставляя соответствующие значения из формул (4,7), получим:
тср УПср УПср
Тср =----------- = ----------------------------, (11)
тср УРО УРО
а
УРО Л г2тсрУср
Qср = ---------------------f (12)
3 УПср
Определенные таким образом время и средняя производительность не раскрывают некоторые важные моменты СГД. Собственно процесс добычи СР - производительное время (tср) - будет занимать лишь часть общих затрат времени, которые включают, кроме того, вспомогательные операции, ремонтные и другие работы, зависящие от особенностей технологического процесса и организации производства. Поэтому гидродобычная система для горизонта СР должна обеспечивать своевременную выемку руды за производительное время. Исходя из этого:
кср Пср кср УПср
Ц= кср • Тср=--------- =------------------------, (13)
РО УРО
где кср - коэффициент, определяющий долю производительного времени в календарном времени эксплуатации горизонта СР.
^р
кср =------- (14)
Т
ср
Следовательно, производительность собственно добычного процесса:
УРО Л г2тсрУср ^р = -.................... f (15)
3 кср УПср
Таким образом, время, производительность а, следовательно, и экономическая эффективность эксплуатации горизонта СР будут зависеть, прежде всего, от природных факторов. Интенсифицировать процесс -это значит добиться увеличения удельной рудоотдачи, то есть искусственно повысить способность руд к сдвижению. Продуктивность же горизонта может быть заметно увеличена лишь за счет упрочнения пород потолочины.
Продуктивность горизонтов геотехнологического типа ПР также зависит от мощности горизонта и критического радиуса потолочины. Но, при этом, одним из определяющих моментов будет форма выемочного пространства, которая определяется способом отбойки и радиусом действия отбойных устройств. В связи с тем, что не приходится ожидать устойчивых стенок камеры с обратным падением (от оси скважины), можно считать продуктивность (Ппр) в объеме цилиндра, имеющего высоту, равную вертикальной мощности горизонта (тпр) с радиусом основания, равным среднему радиусу отбойки руд (го). Тогда при технологическом коэффициенте извлечения руды из камеры (
Л):
Ппр = Л г2тпрУпр ■ Л (16)
или
Ппр = УПпр • тпр ■ Л (17)
При этом г0 меньше или равен г, то есть максимальная величина продуктивности достигается в том случае, если радиус отбойки приближается к критическому радиусу потолочины. Из сравнения формул (7, 16) следует, что максимальная продуктивность горизонта ПР может превышать продуктивность равного по мощности горизонта СР в 3 л раз.
Моделирование и опыты показали, что критический диаметр потолочин, образованных сланцами и КР, по-видимому, не будут превышать 20 метров. Отсюда, предельная удельная продуктивность может быть оценена (7, 8, 16, 17): для горизонтов СР-325 т/м, а для горизонтов ПР - 1052 т/м при Уф = 3,1 т/м3 и упр =3,35 т/м3.
Фактически при отработке СР в скважинах 1Т и 2Т удельная продуктивность (УПср) составила 183 т/м, 249 т/м, 351 т/м, то есть, в принципе, соответствовала оценкам. Для горизонтов ПР данные отсутствуют, так как добыча с принудительным обрушением не проводилась. При попытках провести в тех же скважинах сдвижение этих руд с помощью создания критических градиентов удалось достичь удельной продуктивности всего 20-49 т/м, что соответствует среднему радиусу
1,4-2,2 м. Процесс СГД отличался низкой производительностью (1,0-4,1 т/час) и постепенно прекратился.
В принципе возможны три основных варианта отработки руд ПР. Первый - с предварительным разуплотнением; второй - со сдвижением (отбойкой) руд и одновременным подъемом; третий - с предварительной отбойкой руды и последующим подъемом. В первом случае показатели горизонта следует оценивать как для СР и его продуктивность снизится, в третьем -требуются дополнительные непроизводительные операции и возможны потери руды в подошве горизонта. Поэтому рациональная система СГД должна исходить из второго варианта отработки ПР, если не будет доказана особыми условиями целесообразность перехода к иным способам добычи.
Следовательно, продуктивное время (Щр) для горизонта ПР составит Ппр
1пр =------, (18)
qотб
где qотб - производительность на отбойке руды.
По аналогии с расчетами для СР;
t пр Ппр
Тпр =------ =------------, (19)
к пр к пр • qотб
где к пр - коэффициент, определяющий долю продуктивного времени в общем времени эксплуатации горизонта ПР.
