Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние изученности вопроса, цель и задачи исследования 10
1.1. Анализ состояния угольной отрасли и опыта разработки угольных месторождений с мощными пологопадающими пластами 10
1.2. Анализ научно-методической базы по обоснованию режимов горных работ 29
1.3.Цель, задачи и методы исследования 44
Выводы по главе 1 49
ГЛАВА 2. Исследование основных стратегий и режимов горных работ на угольных месторождениях с мощными пологопадающими пластами 50
2.1. Стратегии разработки угольных месторождений и их характеристики 50
2.2. Режимы горных работ на угольных месторождениях 65
2.3. Обоснование режима горных работ в соответствии со стратегией разработки месторождения 72
Выводы по главе 2 87
ГЛАВА 3. Разработка комплекса решений по реализации рационального режима горных работ 89
3.1. Выбор направления развития горных работ при реализации рационального режима горных работ 89
3.2. Определение параметров горнотехнической системы при реализации рационального режима горных работ 102
3.3. Разработка методики выбора и обеспечения реализации режима горных работ на угольном разрезе с мощными пологопадающими пластами
Выводы по главе 3 123
ГЛАВА 4. Применение методики выбора рационального режима горных работ на разрезе «бородинский» 125
4.1. Подготовка комплекса технико-технологический решений по реализации рационального режима горных работ на разрезе «Бородинский» 125
4.2. Оценка технико-экономических результатов реализации режимов горных работ 135
4.3 Формирование условий для реализации стратегий горных работ на разрезе «Бородинский» с учетом интересов инвесторов 153
Выводы по главе 4 163
Заключение 165
Список литературы
- Анализ научно-методической базы по обоснованию режимов горных работ
- Режимы горных работ на угольных месторождениях
- Определение параметров горнотехнической системы при реализации рационального режима горных работ
- Оценка технико-экономических результатов реализации режимов горных работ
Введение к работе
Актуальность темы исследования. 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 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.
Цель работы – разработка методики выбора технико-технологических решений для реализации рационального режима горных работ на угольном разрезе с мощными пологопадающими пластами с учетом интересов инвесторов.
Идея – 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.
Объект исследования – угольные разрезы, отрабатывающие месторождения с мощными пологопадающими пластами.
Предмет исследования – взаимосвязь конструктивных и технологических параметров горнотехнической системы угольного разреза, разрабатывающего мощные пологопадающие пласты, и характеристик режимов горных работ.
Основные задачи исследования:
-
Определить основные стратегии ведения горных работ на угольных разрезах с учетом интересов инвесторов.
-
Выявить взаимосвязь режимов горных работ с краткосрочными и долгосрочными целями инвесторов и установить зависимость основных конструктивных и технологических параметров горнотехнической системы от характеристик режима горных работ.
-
Разработать и реализовать методику выбора рационального режима горных работ на угольном разрезе с пологопадающими пластами.
-
Разработать технико-технологические решения по реализации рационального режима горных работ в соответствии с интересами инвесторов и оценить их экономическую эффективность.
Положения, выносимые на защиту:
1. Изменение режима горных работ необходимо осуществлять исходя из
наиболее характерных целей и интересов инвесторов угледобывающих
предприятий:
а) поддержание приемлемой эффективности производства в кризисные
периоды;
б) достижение максимальной эффективности в краткосрочном периоде;
в) стабилизация эффективности в период устойчивого функционирования
предприятия (п. 3 Паспорта специальности).
2. Наиболее характерные цели и интересы инвесторов достигаются
соответствующими режимами горных работ, обеспечивающими:
а) минимальные объемы вскрышных и максимальные объемы добычных работ
в краткосрочном периоде с сохранением среднего коэффициента вскрыши за
счет сокращения извлекаемых запасов;
б) значительную знакопеременную динамику объемов вскрышных и добычных
работ в краткосрочном периоде при сохранении среднего коэффициента
вскрыши и объема извлекаемых запасов;
в) минимальную знакопеременную динамику вскрышных и добычных работ в
долгосрочном периоде, достигаемую посредством создания резервов в
благоприятные периоды отработки месторождения (п. 3 Паспорта
специальности).
3. 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 (п. 3 Паспорта специальности).
