Стратегия и параметры развития горных работ на угольном разрезе Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

О.И.Черских

СТРАТЕГИЯ И ПАРАМЕТРЫ РАЗВИТИЯ ГОРНЫХ РАБОТ НА УГОЛЬНОМ РАЗРЕЗЕ

Представлен методический подход к выбору стратегии и параметров развития горных работ на угольном разрезе с мощными пологими пластами. Определена актуальность согласования основных параметров режима горных работ с выбранной стратегией развития предприятия, обеспечивающей реализацию интересов его инвесторов. Установлено, что обеспечение требуемого уровня эффективности и безопасности ведения горных работ на угольном разрезе достигается за счет выбора и реализации рационального режима горных работ на основе зависимостей изменения параметров горнотехнической системы в соответствии с интересами инвесторов. Исследована взаимосвязь конструктивных и технологических параметров горнотехнической системы угольного разреза, разрабатывающего мощные пологопадающие пласты, и характеристик режимов горных работ. Режимы горных работ на угольных разрезах с мощными пологопадающими пластами, обеспечивающие требуемую динамику соотношения вскрышных и добычных работ в долгосрочном периоде, достигаются созданием возможностей концентрации горных работ в эксплуатационных блоках с заданным коэффициентом вскрыши, а обеспечивающие требуемую динамику горных работ в краткосрочном периоде - формированием резервной ширины рабочих и нерабочих площадок, объема подготовленных запасов, а также нагрузки на основное технологическое оборудование. Ключевые слова: стратегия развития, параметры развития горных работ, режим горных работ, угольный разрез.

Практика угледобывающих предприятий свидетельствует, что изменения в среде их функционирования обусловливают необходимость формирования стратегии развития и поддержания режимов горных работ, обеспечивающих заданный инвесторами уровень эффективности и безопасности производства.

Эффективность и безопасность ведения горных работ на угольных разрезах зависит от возможности реализовать режим горных работ, обеспечивающий необходимый объем и качество продукции, а также уровень затрат на ее производство. Это связано с тем, что режим горных работ определяет конструктивные и технологические параметры горнотехнической системы (коэффициент вскрыши, ширина рабочей площадки, дальность

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 5. С. 392-400. © 2016. О.И. Черских.

УДК 622.271:65

транспортировки и т. д.), а, соответственно, в целом технико-экономические показатели деятельности угольного разреза.

На угольных разрезах с пологопадающими мощными пластами, как правило, используются поточные, циклично-поточные и бестранспортные технологии с применением оборудования большой единичной мощности, что предопределяет жесткую технологическую связь между вскрышными и добычными работами. В этих условиях, изменение режима горных работ имеет особенности, требующие уточнения имеющихся научно-обоснованных методов управления горными работами.

Важность своевременности и обоснованности стратегических решений по разработке месторождения имеет для угольного разреза особую актуальность, т.к. в силу специфики производственного процесса в части технологии и организации ведения горных работ предприятие имеет достаточно продолжительный инвестиционный цикл, высокую фондоемкость производства,определенную инерционность в части подготовки запасов и маневра в направлении развития горных работ [2].

Благодаря усилиям исследователей и практиков создана научно-методическая база по определению производительности и границ карьеров, регулированию режима горных работ, разработаны способы ведения горных работ в различных горно-геологических условиях, которые достаточно широко отражают вопрос повышения эффективности и безопасности производства на угольных разрезах с наклонным и крутым залеганием пластов. Отработка месторождений с мощными пологопадающими пластами имеет свои технологические особенности, а это означает, что сложившиеся методы расчета и регулирования режима горных работ нуждаются в уточнении, а применяемые на предприятиях приемы и технологии ведения горных работ — в изучении, обобщении и систематизации.

Анализ результатов деятельности разреза «Бородинский», одного из типичных разрезов, отрабатывающих угольные месторождения с мощными пологопадающими пластами, позволил выявить наиболее характерные стратегии развития горных работ, реализуемые руководством предприятия на различных этапах его деятельности (рис. 1).

