© Е.К. Едыгенов, 2002
УДК 622.68:622.647.83
Е.К. Едыгенов
ВЛИЯНИЕ ЗАМЕНЫ ТРАНСПОРТА НА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТРАБОТКИ И ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ
Р
азвитие горнодобывающей промышленности в Казахстане направлено на расширение разработок месторождений полезных ископаемых открытым способом.
Наряду с ростом числа горных предприятий с открытым способом дальнейшее повышение добычи полезных ископаемых связано с разработкой более глубоких горизонтов. За последнее 10-15 лет уже достигнута глубина карьеров от поверхности 250-300 м, проектами предусматриваются углубления карьеров до 500-600 м.
С ростом глубины отработки месторождения растут затраты на транспортирование горной массы и ее себестоимость. Доля расходов на карьерный транспорт в общей стоимости добычи полезного ископаемого в настоящее время составляет 50 %, достигая на глубоких карьерах почти 80 %.
В настоящее время на карьерах свыше 70 % объема горной массы вывозится автотранспортом. Этот вид транспорта нашел наибольшее применение при разработке месторождений со сложными условиями залегания, при относительно небольших и значительно уменьшающихся с глубиной размерах карьера, при разработке территориально разобщенных участков и маломощных пластов, вызывающих быстрое подвигание фронта горных работ. Автомобильный транспорт применяется при расстояниях от 0,2 до 3-5 км и уклонах, не превышающих 80-100 %о. В силу стесненности пространственных параметров и высокой концентрации транспортного оборудования рациональной и предельной для глубоких карьеров является грузоподъемность автосамосвалов 75-120 т [1].
При работе автотранспорта атмосфера карьера отравляется выхлопными газами, главным образом при работе их на подъеме, что существенно снижает экологическое состояние карьеров. Для снижения загазованности ряд исследователей [2, 3] рекомендуют подъемники для доставки автосамосвалов со дна карьера на поверхность, что, возможно, улучшит экологическую обстановку на карьере, однако увеличит общие затраты на транспортирование горной массы. Помимо ущерба окружающей среде пылегазовые выбросы создают для работающих в карьере опасные по загазованности ситуации, которые приводят к временному прекращению работ. Прогнозируемые простои для глубоких карьеров превысят 22 % времени в год, компенсация их потребует на 30 % увеличить количество добычных забоев и на 40 % -капиталовложения [4]. Одним из путей нормализации атмосферы на открытых горных работах некоторые исследователи [5] считают сокращение парка автосамосвалов путем
перехода на более мощный автотранспорт и внедрение цикличнопоточной технологии.
Существенным недостатком карьерного автотранспорта является низкая, из-за отсутствия эффективных средств защиты от проколов и порезов, ходимость шин, которая не превышает 600-800 ч в год, при этом затраты на шины при эксплуатации пневмоколесных машин в условиях карьеров составляют почти 50 % общих эксплуатационных расходов на оборудование.
Недостатки автотранспорта при отработке глубоких карьеров превалируют над его достоинствами, что ведет к существенному ограничению его применения при глубинах более 200 м.
Поэтому научные исследования и разработка новых транспортных средств, имеющих при одинаковой производительности более простую конструкцию и технологию изготовления, легко осуществимую на действующих машиностроительных предприятиях Казахстана, не зависящих от угла транспортирования и не являющихся источником газо-пылевыделения, являются актуальными научнотехническими задачами.
В ИГД им. Д.А. Кунаева разработан конвейерный поезд с электромагнитным приводом. Конвейерные или тележеч-ные поезда представляют собой транспортное средство, состоящее из ряда ходовых тележек с грузонесущим полотном, предназначенным для перевозки крупнокусковой горной массы, и перемещающееся непрерывно под действием тяговых приводов, размещенных стационарно вдоль трассы, от пункта погрузки до разгрузочной станции.
Опыт эксплуатации за рубежом и исследования, проводимые в ИГД им А.А. Скочинского, ИГТМ АН Украины, ИГД им. Д.Кунаева и других институтах показывают [6], что к достоинствам конвейерных поездов (КП) относятся высокая производительность, ритмичность подачи материалов в приемный бункер, возможность доставки породы непосредственно с места добычи без перегрузки на значительные расстояния при минимальных радиусах закругления (до 25 м) со скоростью до 5-10 м/с.. В сравнении с автомобильным транспортом КП позволяют сократить расстояние доставки в 5-7 раз. В транспортную систему «конвейерный поезд» легко вводить дополнительные рабочие поезда, что позволяет регулировать производительность системы в широком диапазоне.