Научная новизна работы:
1. Определены условия достижения характерных целей и интересов инвесторов: поддержание приемлемой эффективности производства в кризисные периоды за счет минимизации объемов вскрышных и увеличения объемов добычных работ в краткосрочном периоде с сохранением среднего коэффициента вскрыши; достижение максимальной эффективности в краткосрочном периоде путем обеспечения знакопеременной динамики объемов вскрышных и добычных работ с сохранением среднего коэффициента
вскрыши и обеспечением заданного объема извлекаемых запасов; стабилизация эффективности в долгосрочном периоде на основе минимальной динамики вскрышных и добычных работ и создания резервов в благоприятные периоды отработки месторождения.
2. Установлены зависимости основных конструктивных и
технологических параметров горнотехнической системы угольных разрезов:
коэффициента вскрыши, ширины рабочей площадки, объемов подготовленных
запасов, среднего расстояния транспортирования горной массы и
результирующего угла рабочего борта карьера от характеристик режимов
горных работ.
3. Разработана методика выбора рационального режима ведения горных
работ, предусматривающая определение конструктивных и технологических
параметров горнотехнической системы на основе установленных зависимостей
с учетом интересов инвесторов предприятия.
Личный вклад автора состоит в обосновании режимов горных работ в соответствии с различными целями и интересами инвестора; установлении зависимости основных технологических параметров горнотехнической системы угольных разрезов от режима горных работ; определении рациональных параметров горнотехнической системы для наиболее типичных целей и интересов инвесторов; определении технико-технологических решений по реализации рациональных режимов горных работ.
Практическое значение работы состоит в том, что разработанные технологические способы, включающие концентрацию горных работ на участках с соответствующим коэффициентом вскрыши, изменение ширины рабочих и нерабочих площадок, объема подготовленных запасов, нагрузки на оборудование, позволяют реализовывать требуемые режимы горных работ в зависимости от целей развития предприятия.
Методы исследования. В работе использованы методы факторного анализа, математической статистики, экспертных оценок, графического моделирования, производственного эксперимента, натурных наблюдений, научного обобщения.
Обоснованность и достоверность научных выводов и рекомендаций подтверждаются представительным объемом экспериментальных исследований и оценкой результатов по критериям математической статистики, апробацией результатов исследования, достаточной сходимостью фактических и прогнозных результатов.
Реализация выводов и рекомендаций. Разработанная методика выбора режима горных работ используется при планировании развития горных работ в филиале АО «СУЭК-Красноярск» «Разрез Бородинский имени М.И. Щадова».
Апробация работы. Результат исследований и основные научные положения работы докладывались на XXIII Международном научном симпозиуме «Неделя горняка-2015» (г. Москва, 2015г.), VIII Международной конференции «Комбинированная геотехнология: устойчивое и экологически
сбалансированное освоение недр» (г. Магнитогорск, 25-29 мая 2015 г.), научно-технических советах АО «СУЭК» (г. Москва, 2013-2015 гг.), АО «СУЭК-Красноярск» (г. Красноярск, 2013-2015 гг.), научных семинарах ООО «НИИОГР» (г. Челябинск, 2013-2015 гг.).
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 6 научных публикациях общим объемом 3,7 п.л., 5 из которых в изданиях, рекомендуемых ВАК при Минобрнауки России.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, 59 рисунков, 31 таблицы, изложена на 179 страницах машинописного текста, список использованных источников содержит 115 наименований.
Анализ научно-методической базы по обоснованию режимов горных работ
Сегодня в России в целом завершена реструктуризация угольной промышленности, обеспечившая ее трансформацию из планово-убыточной в эффективно функционирующую отрасль. Реализована программа закрытия убыточных и неперспективных угольных предприятий, осуществляется строительство новых высокоэффективных угольных производств, что приводит к снижению издержек, росту производительности труда и уменьшению производственного травматизма [66].
Во внешней среде функционирования угледобывающих предприятий непрерывно происходят процессы изменений, вызванные как позитивным, так и негативным влиянием различных факторов и обстоятельств. Позитивное влияние приводит к появлению новых возможностей, создает благоприятные условия. Негативное влияние, наоборот, создает дополнительные трудности и ограничения. Для того, чтобы эффективно и безопасно осуществлять свою деятельность в долгосрочной перспективе, менеджмент угольных предприятий должен предвидеть то, какие трудности могут возникнуть в будущем, и то, какие новые возможности могут открыться.