Причем, в общее время должно включаться и затраты на подъем руды, если qотб больше производительности на рудном подъеме.
Тогда средняя производительность за время эксплуатации горизонта будет:
к пр • Ппр
Qпр =-------------- (20)
^р
Или, учитывая (17) и (19), полное время эксплуатации горизонта составит:
Л Го тпрУпр • Л УП пр тпр. Л
Т пр = --------------- = -------------- (21)
к пр qотб к пр qотб
Соответственно, средняя производительность за полное время эксплуатации горизонта:
Qпр к пр ^тб (22)
Важно учитывать следующее. Если для СР достаточно эффективное извлечение руд, возможно при мощностях горизонта более 7-9 м, или, по крайней мере, не менее 5 метров из-за низкой РО, то горизонты ПР могут отрабатываться и при меньшей мощности. Тогда, по-видимому, продуктивность будет ограничена средним радиусом, в пределах которого может быть сформирована полость с наклонами боковых образующих, близкими к углу естественного откоса (для разрыхленных руд
Шемраевского месторождения он изменяется под водой в пределах 18-24о) в сторону падения, а по восстанию - до достижения отбойным устройством подошвы наклонного горизонта. Учитывая, что для Шемраевского месторождения падения горизонтов составляет около 45о то, например, для горизонта мощностью 5 м может быть получена удельная продуктивность порядка 50-80 т/м. С принудительным сдвижением могут отрабатываться или дорабатываться маломощные горизонты, относящиеся к типу СР, учитывая низкие для них показатели по рудо-отдаче.
Таким образом, пользуясь формулами (2, 7, 16), продуктивность гидродобычной скважины может быть оценена следующим образом:
Л
П = Е— г2тСр 1 . Уср . f + Е Л г!2т,р 1 . Упр. Л1 (23)
3
Полное время, затрачиваемое на эксплуатацию скважины, с учетом (3, 11, 21) определяется, как сумма показателей по каждому горизонту:
УП ср Л Го1 тпр1* У*1р Л1
Т = Е-------+ Е..................=
УРО к ,
УП
ср1
УП
пр1 тпв! . Л1
пр1 0.отб1 пр1 тпр1 .
(24)
=Е ------- Е -
УРО1 к пр1 • qотбi
Средняя производительность по скважине за календарный период ее эксплуатации определяется по формуле (1), но она может быть определена и путем взвешивания производительностей на продолжительность эксплуатации каждого горизонта, что необходимо для сравнительных оценок на стадии экономических обоснований при определении целесообразности включения того или иного горизонта в эксплуатацию:
ЕQср 1 • Тср 1+ Е Q пр Г Тпр 1
Q =----------------------------- (25)
Е Тср 1 + Е Тпр 1
Получив, таким образом, технические показатели для горизонтов и скважин, рассмотрим порядок их экономической оценки.
Стоимость товарной продукции, полученной из скважины, составит:
С= П • Ц, (26)
где Ц - цена одной тонны железорудной продукции.
Затраты на всю продукцию определяются следующим образом:
З= Зс + Зэ, где (27)
где Зс - затраты на сооружение скважины; Зэ -эксплуатационные затраты за весь период работы гидродобычной скважины.
Себестоимость продукции:
Зс + Зэ
Сб = ---------- (28)
П
Прибыль
Р = С - Сб = П • Ц - Зс - Зэ (29)
Тогда нулевая рентабельность, которая важна при оценке экономической эффективности и определении кондиций, наступит при условии
П • Ц = Зс + Зэ, (30)
и тогда
Зэ = П • Ц - Зс (31)
Очевидно, что на момент начала эксплуатации оборудованной скважины правая часть равенства не может быть изменена, следовательно, прибыль обеспечивается только за счет снижения эксплуатационных затрат.
Для того чтобы определить пути оптимизации СГД и наметить пути повышения экономической эффективности, а также для разработки кондиций, необходимо рассмотреть экономику для каждого продуктивного горизонта, который предполагается включить в эксплуатацию.
По аналогии с формулой (29) прибыль от эксплуатации каждого горизонта СР составит:
Пср
Р = п • Ц.............З - З
А ср -^ср -М, -*с -*э ср,
П
а для горизонта ПР
Ппр
Р = п • Ц..........З - З
пр пр с э пр
(32)
(33)
Пср
П
Ппр
Пср Ппр
где —рр и —— - доля продуктивности эксплуатируемого горизонта в общей продуктивности скважины.