Преимуществом конвейерных поездов является также их аккумулирующая способность, возможность селективной грузодоставки.
Капитальные затраты на приобретение поездов и эксплуатационные - на электроэнергию ввиду отсутствия данных по промышленному изготовлению конвейерных поездов определялись на основе данных по созданию опытной установки электромагнитного транспорта, теории подобия и математического моделирования по следующим выражениям:
Ц кп = Сц ^хт -(26,13 1хт2 SхT2 --20,12 1хт Sхт + 76,35) , где Цкп - стоимость одного поезда; Сц - коэффициент, учитывающий ценовые изменения; Кхт
- количество ходовых тележек; 1хт
- длина ходовой тележки; $гп -сечение грузонесущего полотна
Таблица 1
ЗАВИСИМОСТЬ УДЕЛЬНЫХ ПРИВЕДЕННЫХ ЗАТРАТ ОТ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ КОНВЕЙЕРНОГО ПОЕЗДА
V, м/с
Спр , у.е./т Спркп , у.е./т , у.е./т
р эл.пр, Спр
1,0
0,291
0,262
0,028
2,0
0,163
0,131
0,028
3,0
0,126
0,087
0,028
4,0
0,109
0,065
0,028
5,0
0,105
0,052
0,028
6,0
0,108
0,044
0,028
7,0
0,114
0,037
0,028
Црэ Срэ,1 !-хт - Срэ,2 !-хт + Срэ,3 1хт -Срэ,4,
где Црэ - стоимость одного рабочего электромагнита;
Срэ,1 = 0,008Срэп1 + 0,005Срэс1 Рс ;
Срэ,2 = 0,11Срэп1 рпf Тп - 0,058Срэс1 рс Тп2+ 0,066Срэс1 Рс Тп;
Срэ,3 = 0,465Срэп1 рп f Тп2 - 0,495Срэс1 Рс Тп2+ +0,28Срэс1 Рс Тп3 ; Срэ,4 = 0,66Срэп1 Рп f Тп3 - 1,056Срэс1 Рс Тп3 + +0,396Срэс1 Рс Тп3; Срэп1 , Срэс1 - стоимость 1 т соответственно обморочного провода и магнитопровода; Рп , Рс - удельная плотность материала провода и магнитопровода; Тп - толщина полюсов; f
- коэффициент заполнения окна катушки электромагнита. Уравнение для потребляемой электроэнергии имеет вид:
2
,-2^Т^гГ , гЯч РгмЗхт'У + £с
Зпот = 0,4 х10^ Сэ Q (L + L“ )
(1 -Кн )1ХТ 8хт^хт
Общее уравнение приведенных затрат на конвейерный поезд учитывает также амортизационные отчисления, установленную мощность и имеет вид:
Сп„i = 3,6 Х10-3Nxt (
Lr L
Vn Vn
\раз + x
(6,371xr Sxt — 4,451хт Sxr +18,74) + 0,15(26,131xt Sxr — 20,121xr Sxr + 76,35) кипрдпсм^мкзРгм Ixt Sxr
Lr + Ln
+ i--77-77 (Ср эдХ — C р э^ХТ + C р э^-ХТ — Cp э,4) +
Х NxrQ
+ 0,2х 10-2(Lr + Ln) PrMSxrVr + Fc (CL + _ CT
),
(1 — kH )lxr SXT NXT 2 кИ пРД пСМ tCM Ргм
где L , Ln — длина соответственно груженой и порожней ветвей; 1пог, 1раз — длина погрузочно-разгрузочных участков; V , Vn — скорость движения КП на груженой и порожней ветвях; прд , —количество рабочих дней в году; псм, t — число смен и их длительность; ргм — удельная плотность горной массы.
Реализация экономико-математической модели приведенных затрат (Cnp.i (Q, L, V, q)^ min) позволяет получить рациональные значения технологи-ческих параметров конвейерного поезда.
На рис. 1 представлены кривые изменения удельных приведенных затрат от длины КП, числа ходовых тележек и их длины при N^ = 100 шт. и Ргм = 2,8 т/м3 .
Одним из важных параметров, определяющих производительность транспортной установки, является скорость его движения.
Исследования влияния этого параметра на удельные приведенные затраты и его составляющие показали, что с
Рис. 1. Зависимость удельных приведенных затрат от длины конвейерного поезда (Lra ), числа ходовых тележек (Ni- ) и их длины (1хт ).