В ходе выполненного исследования автором была сформулирована следующая гипотеза — стратегии развития и реализуемые при этом режимы горных работ направлены на достижение уровней эффективности и безопасности производства, позволяющих удовлетворить интересы инвесторов предприятия. Это гипотеза

Рыночная экономика

Ксогл=0,89

I I I I I I I Г Планово-директивная

ТГН I I I

Максимально полное

Период строительства разреза

приемлемом эффективностью

Ксогл=0,97

Поддержание приемлемой -эффективности производства в кризисные периоды

Достижение максимальной эффективности в краткосрочном периоде

Стабилизация эффективности в долгосрочном периоде

Ксогл=0,5

Ксогл=0,88

^^ добыча вскрыша

Рис. 1. Динамика объемов производства разреза «Бородинский» за период 1950—2014 гг.

была проверена на опыте и результатах деятельности: разрезов «Бородинский», «Березовский», «Талдинский», разрезах компании «Лучегорский топливно-энергетический комплекс» [1].

Режим горных работ зависит от способа вскрытия и подготовки рабочих горизонтов, направления развития горных работ, параметров системы разработки и видов выемочно-погрузочно-го и транспортного оборудования, которые, в свою очередь, зависят от типа месторождения.

Для каждого типа месторождения характерны свои особенности, определяющие возможность реализации различных режимов горных работ. Обобщение результатов исследований ряда авторов и собственные исследования позволили выделить особенности горнотехнической системы при разработке месторождений с пологими и с наклонными угольными пластами (табл. 1).

Таким образом, анализ показателей развития производства позволил автору установить типичные для условий рыночной экономики цели, достижение которых обеспечивается изменением режимов горных работ:

• поддержание приемлемой эффективности производства в кризисные периоды;

• достижение максимальной эффективности в краткосрочном периоде;

• стабилизация эффективности в период устойчивого функционирования предприятия.

Эти цели обусловлены интересами инвесторов, удовлетворение которых возможно при определенных режимах горных работ, обеспечивающих требуемую динамику производственных и экономических показателей деятельности разреза.

В зависимости от целей и интересов инвестора автором были выделены три стратегии ведения горных работ, условно названные «A», «B», «С», которые различаются режимом горных работ, горизонтом прогноза, структурой извлекаемых запасов, приоритетным направлением инвестирования, уровнем приемлемого риска травм и аварий, основным способом обеспечения эффективности и безопасности (табл. 2).

Проведенные исследования связи интересов инвесторов и соответствующих им стратегий и режимов горных работ позволяют оперативно планировать изменение объемов добычи и вскрыши с учетом влияния принятых решений на длительную перспективу. Несоответствие же режимов горных работ поставленной цели приводит к тому, что целевые значения эффективности и безопасности не достигаются.

Таблица 1

Особенности разработки месторождений с пологими угольными пластами

Показатели Тип месторождения по углу падения

пологие наклонные, крутые

Угол падения пласта до 8—10 град от 8-10 до 56-90 град

Ширина рабочих площадок не зависит от глубины разреза уменьшается по мере увеличения глубины разреза

Система разработки • бестранспортная, сплошная; • транспортная, сплошная; •комбинированная, сплошная и углубочная •транспортная, углубочная

Текущий коэффициент вскрыши 0,5-3,0 м3/м3 0,5-25,0 м3/м3

Тенденция изменения текущего коэффициента вскрыши стабильная или слабо возрастающая возрастающая до этапа погашения горных работ

Основные показатели динамики, м/год скорость подвигания фронта горных работ скорость углубки горных работ

Отвалообразование преимущественно внутреннее, редко внешнее внешнее, редко внутреннее

Вид транспорта на вскрыше и его доля ж.д. транспорт (55%), автотранспорт (30%), конвейерный транспорт (15%) ж.д. транспорт (15%), автотранспорт (80%), конвейерный транспорт (5%)

