CC BY
38
© В.И. Прокопенко, A.B. Кириченко, 2012
УДК 658.589:622.28
В.И. Прокопенко, А.В. Кириченко
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИННОВАЦИОННОГО КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ
Рассмотрено снижение затрат на проведение и ремонт горных выработок по основным статьям калькуляции себестоимости указанных работ при использовании рамного крепления с анкерными системами. На примере угольных шахт Западного Донбасса определен экономический эффект, который может быть получен при внедрении крепей нового технического уровня.
Ключевые слова: горные выработки, горно-подготовительные работы, затраты на крепление, расчетные модели, экономический эффект.
Ухудшение горно-геологических условий разработки угольных пластов, связанное с ростом глубины, приводит к ухудшению состояния горных выработок. Лаже в одиночной подготовительной выработке, еще до начала очистной выемки, смешение горных пород достигают значительных величин, которые превышают конструктивную податливость традиционных шахтных крепей. При этом происходят частые отказы элементов крепи, что является причиной перекрепления выработки зачастую через 3 — 4 месяца после начала её проходки.
Затраты на строительство горных выработок с длительным сроком эксплуатации находятся в пределах 4—8 тыс. грн на 1 пог. м. Стоимость ме-таллокрепи составляет 33—42 %, остальная часть себестоимости вызвана затратами на металлические изделия, материалы, оплату труда, содержание оборудования и прочее. Затраты на ремонт превышают затраты на строительство выработки уже после 2 ... 5 лет в зависимости от условий ее эксплуатации.
Перспективным направлением совершенствования технологии горно-
подготовительных работ является проходка выработок с использованием комбинированной рамно-анкер-ной крепи. Научными и инженерно-техническими работниками ЗЛНПЦ «Геомеханика» для сложных горногеологических условий разработана металлическая рамно-анкерная крепь КЦЛО нового технического уровня (НТУ), которая имеет форму овоида, максимально приближенного к эллипсу. Такая форма крепи является наиболее устойчивой из известных форм при воздействии на нее горного давления.
На сегодняшний день существует ряд научных публикаций и методических материалов, в которых обоснована необходимость оценки экономической эффективности инноваций. В рекомендациях [1] дана классификация показателей экономической оценки инновационных проектов и рассмотрены виды экономического эффекта от их реализации. В научной работе [2] оценки экономической целесообразности инноваций отсутствует простой и доступный для анализа подход к определению уровня производственных затрат, связанных с внедре-
нием новых моделей крепи в различных горно-геологических условиях эксплуатации. Целью этой публикации есть усовершенствование методических положений расчета стоимости инновационного крепления и на их основе экономическая оценка рамных металлоконструкций, высвобождаемых при проходке выработок с использованием анкеров в различных по устойчивости горных породах. Указанные положения составлены на базе работ [2, 3]. Особенностям применения крепи НТУ по опыту работы угольных шахт посвящены публикации [4, 5].
Применение рамно-анкерной крепи НТУ приводит к снижению производственных затрат на добычу угля вследствие таких факторов:
• снижения плотности установки арочных рам (до 0,8—1 рамы на 1 пог. м выработки), а также объема и частоты их ремонта;
• снижения объема затрат на приобретение элементов металлической крепи за счет уменьшения их количества;
• снижения объема фонда оплаты труда горнорабочих, занятых на подрывке почвы выработки, на выпуске и погрузке породы из кровли, замене элементов крепи и на других работах по восстановлению сечения выработки.
Ниже с учетом указанных факторов приведены формулы расчета себестоимости горно-проходческих и ремонтных работ на угольных шахтах. По статьям «Материалы» и «Содержание основных средств производства» затраты на строительство и ремонт долговременно эксплуатируемых горных выработок устанавливают по формуле:
3 =
т0
(1 + ах Т) +
упхИхЬ
ЗП х Т, (1)
пежной рамы, т; Цп — цена металлопроката в изделии, грн/т; ^ — шаг установки арочных рам, м; а — коэффициент учета дополнительных рам, приобретаемых для восстановления сечения выработки, доли ед.; уп — плотность пород, т/м3; И — толщина подрывки почвы, м; Ь — ширина выработки, м; д — производительность труда горнорабочего по ремонту, т/чел. — смену; 3П — уровень оплаты труда горнорабочего, грн/чел. — смену; Т — срок эксплуатации выработки, лет.
Расчёт затрат по статье «Стоимость изделия» на проведение выработки с применением рамно-анкерной крепи выполняют по выражению:
Зар = т- х Цп + МА х ЦА
(2)
где Зар — затраты на приобретение крепежных рам и комплекта анкеров, грн/пог. м; МА — количество анкеров, шт./1 пог.м ; ЦА — цена анкера, грн.