Преимуществом российских угольных компаний является низкая себестоимость этого ресурса, что связано с неглубокими залежами угольных пластов (на многих российских месторождениях уголь добывается открытым способом). Несмотря на это, в ближайшие годы отрасль ждут тяжелые времена. Основная проблема угледобывающих компаний России – это чрезвычайно дорогая логистика. В 2014 году средняя экспортная цена тонны Кузбасского угля составляла 76 долларов. При этом половину от этой суммы предприятиям приходилось тратить на транспортировку до дальневосточных портов, через которые сырье поставляется в страны Азиатско-Тихоокеанского региона. Это далеко не единственная статья расходов угледобывающих предприятий.
Кроме того, газификация ряда регионов, в частности Приморья, является причиной падения спроса на это сырье на внутреннем рынке. И единственным выходом для угольных компаний является повышение эффективности производства и экспорт сырья за рубеж.
Таким образом, количество неблагоприятных факторов для угледобывающей промышленности РФ велико: высокие расходы на транспортировку сырья по территории России, удорожание оборудования из-за девальвации рубля, сложности с привлечением инвестиций в условиях санкций, падение спроса и цен на уголь на мировых рынках. В 2013–2014 гг. цена тонны энергетического угля упала с 90 до 79 долл. Такая же тенденция наблюдалась и с ценами на коксующиеся угли: стоимость одной тонны в течение 2013–2014 гг. упала со 160 до 125 долл. Цена тонны энергетического угля в мае 2015 года оказалась на самом низком уровне за последние шесть лет: всего 63 доллара за тонну (в 2011 г. было 150 долларов) [94,111] (Рисунок 1.6). Согласно прогнозам рейтингового агентства Moody s, цены на уголь не начнут расти как минимум до второго полугодия 2016 г.
Поэтому для угольных предприятий жизненно важной задачей становится снижение издержек при добыче и транспортировке сырья, а также развитие технологий по обогащению и переработке угля.
Угледобывающие предприятия в отличие от других промышленных комплексов (машиностроительных, перерабатывающих, химических заводов и пр.) являются природно-технологическими комплексами. Основные параметры технологических схем, показатели экономической эффективности разработки месторождений определяются в большей степени природными факторами (строением и размерами залежей, рельефом поверхности, гидрогеологической характеристикой месторождения и многими другими). Кроме того, разрез в отличие от многих природно-технологических комплексов (гидроэлектростанций, транспортных коммуникаций и др.) является еще и динамичным объектом. Разрез, как совокупность открытых горных выработок, развивается во времени и пространстве по мере отработки запасов месторождения; изменяются его размеры и конфигурация по поверхности, увеличивается число отрабатываемых уступов, усложняется схема транспортных коммуникаций. Глубина разреза, его контуры и объем непрерывно увеличиваются. Все эти факторы определяют специфику ведения горных работ на угольном разрезе (Таблица 1.2) [2,11,22,23,35,84,113,115].
Немаловажной особенностью деятельности угледобывающих предприятий является то, рабочие места непрерывно перемещаются (вскрышные, добычные, погрузочные пункты и транспортные коммуникации) в пространстве. В результате чего изменяются условия функционирования отдельных технологических звеньев, что, как отмечает А.В. Соколовский, приводит к изменению установившейся соразмерности звеньев в технологическом процессе и осложняет общую координацию и организацию работ. Обеспечить стабильность технологического процесса и устойчивость развития предприятия в таких условиях позволяет комплекс мер, направленных на создание и использование необходимых резервов.
Основное влияние на выбор технологии и механизации горных работ и на общие технико-экономические показатели оказывают условия залегания месторождения. Общей тенденцией для всех угольных бассейнов является увеличение глубины разработки. Открытым способом разрабатываются месторождения угля любой формы, залегающие в разнообразных природных условиях. Угол падения и мощность угольного пласта в значительной степени определяют системы его разработки и используемое горное оборудование.