С учетом (7)
Л Пср
Рср =-г2тсрУср ■ f • Ц........Зс - Зэ ср, (34)
3 П
а при нулевой рентабельности
Л Пср
Зэ ср =----г2тсрУср ■ f • Ц.......Зс (35)
3 П
В правой части равенства для конкретных геологических и технологических условий первый член -величина постоянная так же, как и второй, так как из формулы (7) следует, что Пср зависит только от природных факторов.
Таким образом, для горизонтов СР есть следующие основные пути увеличения эффективности СГД:
• искусственное повышение удельной рудоотда-чи за счет снижения сил сцепления и повышения тик-сотропных свойств;
• искусственное увеличение критического радиуса потолочины за счет ее упрочнения;
• снижение затрат за счет оптимизации технологических процессов и совершенствования управления производством;
• снижение затрат на бурение и оборудование добычных скважин.
Из приведенных формул путем их преобразования можно определить те граничные условия для размеров потолочины, мощности горизонтов и удельной рудоот-дачи, которые обеспечат приемлемую рентабельность при эксплуатации каждого горизонта.
При этом следует иметь ввиду, что для СР мощность горизонта является важнейшим объективным показателем экономической эффективности, так как от нее (формулы 11, 12) зависит производительность процесса СГД. Поэтому необходимо определить экономическую целесообразность вовлечения в эксплуатацию каждого горизонта и оценивать минимальную мощность и минимальную продуктивность, которые должны учитываться при подсчете запасов руд, пригодных для СГД.
Для горизонтов ПР соответственно
Ппр
Рпр = Л г2„т прУ пр • Ц........Зс - Зэ пр (36)
П
а при нулевой рентабельности
Ппр
Зэ пр = ЛЛтпрУпр- Л- Ц.........Зс (37)
П
В этом случае зависимость экономических показателей от природных факторов определяется тем, что г0 < г, то есть радиус отбойки не может превышать критического радиуса потолочины, а в пределах последнего он может меняться в зависимости от технологических возможностей. От технологических возможностей полностью зависит и Ппр. (16).
Поэтому для повышения экономической эффективности СГД для ПР, кроме тех путей, которые указывались для СР (за исключением первого), необходимо добавить:
• увеличение производительности на отбойке руды;
• повышение среднего радиуса отбойки руд до предельно возможного;
• полную синхронизацию процессов отбойки и рудного подъема;
• повышение доли продуктивного времени (времени отбойки) в общем времени процесса добычи, и снижение последнего;
• повышение полноты выемки руды из камеры.
Следует обратить внимание на тот факт, что экономическая эффективность процесса в случае с ПР практически не зависит (формула 22) от мощности горизонтов, поэтому их минимальная мощность
должна определяться исходя из технических возможностей.
Для предприятия, эксплуатирующего несколько скважин, расчет основных технико-экономических показателей: себестоимости добычи одной тонны руды, годовой прибыли, рентабельности к капитальным затратам и др. может производиться по обычной методике, учитывая время ввода в эксплуатацию добычных скважин, имеющих определенные технико-экономические характеристики. В настоящей статье эти вопросы не рассматриваются.
Но, видимо, имеет смысл показать способ определения эффективности гидродобычной скважины для оценок, которые будут достаточно надежными в определенных типовых условиях.
В приведенных ниже расчетах приняты следующие единицы измерения:
• продуктивность скважин - в тоннах;
• затраты и цена одной тонны железорудной продукции - в тыс. рублей;
• время эксплуатации - в месяцах;
• средняя производительность скважины - в тоннах руды за месяц;
• производительность процесса СГД - в тоннах за час.
В этом случае извлечение товарной продукции, соответствующее продуктивности скважины, будет
получено за время:
П П
Т =----- = -----------, (38)
Q 720к,^о
а
П = Т • 720 • Мо , (39)
где к0 - коэффициент, определяющий долю производительного времени гидродобычного процесса в общем времени эксплуатации скважины; 720 - количество часов в календарном месяце.
З = Зс +Зэм, где (40)
Зэм - месячные эксплуатационные затраты.