В тех случаях, когда качество возведения рамно-анкерной крепи будет хуже нормативного, затраты рассчитывают по следующей формуле:
(3)
Зар = т- х Цп + NА х ЦА +
р
+ 1 п х И х Ь ЗП х Т . д
Снижение уровня производственных затрат в результате применения рамно-анкерной крепи устанавливают для различных этапов эксплуатации выработки по выражениям: • на этапе строительства: ,т0
У, =1
t
, ) х Ц -^ п Р
-МА х ЦА, грн/пог.м,
(4)
где Зр — удельные затраты на приобретение элементов крепи и подрывку (восстановление сечения) выработки, грн/1 пог.м; то — масса одной кре- рам, т, и шаг их установки в выработ-
где т0, тр, О ^ — массы арочных
ке, м, соответственно базовой крепи и
КЦЛО; (-^ - х Цп — уровень
1о 1р
снижения производственных затрат за счёт снижения расхода металлопроката, грн/1 пог. м;
в конце 2-го года эксплуатации, если подрывка и частичное перекрепление осуществляются ежегодно:
т ух Ь х Ь
Уэ2 = 2х (а—0х Ц +-п-ЗП)
Ъ П Яг
-Мд х ЦА, грн/пог.м, (5)
где а -то х Цп — затраты на покупку
дополнительных крепежных рам для замены рам, не пригодных к дальнейшей эксплуатации, грн/(пог.м.год);
ЗП — затраты на подрыв-
у п х Ь х Ь
Яг
ку почвы, грн/(пог.м.год); МАЦА — цена комплекта устанавливаемых анкеров, грн/1 пог.м выработки;
в конце срока эксплуатации, если подрывка и частичное перекрепление осуществляются ежегодно:
а) уровень снижения общих затрат на строительство и эксплуатацию:
= (.то - т^ х ц + г х
^ О t п
р
т ух Ь х Ь х(а^х Ц +-п-ЗП) -
^ п
Я г
- N д х Ц А, грн/пог.м;
(6)
б) на перекрепление и ремонты в течение срока эксплуатации выработки:
т
УэТ = Тх (а—^х Ц + эТ t п
у х Ь х Ь
п
Яг
-ЗП) , грн/пог.м.
(7)
Снижение уровня суммарных производственных затрат при замене
рамной крепи на рамно-анкерную крепь определяют как произведение удельного уровня снижения рассматриваемых затрат (формулы (4) — (7)) на суммарную длину всех выработок, где осуществляется их замена.
Оценка экономического эффекта от применения крепей НТУ выполнена на примере шахт ОАО «Павло-градуголь». Применительно к этим шахтам приняты технические, технологические и экономические показатели крепления и ремонта горных выработок. В 2007 году на шахтах закреплено рамно-анкерной крепью 26402 пог.м, анкерной крепью — 6500 пог.м выемочных выработок. Изменение затрат на строительство и ремонт различных выработок, в том числе, по статьям «Приобретение рам, анкеров», «Подрывание почвы», «Восстановление сечения выработки» в породах различных категорий по устойчивости во времени эксплуатации представлено на рис. 1 (а — в). При проведении выработки в породах со смещениями 500 мм/год, если используется крепь КШПУ — 13,7, затраты на строительно-ремонтные работы равны 8 тыс. грн на 1 пог.м выработки (рис. 1, а). Из них затраты на приобретение рам — 2688 грн. Лля принятых условий кривая 1 описана зависимостью:
3 = 1,16"+1 Ь х F х и,
(8)
где Зс — общие затраты на строительство выработки, грн; Ь, F -соответственно, протяженность выработок, км, и площадь сечения в проходке, м2; и — смещение горных пород, м/год; п — год эксплуатации.
При строительстве 10 км рассматриваемых выработок общие затраты на проходку и ремонт составят: Зс = 80,0 млн грн. Выражение (8) применяют для планирования уровня расходов
+
б
а
в
и ■= 150 мм/год Удельные 'затраты л;1 строительство, тыс грн/гг.м.
Восстановление сечения с замене® рач
0 1 2 3 4 5 6 7 8 Ч 10 II 12 13 14 15 Рис. 1. Графики изменения затрат на проведение и ремонт горной выработки во времени ее эксплуатации при использовании таких моделей крепления . (соответственно на рис. а, б и в): 2-КШПУ-13,7 с шагом установки рам 0,5 м; 0,67 м; 0,8 м. 2-КШПУ-13,7 с шагом 0,5 м; 0,67 м; 0,8 м и 5-ю; 3-мя и 3-мя анкерами на п.м. 5-КЦЛО-13,1 с шагом 1 м; 0,67 м; 1 м и 8-ю; 5-ю и 4-мя анкерами на п.м. 4-КЦЛО-13,7 с шагом 0,8 м; 0,8 м и 12-ю; 6-ю; и 5-ю анкерами на п.м. 5-КШПУ-13,7 с шагом 0,8 м и с 9-ю анкерами (на рис. б)
Таблица 1
Снижение производственных расходов при использовании анкерно-рамного крепления горных выработок
Смешение Протяженность Снижение расходов, млн. грн
пород, мм/год горных выработок, км При строительстве При эксплуатации 1-го года В конце 3-го года
500 10 7,0 34,66 71,88
300 6 1,2 11,16 24,56
150 4 0,24 2,15 4,47
Всего 20 8,44 47,97 100,91
на ремонты горных выработок в зависимости от продолжительности их эксплуатации. Из рис. 1, а) следует, что применение крепи КШПУ — 13,7 с плотностью 2 рамы на 1 пог.м и 5 анкерами в рассматриваемых условиях приведет лишь к удорожанию строительства и необоснованно высоким затратам на ремонты из-за блочного опускания кровли вместе с анкерами (кривая 2). Альтернативными решениями могут быть: а) КШПУ — 13,7, шаг 0,8 м и 12 анкеров на 1 пог. м; б) КЦЛО — 13,1, шаг 1 м и 8 анкеров на 1 пог.м.