Режимы горных работ на угольных месторождениях
В работе Д.Г. Холоднякова рассматривается метод определения равномерного режима горных работ с помощью графика минимальных текущих объемов вскрыши. Предлагаемый метод отличается тем, что позволяет получить зависимость для построения графика минимальных текущих объемов вскрыши, который представляет собой тот минимальный план выемки вскрышных пород при принятых системе и направлении развития горных работ, при котором возможна безопасная работа карьера с заданной производительностью по полезному ископаемому. Д.Г. Холодняков отмечает, что с точки зрения реализации, подобный режим работы предприятия, вследствие отсутствия стабильного периода работы с одинаковой производительностью по горной массе, очень затруднителен, однако его применение позволяет ограничить область возможных решений и является исходным при обосновании оптимального календарного графика вскрышных работ. Д.Г. Холодняков классифицирует графики минимальных текущих объемов по признаку трудности усреднения и выделяет четыре группы: весьма жёсткие, жёсткие, мягкие и весьма мягкие. Данная классификация предназначена для определения возможностей и выбора метода усреднения эксплуатационного коэффициента вскрыши для месторождений, разрабатываемых открытым способом. Смысл усреднения текущих объемов вскрыши заключается в том, что в отдельные годы эксплуатации карьера создается опережающая выемка вскрышных пород [96, 97].
А.И. Косолаповым, А.И. Пташник в работе «Управление режимом горных работ при открытой разработке месторождений этапами» рассмотрены вопросы управления развитием рабочей зоны карьера, разрабатываемого этапами, в условиях оперативного регулирования режима горных работ. Дана оценка возможной интенсивности ведения горных работ при разработке крутопадающих залежей округлых форм в плане [54].
В результате моделирования развития рабочей зоны карьера, разрабатываемого этапами, авторами было установлено, что традиционная схема этапной отработки карьера плохо приспособлена к вариации производственной мощности карьера и требует постоянного мониторинга интенсивности развития рабочей зоны карьера. Поэтому предложен способ разработки карьера, являющийся частным случаем этапной разработки и основанный на спланированном выделении в контуре карьера дискретных участков разработки с дифференцированными параметрами рабочей зоны. Апробация данной технологии показала принципиальную возможность и экономическую целесообразность реализации предложенного способа разработки на средних и больших крутопадающих рудных месторождениях. По результатам исследования технологии разработки обоснованы её основные параметры и установлены зависимости по их определению. Выполненные исследования показали, что для повышения эффективности открытой разработки месторождений крутопадающих залежей целесообразно на стадии проектирования закладывать такое генеральное направление развития горных работ, чтобы была возможность формировать дискретные локальные участки рабочей зоны под потенциальную отработку в конкретный промежуток времени.
В статье «Регулирование режима горных работ с учетом дисконтирования затрат» В.Н. Лапаева утверждается, что эффективная отработка пологопадающих месторождений достигается поэтапным ведением открытых горных работ в текущих, адаптивных и перспективных границах. Получение максимального чистого дисконтированного дохода в реальных экономических условиях обеспечивается ведением горных работ в адаптивных границах. Регулирование рентабельности добычи угля в адаптивных границах достигается использованием комплекса технологических методов, включающих: выделение текущих границ, увеличение угла наклона рабочей зоны, создание зон концентрации и изменение направления развития рабочей зоны [61]. Регулирование режима горных работ в рыночных условиях должно быть направлено на то, чтобы в максимально технически возможной и экономически оправданной степени отсрочить выемку вскрышных пород.
Для решения этой задачи целесообразно применять известные методы: уменьшение ширины рабочих площадок путем регулирования ширины развала взорванной горной массы и работы тупиковым забоем при применении автотранспорта; увеличение высоты разрабатываемых уступов при применении экскаваторов с повышенной высотой черпания; применение временно нерабочих площадок; сдваивание и страивание уступов в процессе производства горных работ; работа зонами концентрации [60]. В работе М.Г. Саканцева, В.Н. Лапаева, С.Е. Гавришева «Перспективные, адаптивные и текущие границы угольных разрезов» [83] утверждается, что для адаптации к рыночным условиям предприятий, разрабатывающих угольные месторождения открытым способом, необходимо в первую очередь пересмотреть методологию и критерии рационального формирования карьерного пространства.
По мнению авторов, начинать нужно с корректировки конечных границ разрезов. Обычно они устанавливались на основе равенства затрат на открытые и подземные работы в при контурном слое. При этом не проводилось дисконтирование затрат, особенно существенное при определении вскрышных работ на 10-20, а иногда и более лет, не учитывались и налоги. Эти и другие недочеты привели к несоответствию существующих границ горных работ экономическим требованиям.
