CC BY
18
© С.С. Резниченко, М.А. Лозинская, 2013
УДК 622.026.5
С.С. Резниченко, М.А. Лозинская
МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОБОСНОВАНИЯ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Представлены принципы обоснования организационно-технологических схем. Разработаны экономико-математические модели формирования и оценки организационно-технологических схем.
Ключевые слова: организационно-технологическая схема, организация производства, качество угля, критерий оптимальности.
Развитие теоретических основ организации горного производства связано, прежде всего, с именами проф. Шешко Е.Ф., академиков Мельникова Н.В. и Ржевского В. В., докторов технических наук Га-ницкого В.И. и Истомина В.В.
Первоначально задачи организации горных работ изучались при обосновании параметров систем разработки. При этом рассматривались организационные схемы применительно к вариантам системы разработки, которые назывались проф. Е.Ф. Шешко «схемами экскавации», акад. Н.В. Мельниковым - «технологическими схемами».
После того, как акад. В.В. Ржевский предложил (1968 г.) рассматривать отдельно системы открытой разработки и системы комплексной механизации открытых горных работ, получившие ранее применение (по классификации Н.В. Мельникова) термины «бестранспортные системы разработки», «транспортные системы разработки» стали часто пониматься как технологии, технологические схемы.
Вопросы организации горного производства были систематизированы проф. Ганицким В.И. в моногра-
фии «Организация производства на карьерах» (1983г.) [1]. Организация промышленного производства, в том числе и горного, по определению проф. Ганицкого В.И., - «система закономерностей, правил и мер, направленных на рациональное сочетание средств производства и труда в едином процессе производства при определенных технических, технологических и социально-экономических условиях». Это широкое определение объединяет, как организацию производственных систем, так и организацию производственного процесса во времени и пространстве.
Дальнейшее развитие методов обоснования организационно-технологических схем связано с трудами академика В.В. Ржевского и его научной школы (проф. Истомин В.В. [2] и проф. Резниченко С.С. [3]). При этом организационно-технологическая схема (ОТС) рассматривается, как динамическая совокупность карьерного оборудования и горнотехнических элементов. Такое понятие организационно-технологической схемы отображает, как динамику расстановки карьерного оборудования, так и динамику изменения элементов сис-
тем разработки и вскрытия, их параметров [5].
Организационно-технологические схемы включают элементы систем разработки в динамике их развития, количественные и качественные показатели грузопотоков, карьерное оборудование и его расстановку.
Основные структурные подразделения, входящие в организационно-технологическую схему: участки горных работ или разрезы, входящие в холдинговую структуру, включающие экскаваторное и транспортное оборудование, транспортные коммуникации, отвалы пустых пород (внутренние и внешние), обогатительную фабрику, склады готовой продукции.
Организационно-технологическую схему разработки угольных месторождений рекомендуется формировать поэтапно, последовательно решая задачи проектирования разрезов (обоснование структуры комплексной механизации), перспективного и годового планирования развития горных работ, определение мощности предприятий, формирования породо- и углепотоков.
Структура комплексной механизации является важнейшей частью организационно-технологических схем. Она определяется при проектировании строительства нового карьера или при его реконструкции. Для этого по этапам технологического процесса (буровзрывные работы, вы-емочно-погрузочные работы, транспорт и отвалообразование) строится альтернативный граф, вершинами которого являются варианты использования бурового оборудования, вы-емочно-погрузочного оборудования, транспортного оборудования и отвального.
Ребра графа характеризуют переходы между смежными процессами -
между буровыми работами и выемоч-но-погрузочными, выемочно-погру-зочными и транспортными, транспортными и отвальными. Далее дается экономическая оценка затрат на приобретение нового оборудования и затрат на его эксплуатацию.
Решение задачи формирования организационно-технологических схем подразделяется на этапы в соответствии с выполняемыми процессами, начиная с буровзрывных работ и включая последовательно выемочно-погрузочные работы, транспорт горной массы и отвалообразование.
Процесс характеризуется затратами на приобретение и эксплуатацию оборудования.
Параметрами, характеризующими систему, являются затраты на приобретение оборудования (ребра графа) и его эксплуатацию (вершины графа).
Капитальные затраты берутся на основе анализа рынка горного оборудования, а эксплуатационные затраты - по фактическим данным работающих предприятий холдинга.
Начальное состояние системы характеризуется вершиной альтернативного графа (Б0) (рис. 1).
На первом шаге вычисляются суммарные приведенные затраты в зависимости от принятого управления (определение типа бурового оборудования).
Б1, Б2, Бз - затраты на приобретение бурового оборудования.
Б'1, Б'2, Б'з - затраты на эксплуатацию бурового оборудования.
(Б1Еп + Б'1), (Б2Еп + Б'2), (БзЕп + Б'3) - общие приведенные затраты на приобретение и эксплуатацию бурового оборудования.
На втором этапе рассматриваются затраты на приобретение и эксплуатацию выемочно-погрузочного оборудования. А также учитывается
взаимозависимость работы типов буровзрывного и выемочно-погрузоч-ного оборудования.