■ - Спр = f (1хт );-Спр = ^хт );
Кривые: —
---------Спр = f (LKn )
увеличением скорости существенно растут удельные затраты на электроэнергию. Так, при росте значения скорости (V) в четыре раза эти затраты увеличиваются в 16 раз (табл. 1).
При этом затраты на электроприводы с ростом скорости движения конвейерного поезда остаются неизменными. Это объясняется тем, что управление скоростью движения осуществляется путем вариации напряжения и тока в катушке при неизменных габаритах самого привода, и исследования влияния скорости на приведенные затраты велись при оптимальных значениях длины и сечения ходовых тележек, т.е. тех параметров, которые влияют на габариты привода.
Уменьшение затрат на конвейерные поезда (табл. 1) вполне логично, так как с увеличением скорости повышается производительность конвейерного поезда и снижается, соответственно необходимое число конвейерных поездов.
Минимум удельных приведенных затрат имеет место при скорости движения конвейерного поезда равном 5 м/с (рис. 2).
Это значение скорости определено для горизонтального магистрального участка длиной до 2 км и, естественно, на погрузочно-разгрузочных пунктах скорость движения КП будет определяться оборудованием, осуществляющим эти операции.
Исследования влияния на приведенные затраты таких факторов, как дальность транспортирования L и производительность погрузочного пункта Q, показали, что с ростом дальности транспортирования значения Спр и его составляющих линейно возрастают, однако с ростом Q эти затраты, наоборот, падают. При этом изменения этих факторов не влияют на значения точек минимума для всех исследованных технологических параметров.
Следует отметить некоторое влияние значения плотности перевозимого груза на рациональные значения 1хт , однако эти изменения лежат в пределах принятых интервалов.
г
Таблица 2
ТАБЛИЦА ДВИЖЕНИЯ ДЕНЕЖНЫХ ДОХОДОВ (В МЛН. ДОЛЛ. США)
№ Показатели Период планирования
п.п. текущий год 1 2 3 4 5
1 Объем продаж 8,25 8,25 8,25 8,25 8,25 16,5
2 Переменные издержки 4,004 4,004 2,08 2,08 2,08 2,56
3 Постоянные издержки 0,137 0,137 0,094 0,094 0,094 0,11
4 Налоги 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 2,3
5 Денежные средства от производственной деятельности 2,459 2,459 4,426 4,426 4,426 11,53
6 Выплаты на приобретение активов - 0,204 0,15 0,15 0,733 0,15
7 Поступления от продажи активов - - 1,25 0,4 0,4 0,4
8 Денежные средства от инвестиционной деятельности - -0,204 1,1 0,25 0,25 0,25
9 Баланс денежных средств на начало периода 2,459 4,714 10,242 14,918 19,011
10 Баланс денежных средств на конец периода 2,459 4,714 10,242 14,918 19,011 30,791
Таким образом, можно считать, что рациональными с точки зрения минимума приведенных затрат является следующий диапазон изменений технологических параметров: 1хт = 1,5+2,5 м; Бхт = 0,8+1,0 м2 ; V = 4,0 + 6,0 м/с; Ькп = 150,0 + 250,0 м .
Общеизвестно, что основой карьера являются его горнотранспортные комплексы, которые в процессе своей деятельности образуют грузопотоки, объединяют технологические процессы по добыче полезных ископаемых и определяют развитие карьера.
Сравнивая вышеназванные виды карьерного транспорта по экономическим показателям, оценим влияние замены транспортных средств на развитие горнодобывающего предприятия.
Следует отметить, что конкурентоспособность, а следовательно, и жизнеспособность предприятия во многом зависят от себестоимости продукции, которая и определяется в основном выбором транспортных средств.
Оценку финансовой состоятельности проекта по замене одного вида транспорта на другой проводим на основе планирования поступления и расхода денежных средств при осуществлении проекта.
Финансирование проекта предполагается из собственных средств предприятия, и срок жизни проекта определяется сроком существования горного предприятия.
Для сравниваемых транспортных средств считаем равной производительность транспортных участков.
Эффективность применения конвейерных поездов при
отработке месторождений открытым способом рассмотрим на примере одного из карьеров Казахстана.
Строительство Куржункульского карьера ОАО «ССГПО» с проектной мощностью по добыче 3,0 млн т сырой руды в год начато в 1981 г. В 1983-1986 гг. карьер введен на мощность 1,5 млн т, которая в процессе эксплуатации освоена. Дальнейшее наращивание мощности не производилось из-за недостатка капиталовложений. Глубина карьера достигла 110 м при проектной на конец отработки 350 м. С начала эксплуатации к 1996 г. добыто 15 млн т и в контуре карьера остается запасов руды 85,5 млн т, которые обеспечивают срок службы карьера в течение 33 лет [7].