Тогда прибыль составит
Р = П • Ц - Зс - Т • Зэ м, а (41)
для нулевой рентабельности П • Ц - Зс - Т • Зэ м = 0 (42)
В этом случае нулевая рентабельность будет обеспечиваться при сроке эксплуатации П • Ц - З с
Т = ----------- , месяцев (43)
Зэ м
Подставляя в формулу (43) значения П из формул (38 и 39), получим
Q • т • Ц - Зс- ТЗэм = о (44)
З + ТЗ
с эм
Отсюда: Q =---------------, т/месяц (45)
Т • Ц
А также: Т • 720 • koqo • Ц- Зс - Т Зэм = 0 (46)
З + т • З
с эм
qo =--------------- т/час (47)
Т • 720 • ко Ц
Действуя подобным же образом, можно оценивать с необходимых позиций все основные величины, влияющие на экономическую эффективность СГД, а, задаваясь экономическими параметрами, в том числе прибылью, можно находить технологические параметры, удовлетворяющие экономическим требованиям.
В частности, для заданной прибыли Р в тысячах рублей предельный срок эксплуатации скважины составит
П • Ц - Зс -Р
Т = --------------- , месяцев; (48)
З
э м
минимальная средняя производительность Зс + ТЗэм +Р
Q =---------------- тонн в месяц, (49)
Т • Ц
а часовая производительность процесса добычи
Зс + Т • Зэм +Р
qo =------------------, т/час (50)
Т • 720 • к,/ Ц
Несложно решать и иные важные задачи, например, определить минимальную продуктивность скважины, которая в заданных технологических и экономических условиях обеспечит соответствующую прибыль и т.д.
Для примера приведем расчет прибыли, который был бы получен в текущем времени при опытной эксплуатации скважины 2Т (1994 год), продуктивность которой составила 14 тыс. т руды с содержанием железа общего 67 %, при производительности процесса добычи 8,5 т/час. Срок эксплуатации 9 месяцев, к = 0,25. В 2000 году такая руда была реализована по цене 0,78 тыс. руб. за тонну. Месячные эксплуатационные затраты составляют около 300 тыс. руб в месяц. Стоимость бурения скважины в настоящее время оценивается в 5000 тыс. руб. В таких условиях
Р=14000х0,78 - 5000 - 9х300 = 3220 тыс. руб., то есть уровень рентабельности к затратам составляет 41,8 %.
Вполне реально уже при действующей технологии для СР обеспечить продуктивность скважины на уровне 20000 т, а производительность процесса до 12т/час при ко=0,5. Тогда при увеличении эксплуатационных затрат до 400 тыс. руб в месяц и даже снизив цену до 0,5 тыс. (при цене на между-
народном рынке 20-23 доллара США за тонну) будет получена прибыль
Р=20000х0,5 - 5000 - 4,6х400 = 3160 тыс. руб, а рентабельность к затратам составит 46,2 %.
Таким образом, расчеты, сделанные для реальных условий Шемраевского месторождения и для освоенной технологии, показывают высокую экономическую эффективность СГД руд типа СР даже в условиях малотоннажного производства. Но для обеспечения добычи требуется составление детальных геотехнологических карт и разрезов. Последнее, тем более, важно при освоении технологии руд типа ПР, которая позволит увеличить продуктивность скважин до 50-80 тыс. тонн, а уровень рентабельности к затратам - до 80-100 %. Анализ связанных с этим проблем сделан в упоминавшейся выше статье И.В. Британа.
Из изложенного можно сделать следующие выводы:
1. Впервые разработана система оценки продуктивности скважин и экономической эффективности СГД, позволяющая до начала эксплуатации или с целью прогноза определить ожидаемые результаты для каждого продуктивного горизонта, скважины, рудника или решить обратную задачу: задаваясь определенными экономическими параметрами, определить те требования, которые будут предъявляться к добычным горизонтам, скважинам и руднику в целом для их эффективной эксплуатации.
Система разработана для реальных условий рудных массивов богатых железных руд при камерной разработке рудных залежей, которая осваивается в настоящее время.
2. Продуктивность и экономическая эффективность эксплуатации горизонтов СР зависят, прежде всего, от природных факторов: способности руд к сдвижению, темпам поступления их в зону добычи и мощности горизонтов. В связи с этим они должны изучаться с определением их удельной рудоотдачи. В настоящее время готовой методики определения этого показателя нет, но уже разрабатываются специальные технические средства и планируются специальные опыты для определения этой важной характеристики.
3. Продуктивность и экономическая эффективность эксплуатации горизонтов ПР зависят, прежде всего, от производительности отбойных устройств и радиуса отбойки. В настоящее время гидродобычные устройства для этого типа руд находятся в разработке. Мощность отрабатываемых горизонтов лимитируется только техническими возможностями. Готовой методики определения необходимых физико-технических характеристик этого типа руд для условий СГД нет, и поэтому она будет создаваться так же, как и для СР.