Наилучшим для этих условий является вариант с применением крепи КЦЛО — 13,1. За счет увеличенного вдвое шага установки крепи уже на этапе строительства удельные затраты снижаются на 0,7 млн. грн, на конец первого года эксплуатации — на 3,47 млн. грн, на конец третьего года — на 2,4 млн. грн в год на 1 км выработки. Аналогично определены рациональные модели крепления для строительства и безремонтной эксплуатации выработок в породах со смещениями 300 и 150 мм/год (рис. 1, б и в).
Выполненные исследования применительно к условиям проведения и ремонта горных выработок на угольных шахтах ОАО «Павлоградуголь» позволили установить следующее:
Применение рамно-анкерного крепления НТУ взамен технически и морально устаревшего арочного обеспе-
чивает значительное (50 — 100 млн. грн.) снижение уровня производственных расходов, которое зависит от смещения горных пород и протяженности выработок по этапам эксплуатации (табл. 1). На основе рамно-анкерной технологии могут быть организованы работы высоко нагруженных очистных забоев (1800 т угля в сутки и выше).
Рамное арочное или шатровое крепление с уменьшенным по сравнению с проектным количеством анкерных систем на 1 пог.м выработки приводит к росту затрат на горно-проходческие работы. Из-за блочного опускания кровли вместе с анкерами условия для ремонта будут хуже, чем при креплении выработок металлическими рамами. Производительность труда ремонтников уменьшается, а затраты на ремонты в среднем удваиваются.
В породах со смещениями для рамной крепи 500 мм/год применение крепи КЦЛО — 13,1 с 8-ю анкерами на 1 пог.м позволяет вдвое уменьшить металлоемкость крепления. Это снижает затраты на строительство выработки на 0,7, а на ремонты — на 7,19 млн. грн/км после 3 лет эксплуатации.
Наилучшими вариантами крепления выработок в горных породах со смещениями 300 и 150 мм/год (для рамной крепи) являются: а) КЦЛО — 13,1 — 1 рама и 6 анкеров на 1 пог.м; б) КЦЛО — 13,1 — 1 рама и 4
анкера на 1 пог.м. В среднем по рассматриваемым вариантам крепления горных выработок крепью КЦЛО с анкерами производственные затраты снижаются на 1,083 млн грн на 1 км магистральных выработок.
Рамно-анкерная крепь позволяет поддерживать горные выработки в безремонтном состоянии в течение
проектного срока их службы, что обеспечивает наращивание объема добычи угля и существенную экономию трудо-, энерго — и материальных затрат на подземные горные работы и является перспективным направлением технического перевооружения угольных шахт Западного Донбасса.
1. Методические рекомендации по экономической оценке эффективности инвестиций в инновации // К., Министерство Украины по делам науки и технологий, ГОСИННОФОНД Украины/ В соответствии с приказом ГОСИННОФОНДА от 29.05.1998 г., № 37 — 27 с.
2. Методология оценки эффективности инноваций в угольном производстве / А.И. Амоша. А.И. Кабанов. В.Е. Нейенбург. Ю.З. Драчук: Монография/ НАН Украины. Ин-т экономика промышленности. - Донецк. - 2005. - 250 с.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Булат А.Ф., Виноградов В.В. Опорно-анкерное крепление горных выработок угольных шахт / ИГТМ НАН Украины. — Днепропетровск. - 2002. - 372 с.
4. Кириченко В. Я. Резервы повышения эффективности крепления горных выработок на шахтах ГКХ «Павлоградуголь» //Геотехн. механика - Днепропетровск: ИГТМ НАНУ. - 2000. - № 23. — С. 37—44.
5. Кияшко Ю.И., Кириченко А. В. Экономический прогноз эффективности применения анкерно-рамной крепи // Уголь Украины. - 2008. - № 3. - С. 30-32. Е2Е
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Прокопенко В.И. — кандидат экономических наук, зав. кафедрой,
Кириченко А.В. — ассистент кафедры «Прикладная экономика», e-mail: [email protected]. Национальный горный университет.
Активные читатели «Горной книги» из Казахстана (М. Отебаев, Б. Ратов)