Автомобильные съезды (шириной 20 м) расположены на северо-западном борту карьера и имеют петлевую форму трассы до горизонта -155 м и спиральную на горизонта -125.
В настоящее время карьер находится на консервации в связи с неконкурентоспособностью продукции предприятия, основная причина которой ее высокая стоимость. Одними из основных факторов, обуславливающих высокую себестоимость продукции, являются [8] недоукомплектованность по основному и вспомогательному оборудованию (автосамосвалы, экскаваторы, бульдозеры, средства малой механизации), отсутствие ремонтной базы (по транспортному хозяйству), плохое материально-техническое снабжение (шпалы, материалы верхнего строения пути).
Существенную часть этих негативных факторов можно решить, используя в качестве одного из основных транспортных средств конвейерные поезда, которые могут быть изготовлены на предприятиях Казахстана, и тем самым сократить экспорт дорогостоящих автосамосвалов, тяговых агрегатов, снизить затраты на строительство и ремонт путепроводов. Учитывая, что более 50 % стоимости продукции ложится на транспортные расходы, ликвидация причин удорожания себестоимости продукции за счет применения радикальных мер по повышению эффективности работы средств доставки горной массы позволит выйти горному
Рис. 2. Изменение удельных приведенных затрат от скорости движения
6 7 8 9 10
16,5 16,5 16,5 16,5 16,5
2,56 2,56 2,56 2,56 2,56
0,11 0,11 0,11 0,11 0,11
2,3 2,3 2,3 2,3 2,3
11,53 11,53 11,53 11,53 11,53
0,15 0,15 0,15 0,15 0,15
0,4 0,4 0,4 0,4 0,4
0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
30,791 42,589 54,348 66,127 77,906
42,569 54,348 66,127 77,906 89,685
предприятию из банкротства.
Технологическая схема системы «конвейерный поезд» включает доставку горной массы из забоев автосамосвалами в приемные бункера и подачу ее питателем на грузонесу-щую поверхность конвейерного поезда. Конвейерный поезд поднимается по наклонной трассе до горизонта, где размещены открытые перегрузочные склады с подъездными железнодорожными путями. Далее горная масса из бункера перегружается в железнодорожные вагоны и вывозится из карьера.
Другой вариант доставки горной массы с нижних горизонтов при помощи конвейерных поездов учитывает то, что ходовая часть конвейерных поездов рассчитана на колею железнодорожного транспорта. В этом случае при выходе на транспортный горизонт конвейерный поезд переходит на железнодорожные пути. Затем один конвейерный поезд или группа состыкованных поездов сцепляется с тяговым агрегатом или электровозом, который доставляет этот состав до места назначения. После разгрузки конвейерных поездов этот же агрегат довозит состав до транспортного горизонта, откуда конвейерные поезда при помощи электромагнитных приводов перемещаются до пункта погрузки.
При этом варианте осуществляется бесперегрузочная доставка горной массы по кратчайшему расстоянию за счет увеличения угла транспортирования, что обеспечивает высокую производительность транспортного комплекса, снижение объема горной массы, подвергнутой многократной перегрузке, сокращение числа автосамосвалов, одновременно находящихся на нижних горизонтах, улучшение экологической обстановки на карьере.
При финансовой оценке учитывалось, что до четвертого года реализации проекта объем добычи составляет 1,5 млн т /год, а с пятого - возрастет до 3 млн т/год. В переменных издержках принимались затраты на топливо, автошины, автотрассу и со второго года - затраты на электроэнергию, которую потребляют электромагнитные приводы конвейер-
Рис. 3. Изменение денежного потока по годам
ного поезда. В постоянные издержки входили затраты на выплату зарплаты водителям автотранспорта, машинистам экскаваторов и локомотивов, обслуживающему персоналу. Налоги (НДС, за недропользование, бонус, роялти, сверхприбыль) связаны с объемом продаж и повышались при увеличении добычи. Не являются объектом налогообложения карьерные автосамосвалы грузоподъемностью 40 т и выше. Источником поступлений денежных средств от инвестиционной деятельности служит выручка от реализации части автотранспорта, которые были заменены на КП, и продажа изготовленных на предприятии конвейерных поездов. Затраты на вновь приобретаемые активы связаны с приобретением материалов для изготовления КП, покупкой дополнительно погру-
Рис. 4. Зависимость чистой приведенной стоимости от коэффициента дисконтирования
зочных средств и изготовление конвейерных поездов к пятому году реализации проекта, связанных с увеличением объема добычи руды.