Авторами предлагается следующий подход к определению границ разрезов для пологопадающих угольных месторождений. Сначала устанавливаются перспективные границы разрезов на основе максимизации чистого дисконтированного дохода при разработке месторождения. При этом норма дисконта и налоги должны соответствовать нормальным рыночным условиям стабильной экономики. Себестоимость (текущие затраты) горных работ определяется с учетом технического прогресса, а параметры системы и технология открытых и подземных горных работ - выбираются в соответствии с требованиями рынка.
Расчеты показывают, что откорректированные таким образом перспективные границы разрезов приведут к довольно существенному уменьшению балансовых запасов угля для открытых работ, еще в большей степени объемов вскрышных работ и, следовательно, среднего коэффициента вскрыши, а также к уменьшению контуров разрезов по поверхности.
Возрастание объемов открытых горных работ, интенсивное технико-технологическое перевооружение и применение более мощного горнотранспортного оборудования, а также повышение стоимости ресурсов и обострение конкуренции привели к повышению актуальности вопросов организации и управления производством, обеспечения его эффективности при приемлемом уровне безопасности и надежности в динамичных условиях рыночной среды. Становление и развитие этого направления связано с именами А.С. Астахова, Ю.П. Астафьева, М.В. Васильева, В.И. Ганицкого, С.А. Ильина, И.Л. Кравчука, В.И. Кузнецова, А.А. Кулешова, А.М. Макарова, В.А. Пикалова, А.Г. Нецветаева, А.А. Петросова, С.А. Прокопенко, М.А. Ревазова, С.С. Резниченко, А.В. Соколовского, Ю.А. Чернегова и др.[10, 11, 12, 13, 21, 35, 43, 56, 57, 64, 76, 78, 79, 84].
Определение параметров горнотехнической системы при реализации рационального режима горных работ
Соотношением текущих объемов вскрышных и добычных работ в первую очередь определяется производственная мощность разреза по горной массе, не являющаяся постоянной, прежде всего, из-за изменения годовых объемов вскрышных работ в отдельные периоды. Это изменение является следствием непостоянной мощности вскрыши и залежи полезного ископаемого, условий его залегания, наличия разнообразных геологических нарушений, изменения качественных характеристик угольных месторождений. Изменения определяются также экономическими причинами. Вместе с тем предприятия -потребители полезного ископаемого спроектированы на определенную производственную мощность и должны производить строго определенные объемы полезного ископаемого установленного качества. Эти положения принимаются за основу при выборе режима горных работ на разрезе. Следовательно, режим горных работ – это и основа определения требуемого порядка развития горных работ, и следствие фактического порядка их развития.
Современное понимание регулирования режима горных работ заключается в перераспределении объемов вскрышных работ и изменении тем самым текущих коэффициентов вскрыши. Это производится выбором направления развития горных работ, способа вскрытия и параметров систем разработки на различных этапах.
Выполненный анализ коэффициентов вскрыши показывает, что текущий коэффициент вскрыши наиболее точно дает качественную оценку выбранного режима за определенный период.
Некоторое уменьшение «пиковых» объемов работ в отдельные периоды функционирования разреза – возможно при регулировании направления и порядка развития горных работ. Отработка участков с меньшим коэффициентом вскрыши дает возможность «разнести» борта на вскрышных горизонтах, тем самым увеличить ширину рабочих площадок и увеличить количество подготовленных запасов и, как следствие, обеспечить возможность пиковых нагрузок на добычных работах. При таком регулировании текущие коэффициенты вскрыши не уменьшаются, но перераспределение годовых объемов вскрышных работ по участкам карьера способствует получению лучших технико-экономических результатов. Планировать снижение добычи на разрезах на отдельные периоды работ для улучшения режима горных работ возможно в тех случаях, когда потребитель, имея склады, допускает такие изменения или, если снабжение его полезным ископаемым происходит от группы предприятий, находящихся в различных стадиях работ по условиям режима. Уменьшение производственной мощности неизбежно в периоды развития и затухания горных работ в разрезе.
По мере изменения параметров рабочей зоны и увеличения объемов вскрышных работ до уровня, предусмотренного для данного этапа развития горных работ, часть экскаваторного парка переводится на нижележащие горизонты, скорость подвигания фронта сокращается до нормы, а протяженность экскаваторных блоков возрастает. При дальнейшем увеличении рабочей зоны разреза и постоянном числе оборудования возрастают подлежащие выполнению объемы вскрышных работ, и возникает необходимость сократить эти объемы до заданного уровня путем регулирования отработки отдельных уступов или их участков. При сокращении протяженности действующего фронта вскрышных работ или поддержании его на установленном уровне можно добиться лучшего использования экскаваторов и транспортных средств.