Тип экскаваторов роторные, гидравлические прямые и обратные лопаты, механические прямые лопаты, шагающие драглайны гидравлические прямые и обратные лопаты, механические прямые лопаты

Производительность экскаваторов по углю до 6,5 тыс. т/час до 1,5 тыс. т/час

Длина фронта горных работ протяженные короткие

Основной показатель транспортирования горной массы дальность транспортирования дальность транспортирования и высота подъема

Мощность грузопотока концентрированная рассредоточенная

Размеры разреза: протяженность поля глубина до 10 км до 150 м до 1,5 км до 300 м и более

Таблица 2

Характеристики стратегий ведения горных работ

Характеристика Стратегия ведения горных работ

«А» «В» «С»

Цель и интересы инвесторов поддержание приемлемой эффективности производства в кризисный период достижение максимальной эффективности производства в краткосрочном периоде стабилизация эффективности производства в долгосрочном периоде

Режим горных работ минимальные объемы вскрышных и максимальные объемы добычных работ в краткосрочном периоде с сохранением среднего коэффициента вскрыши за счет сокращения извлекаемых запасов значительная знакопеременная динамика объемов вскрышных и добычных работ в краткосрочном периоде при сохранении среднего коэффициента вскрыши и объема извлекаемых запасов минимальная знакопеременная динамика вскрышных и добычных работ в долгосрочном периоде, с созданием резервов в благоприятные периоды отработки месторождения

Горизонт прогноза, годы 1-3 1-5 5-15

Извлекаемые запасы только лучшие лучшие и извлекаемые с высокой эффективностью извлекаемые с высокой эффективностью

Направление инвестирования операционная деятельность поддержание производственных мощностей воспрои зводство и развитие производства

Уровень приемлемого риска травм и аварий высокий средний низкий

Способ обеспечения эффективности и безопасности горнотехнический технологический организационно-технологический

Для реализации рациональных, то есть соответствующих целям и интересам инвесторов, режимов горных работ на разрезе должны быть созданы определенные условия, которые выражаются в основных конструктивных и технологических параметрах его горнотехнической системы: коэффициента вскрыши, ширины рабочей площадки, объемов подготовленных запасов, среднего расстояния транспортирования горной массы и результирующего угла рабочего борта.

Диапазоны изменения основных параметров горнотехнических систем разрезов, отрабатывающих угольные месторождения с мощными пологими пластами, при различных стратегиях обобщены и приведены в табл. 3. При указанных значениях параметров достигается требуемый уровень технико-экономических показателей работы предприятия и реализуются интересы инвесторов.

Особенностью открытой разработки горизонтальных или пологих пластов является постоянство глубины отработки и длины фронта вскрышных и добычных работ разреза. Таким образом, изменение режима горных работ в период эксплуатации достигается только изменением интенсивности ведения вскрышных и добычных работ на отдельных участках фронта, что в долгосрочном периоде обеспечивается созданием возможностей концентрации горных работ в эксплуатационных блоках с различным коэффициентом вскрыши. Для этого требуется создание соответствующей сети транспортных коммуникаций и поддержание достаточного для сосредоточения горнотранспортного оборудования количества рабочих площадок с рациональными параметрами.

Таблица 3

Параметры горнотехнической системы разреза в зависимости от стратегии ведения горных работ

Стратегия ведения горных работ Параметр горнотехнической системы разреза

отношение К / К вт вс отношение Ш ф/ Ш п рп ' рп отношение П ф/ Пн з ' з отношение L ф/ L п тр ' тр результирующий угол рабочего борта карьера,град

«А» 0,4-0,5 0,6-0,75 ^ тт не более 0,65 12-23

«В» 0,8-1,15 0,76-0,86 0,7 0,65-0,80 10-12

«С» 0,9-1,05 0,86-1,15 1,2 0,80-1,0 8-10

Квт, Квс — текущий и средний коэффициент вскрыши, м3/ т; Шрпф, Шрпп - фактическая и проектная ширина рабочей площадки, м; Пф, Пзн — фактическое и нормативное значения подготовленных запасов, т; Хтрф, Хтрп — фактическое и проектное расстояние транспортирования горной массы, км.