В табл. 2 представлено движение денежных средств при замене автотранспорта на конвейерные поезда.
Баланс движения денежных средств при реализации проекта показывает тенденцию устойчивого роста прибыли предприятия, которая к 10-му году более чем в 30 раз превышает первоначальную. Такой баланс позволит предприятию приобретать более мощное горнотранспортное оборудование, увеличить объем производства и продаж, снизить себестоимость продукции, что в конце концов повысит его способность преодолевать возможные экономические трудности в будущем, а это, по определению академика РАН К.Н. Трубецкого [9], и подразумевает жизнеспособность предприятия.
На рис. 3 представлены графики изменения денежных потоков при использовании для перевозки горной массы конвейерных поездов (кривая 1) и только автотранспорта (кривая 2). После четвертого года реализации проекта при увеличении объема добычи руды денежный поток возрастает в 1,6 раза по сравнению с использованием только автотранспорта. При этом при оценке финансирования в переменных издержках оставались затраты на автотрассу и на необходимые при этом горнопроходческие работы, хотя при использовании конвейерных поездов число и средневзвешенное расстояние пробега автосамосвалов существенно сокращается. Прирост прибыли в рассматриваемом проекте будет выше, если при использовании только автосамосвалов учесть при повышении объема добычи необходимость приобретения дополнительной техники, что не было сделано при оценке замены транспортных средств.
Однако реальный проект может потребовать вложений и приносить прибыль на каждом периоде планирования и не-
обходимо оценить прибыль каждого периода относительно стоимости настоящего момента. Для этого воспользуемся методом дисконтирования, поскольку процедура дисконтирования позволяет максимально полно учесть инфляцию на различных стадиях проекта.
На рис. 4 приведены кривые (1 - использование конвейерных поездов; 2 - автотранспорт) изменения чистой приведенной стоимости проекта от коэффициента дисконтирования d. Кривая 1 демонстрирует то, что проект остается доходным при достаточно широком значении ставки дисконтирования, и предприятие в будущем будет иметь при-
быль больше, чем в первоначальный момент и от использования только автотранспорта.
Таким образом, можно считать возможным повысить жизнеспособность предприятия, увеличить его доходность при использовании конвейерных поездов как подъемного транспортного средства, сокращающего расстояние доставки горной массы с нижних горизонтов на поверхность, снижающего число задействованных на карьере автосамосвалов, имеющего простую конструкцию и технологию изготовления и не являющегося источником газопылевыделе-ний.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Яковлев В.Л., Смирнов В.П. Совершенствование карьерных автосамосвалов для эксплуатации в сложных транспортных системах глубоких карьеров//Горный журнал, № 7, 1993.
- С. 23-27.
2. Дремин А.И., Перепелицын А.И., Крутиков Н.Н. и др. Подъемник для поставки груженых автосамосвалов со дна карьера на поверх-ность//Горный журнал, № 7, 1993. -С. 49-52.
3. Красноштанов Р.Ф., Зырянов И.В. Технологический транспорт на карьерах//Горный журнал, №9, 1994.
- С. 30-33.
4. Сытенков В.Н. Решение экологических проблем карьера Мурун-тау//Горный журнал, № 7. 1991. - С. 56-57.
5. Мосинец В.Н., Лукьянов А.Н., Аверкин Л.А. и др. Проблемы нормализации атмосферы на открытых горных работах//Горный журнал, №1, 1991. - С. 48-52.
6. Едыгенов Е.К., Сагимбаев Д.Т. Перспективы применения конвейерных поездов при открытом способе добычи полезных ископаемых. Аналитический обзор//Алма-Ата: КазНИ-ИНТИ. - 1988. - 45 с.
7. Горные и рудоподготовительные производства объединения//АО ССГПО, г. Рудный. — 1996. — 28 с.
8. Отчет ИГД АН КазССР «Оценка состояния и перспектив развития горных работ на карьерах ССГПО с учетом требований правил технической эксплуатации и технологических норм. -Алма-Ата, 1991.
9. Трубецкой К.Н., Пешков А.А., Мацко Н.А. Метод и результаты исследований оптимизации стратегии освоения месторождений//Г орный вестник, №4, 1996. — С. 3-10.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Едыгенов Е.К. —кандидат технических наук, член-корр. Академии минеральных ресурсов Республики Казахстан, заместитель директора ИГД им. Д.А.Кунаева по науке, заведующий лабораторией разрушения и доставки горных пород.