4. Во всех случаях продуктивность и экономическая эффективность отработки горизонтов СР и ПР лимитируется устойчивостью перекрывающих горизонт прочных пород (КР и сланцев), которые образуют потолочины камер.
5. В целом способ СГД, с учетом полученных опытных данных, отличается высокой экономической эффективностью. Он позволяет уже сейчас создавать рентабельные малотоннажные предприятия для селективной выемки залежей богатых железных руд, относящихся к типу СР, с целью обеспечения специальных производств, требующих высококачественное сырье.
6. Вовлечение в эксплуатацию руд типа ПР в корне изменит ситуацию и позволит начать быстрое наращивание мощностей горнодобывающих предприятий.
Авторы надеются, что выполненные исследования будут способствовать решению вопросов, связанных с геолого-экономической оценкой месторождений, разработкой кондиций и прогнозированием экономических показателей проектируемых горнодобывающих предприятий, использующих технологию СГД. При этом сознательно не рассматривался способ СГД с точки зрения его капиталоемкости из-за невозможности пока что выполнить это лучше, чем делалось другими исследователями [4], соглашаясь с ними в том, что она должна быть в 3 -4 раза, а, возможно, даже на порядок, ниже, чем для традиционных способов добычи. По крайней мере, ни в одном случае рентабельность к капитальным вложениям не оценивалась ниже 25 %.
1. Британ И.В., Вайнов Ф.А., Панков А.В., Эйтенер Н.Н. Результаты экспериментальных работ по гидродобыче богатых железных руд на Шемраевском месторождении Курской магнитной аномалии. "Техн. прогресс в атомн. пром.", Сер. "Горно-мет. произв.", вып.1, 1990, с. 10-13.
2. Бабичев Н.И., Николаев А.Н. Скважинная гидравлическая технология - основа высокоэкономичных малых предприятий по добыче твердых полезных ископаемых. Горный журнал, №4, 1996, с.5-9.
3. Тигунов Л.П., Панков А.В., Бабичев Н.И. Скважинная технология добычи в условиях рыночной экономики. Горный журнал №4, 1996, с. 1012.
4. Колибаба В.Л., Калиш Е.А., Ульяненко В.С. Прогрессивная технология добычи минерального сырья из месторождений сверхглубокого залегания. Горный инф.-аналит. бюлл.,
№2, Изд-во МГГУ, М., 1999., с.120-126.
5. Тигунов Л.П. Внедрение физико-химических технологий - кардинальный путь освоения минерально-сырьевых ресурсов России в условиях становления рыночной экономики. Там же, с. 16-19.
6. Колибаба В.Л. Использование богатых железных руд КМА для структурной перестройки горнометаллургического комплекса России. Разведка и охрана недр, №11, 2000, с.60-62.
7. Труфанов Д.В., Лейзерович С.Г., Аллилуев В.Н., Британ И.В., Гостюхин П.Д. Скважинная гидродобыча богатых железных руд КМА - проблемы и перспективы. Горный инф.-аналит.бюлл., №2. Изд-во МГГУ, М., 1999, с.120-126.
8. Британ И.В., Лейзерович С.Г. Богатые железные руды КМА как объкт скважинной гидродобычи. Там же, с.105-109.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
9. Абрамов Г.Ю., Вильмис А.Л. Скважинная гидродобыча глубоко залегающих богатых железных руд КМА. В сб. "1-ый советско-югославский симпозиум по проблеме скважинной гидравлической технологии", т I. М., 1991, с.33-37.
10. Куликов В.В. Выпуск руды. М., Недра, 1990.
11. Колибаба В.Л. Технология скважинной гидродобычи с обрушением руды и налегающих пород. Горный журнал, №1, 1995, с.19-22.
12. Аллилуев В.Н., Британ И.В., Лейзерович С.Г. О цикличности процессов самообрушения при скважинной гидродобыче богатых железных руд. В сб. "Вопросы проектирования, эксплуатации технических систем в металлургии машиностроении, строительстве". Ч.1. Горнорудное производство. Старый Оскол, 1999, с.43-45.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Британ И.В. - руководитель группы, кандидат геолого-минералогических наук, ООО «НИИКМА-Гидроруда». Гостюхин П.Д. - директор ООО «НИИКМА-Гидроруда».
9