Нмсмшяя С|НМ:1

! I I 1.1 И ili.ll> ИИшч 1 <||):ь

Рис. 2. Общая схема реализации методики выбора параметров горных работ

В краткосрочном периоде требуемое соотношение вскрышных и добычных работ и их динамика обеспечиваются изменением ширины рабочих и нерабочих площадок, объема подготовленных запасов, а также изменением нагрузки на основное технологическое оборудование и дальности транспортирования. Дальность транспортирования напрямую зависит от длины фронта горных работ, путевого развития и организации движения, а также принятой схемы отвалообразования. Поэтому при реализации определенного режима горных работ целесообразно рассматривать эти параметры для каждого технологического блока, кроме того необходимо вести постоянный контроль и мониторинг за данными параметрами, в случае выявления отклонений, совместно с производственно-технической службой разрабатывать комплекс мероприятий по приведению данных показателей до требуемых значений.

На рис. 2 представлена общая схема реализации методики выбора параметров горных работ с учетом стратегии развития угольного разреза.

Применение методики выбора рациональных режимов горных работ в практике работы разреза «Бородинский» подтверждает возможность существенного повышения эффективности

использования основных ресурсов предприятия. Фактический экономический эффект за 2013—2015 гг. от реализации разработанной методики на разрезе «Бородинский» составил около 90 млн руб., расчетный экономический эффект за 10-летний период реализации методики составит 860 млн руб.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Черских О.И. Обоснование режимов горных работ на угольных разрезах с мощными пологопадающими пластами // Горный информационно-аналитический бюллетень. СВ 24. — 36 с.

2. Соколовский А. В., Черских О. И., Каинов А. И. Технологическая стратегия и параметры развития горных работ на угольных разрезах СУЭКа // Горный журнал. - 2015. - № 11. - С. 45-49. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРE

Черских Олег Иванович - главный инженер -

1-й заместитель управляющего Филиалом АО «СУЭК-Красноярск» «Разрез Бородинский им. М.И. Щадова», e-mail: [email protected].

UDC 622.271:65

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 5, pp. 392-400. O.I. Cherskikh

EXPANSION STRATEGY AND PARAMETERS FOR AN OPEN PIT COAL MINE

The article describes a methodical approach to selecting strategy and parameters of expansion in an open pit mine cutting thick gently-dipping coal seams.

It is found to be critical to coordinate basic mining mode parameters and the mine development strategy towards actualization of interests of the mine investors.

The author has found that the required efficiency and safety of open pit coal mining is achieved by selecting and implementing a rational mining mode based on equations of change in mining system parameters in accordance with the interests of the mine investors. The author studies the interaction between the design and technology parameters of a mining system and the characteristics of mining modes in an open pit mine cutting thick gently dipping coal seams.

The modes of thick gently dipping coal mining with open pit method, capable to ensure the wanted long-term dynamics of stripping/actual mining ratio, are possible through concentration of mining operations in blocks with the preset stripping ratio; as for the short-terms dynamics of mining, the optimal modes are achieved by means of creation of standby width of working and non-working areas, formation of proved reserves volume and generation of basic equipment work load.

Key words: development strategy, mining expansion parameters, mining mode, open pit coal mine.

AUTHOR

Cherskikh O.I., Chief Engineer — First Chief Executive, Borodinsky Open Pit Coal Mine, SUEK-Krasnoyarsk, 663981, Borodino, Russia, e-mail: [email protected].

REFERENCES

1. Cherskikh O.I. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. Special edition 24, 36 p.

2. Sokolovskiy A. V., Cherskikh O. I., Kainov A. I. Gornyyzhurnal, 2015, no 11, pp. 45—49.