Э1, Э2, Э3 - затраты на приобретение выемочно-погрузочного оборудования.
Э'1, Э'2, Э'3 - затраты на эксплуатацию выемочно-погрузочного оборудования.
(Э1Е + Э'1), (Э2Еп + Э'2), (ЭзЕп + Э'3) - общие приведенные затраты на приобретение и эксплуатацию выемочно-погрузочного оборудования.
На третьем этапе рассматриваются затраты на приобретение и эксплуатацию транспортного оборудования. А также берется во внимание взаимозависимость работы типов выемочно-погрузочного и транспортного оборудования.
Т1, Т2, Т3 - затраты на приобретение транспортного оборудования.
Т'1, Т'2, Т'з - затраты на эксплуатацию транспортного оборудования.
(Т1Еп + Т'1), (Т2Еп + Т'2), (ТзЕп + Т'з) - общие приведенные затраты на приобретение и эксплуатацию транспортного оборудования.
На четвертом этапе рассматриваются затраты на приобретение и эксплуатацию отвального оборудования. А также учитывается взаимозависимость работы типов транспортного и отвального оборудования.
О1, О2, О3 - затраты на приобретение отвального оборудования.
О'1, О'2, О'3 - затраты на эксплуатацию отвального оборудования.
(О1Еп + О'1), (О2Еп + О'2), (ОзЕп +
О'3) - общие приведенные затраты на приобретение и эксплуатацию отвального оборудования.
На заключительном этапе выбирается вариант с наименьшими затратами (Б4).
3i э2 э3 э3
3i
Рис. 1. Альтернативный граф структуры комплексной механизации
Минимальные затраты выбираются после каждого этапа (Si, S2, S3, S4).
So ^B(So) ^ Si ^ 3(Si) ^ S2 ^ T(S2) ^ S3 ^ 0(S3) ^ S4 S4 = min (Б, Э, T, O) 3t(S) = min [3i^(So)) + 320(Si)) + 33(T(S2)) + 34(0(5з))].
Перспективное планирование горных работ является одним из основных этапов формирования организационно-технологической схемы. На этом этапе учитывается динамика изменения элементов системы разработки. При этом разрабатываемый план развития горных работ должен быть направлен на обеспечение стабильного использования производи-
тельности горных машин (прежде всего выемочно-погрузочного оборудования) и обеспечения требований к качеству поставляемого угля по показателям зольности, влажности, теплоте сгорания и содержанию серы в угле.
Возможны две ситуации в зависимости от логистической схемы реализации продукции. Качество обеспечивается каждым разрезом, входящим в холдинг, или на уровне холдинга в целом.
Для перспективного планирования горных работ выполняется технологически-организационное зонирование участка отработки, прежде всего по показателям качества продукции. При параллельном развитии горных работ определяются заходки по угольным пластам, породам вскрыши и смешанные. При разбиении на заходки определяется технологическая допустимость выемки извлекаемых блоков на текущем и вышележащем уступе.
На кафедре организации и управления в горной промышленности доктором физико-математических наук Валуевым A.M. разработаны нелинейная модель рабочей зоны для угольных разрезов с углубочной системой разработки и вычислительный метод, основанный на комплексном применении ряда методов нелинейного программирования (метод возможных направлений и экстрогради-ентный метод) [4].
В связи с изменчивостью внешней и внутренней среды угольных предприятий целесообразно уточнять объемы добычи угля ежегодно.
Угольная компания имеет в своем составе несколько угледобывающих
предприятий i (i = 1, n , где n - общее количество разрезов). При этом добываются различные сорта угля y (y = 1, m, где m - общее количество сор-
тов угля) двух видов - мелкой и крупной фракции. Уголь может обогащаться на обогатительной фабрике или отправляется, непосредственно, потребителю. Известна цена угля в зависимости от фракции. Известен выход каждой фракции угля (мелкой и крупной) по горным предприятиям (YM, YK). Определены максимальные производительности по каждому предприятию (i = 1, n). Определены также постоянные (Z) и переменные (z) затраты на добычу угля по каждому предприятию. Требуется определить объем добычи угля по предприятиям, обеспечивающий максимальный показатель EBITDA (Earnings before Interest, Taxes, Depreciation and Amortization).
EBITDA - прибыль до уплаты налогов, вычета начисленных процентов, амортизационных отчислений.
Этот финансовый показатель представляет собой прибыль компании, освобожденную от влияния налогового окружения и способов финансирования, а также от влияния организации учета (в части амортизации). Данный показатель рассчитывается по следующей формуле: EBITDA = Y - Сопер + A - Спр + I =
= Над*,-&i + ztxt + A, .
i y i=1
Y - общий доход (выручка); Сопер -общая сумма операционных расходов; A - величина амортизационных отчислений; Спр - общая сумма прочих расходов; I - величина процентов по кредитам и займам; Цт - цена угля сорта m на i-ом разрезе.
Известен выход каждого сорта угля по разрезам (S).
Sy - выход сорта y на i-ом разрезе. Xj - производительность на i-ом разрезе.
Y = Н UySyX.
1 ^=1 =1
У
/ = 1, п Затраты:
п
2 ^ - постоянные затраты, IZ{ .
1=1
п
г, - переменные затраты, I г ¡х , .
=1
п
Сопер = 1[-(( + г Хг ) + А ] ,
=1
IА - сумма амортизационных от!
числений.
Ограничения:
- по мощности разрезов:
X < Хтах,(1 = Щ);;
- по выходу сортов угля:
IБ, = 1,(1 = ).
У
Организационно-технологические схемы включают элементы систем разработки в динамике их развития, количественные и качественные показатели грузопотоков, карьерное оборудование и его расстановку.
Основные структурные подразделения, входящие в организационно-технологическую схему: участки горных работ или разрезы, входящие в холдинговую структуру, включающие экскаваторное и транспортное оборудование, транспортные коммуникации, отвалы пустых пород (внутренние и внешние), обогатительную фабрику, склады готовой продукции.
Задача формирования организационно-технологической схемы включает определение объемов горных работ (вскрышных и добычных) и параметров грузопотоков [6].
Авторами формализована постановка задачи формирования угле- и поро-допотоков и разработана экономико-математическая модель обоснования ка-
чественно-количественных показателей углепотоков и породопотоков.
Приняты следующие обозначения: 1 - участки горных работ или разрезы, входящие в холдинговую структуру (/ = 1, I); V,- - объем добычи угля, добываемого на /-ом участке; VI -соответственно минимальный и максимальный объем вскрышных и добычных работ на /-ом участке. Минимальный объем определяется потребностью в угле, а максимальный - производительностью (мощностью) добычных участков.
Уголь, отгружаемый потребителю должен соответствовать требованиям, предъявляемым к качеству.
А - показатель зольности угля, добываемого на -ом участке, направленного на обогатительную фабрику или потребителю; Ш, - влажность угля, добываемого на -ом участке, направленного на обогатительную фабрику или потребителю; Q , - теплота сгорания угля, добываемого на -ом участке, направленного на обогатительную фабрику или потребителю; Б, - содержание серы в угле, добываемого на /-ом участке, направленного на обогатительную фабрику или потребителю; / - отвалы пустых пород, (/ = 1, с1); 1™х - минимальный и максимальный показатель зольности угля; V™ж - максимальная емкость /-го
отвала; V ^ V ц V ¡к - объем грузопотока
с участка (/) на отвалы (/), на обогатительную фабрику ($ и на угольный склад (к).
с/,с$,с ¡к - затраты на перевозку
одной тонны угля с -го участка на /ый отвал, на обогатительную фабрику ($ и на угольный склад (к).
Критерий оптимальности модели -затраты (К) на транспортировку, которые минимизируются:
I J
K = ZZ cjxj + cifxif + ckxk ^ min •
i=1 j=1
При этом следует учесть ограничения:
- по мощности предприятия:
vmin < vf < vmax,(i=17);
- по качеству угля: Показатели зольности (A), влажности W), удельной теплоты сгорания (Qi), серы (S) по участкам:
ZA", ZW";
i=i i < A; Ц-< W;
Z"; i=1 i=1
IQ"; IS",
,=1 i < Q; Ц-< S.
,=i Z"; ,=i
1. Ганицкий В. И. Организация производства на карьерах. - М.: Недра. - 1983. - 232 с.
2. Истомин В.В. Исследование развития горных работ на рудных карьерах. - Дисс. на соиск. уч. степ. докт. техн. наук. - М.: МГИ. - 1991. - 484 с.
3. Резниченко С.С., Багров Д.А. Моделирование организационно-технологических схем при среднесрочном планировании открытых горных работ // Горный журнал. -
2008. - № 5. - С. 68-72.
4. Валуев A.M. Метод и программа оптимизации рабочей зоны угольного разреза // Отдельные статьи Горного информации-
- по приемной способности отвалов:
min ^ r/max r,min ^ max min .. r/max Vij - Vij ! Vif - Vif ! Vik - Vik •
- по объему грузопотоков на отвалы, обогатительную фабрику и угольный склад:
„min ^ „max „min ^ „max „min ^ „max
cn - cn ;Cm - cn ;Cm - Cm .
Разработанные методические принципы формирования организационно-технологических схем апробированы в ООО «СУЭК-Хакасия», включающее три разреза, шахту и обогатительную фабрику. При планировании деятельности ООО «СУЭК-Хакасия» на второе полугодие 2013 года достигнуто увеличение производительности разрезов на 3-5 % и показателя EBITDA на 7-9 %.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
онно-аналитического бюллетеня. - М.: Изд-во МГГУ. - 2003. - № 8. - 22 с.
5. Багров Д.А. Блочная модель карьерного поля при имитационном моделировании горных работ с использованием экска-ваторно-автомобильного комплекса оборудования // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008. - № 5. -С. 76-78.
6. Лозинская М.А. Обоснование параметров грузопотоков при открытой разработке угольных месторождений // Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня. - М.: Изд-во «Горная книга». - 2013. - № 5. гттттз
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Резниченко Семен Саулович - доктор технических наук, профессор, [email protected]. Лозинская М.А. - аспирант,
Московский государственный горный университет, [email protected]