Сохранение размеров действующей части рабочей зоны может быть осуществлено несколькими способами:
1. Уменьшением действующего фронта на вытянутых по простиранию карьерных полях, что означает использование фронта вскрышных работ на верхних уступах по частям. Продолжительность периода работ на каждом участке устанавливается по скорости продвижения фронта и возможности создания вскрытых запасов полезного ископаемого. В обычных условиях такой период может быть установлен в 1-3 года.
Если протяженность карьерного поля значительная, а принятый (по мощности) темп подвигания горных работ низкий, то сокращают длину рабочей зоны. При этом на части карьерного поля по простиранию создается «участок приоритетного развития» с увеличенными показателями темпа подвигания фронта работ. В результате этого создаются возможности изменять показатели работы разреза в среднесрочном периоде в соответствии с целями инвестора. При полном развитии рабочей зоны «карьера первой очереди» в разработку включаются верхние горизонты оставшейся части карьерного поля и после создания на них устойчивого фронта вскрышных и добычных работ эта часть становится основным действующим участком. В этом случае может быть достигнуто наиболее существенное регулирование в объемах вскрышных работ и текущих коэффициентах вскрыши.
2. Сокращением действующей части рабочей зоны в плане, и по высоте при временной остановке работ на части фронта группы уступов и последующем чередовании участков отработки. Такой способ регулирования объемов вскрышных работ применяется при разработке мощных залежей после достижения карьером глубины 80 – 120 м и более и связан также с необходимостью полустационарного размещения экскаваторных складов при комбинации автомобильного и железнодорожного транспорта.
Часто рассмотренные способы регулирования размеров рабочей зоны разреза применяют одновременно, что связано как с улучшением режима горных работ, так и с транспортным обеспечением рабочих горизонтов, особенно глубоких при комбинированном транспорте. Во всех случаях сокращение действующей части рабочей зоны разреза (при полном ее развитии) положительно сказывается на показателях использования экскаваторов и горнотранспортного оборудования, так как уменьшается разбросанность производства горных работ.
Регулирование объемов вскрышных работ при изменении углов откосов рабочих бортов на разных этапах связано с изменением элементов системы разработки. Увеличением или уменьшением ширины рабочих площадок и иногда высоты уступа можно добиться такого изменения углов откосов рабочих бортов разреза на различных этапах разработки, при котором будут усреднены объемы вскрышных работ и текущие коэффициенты вскрыши. Так, в начальный период, когда необходимо форсировать вскрышные работы для усреднения их годовых объемов и создания вскрытых запасов, не следует увеличивать высоту уступа на верхних горизонтах карьера. Созданный резерв в переходящих объемах вскрышных работ позволяет в последующие годы замедлить или даже временно приостановить работы на этих горизонтах и извлекать запасы за счет увеличения углов откоса рабочих бортов.
Если улучшение режима горных работ принять за счет опережения или отставания уступов на верхних и нижних горизонтах или изменения порядка их вскрытия и подготовки, то для этих измененных условий, осуществленных на основе первичного графика, следует вычертить новые принятые этапы положения горных работ и уточнить графики текущих коэффициентов вскрыши.
После регулирования графиков по экономическим показателям фактические текущие коэффициенты вскрыши также будут отличаться от построенных при первоначальном анализе. Изменения, которые могут быть при этом достигнуты, можно корректировать на построенном графике с заранее принятыми углами откоса рабочих бортов.
Для полного развития рабочей зоны разреза характерны большие («пиковые») объемы вскрышных работ, высокие текущие коэффициенты вскрыши и большая протяженность вскрышного фронта на разрезе. В результате этого возникает разбросанность горных работ и неэффективное использование экскаваторов и транспортных средств. Устранить эти затруднения можно только при четком планировании вскрышных работ в пределах рабочей зоны карьера.
В условиях плановой экономики при относительно стабильной среде функционирования разреза рациональным считался режим горных работ, обеспечивающий устойчивый уровень добычи полезного ископаемого за период существования разреза и получении наилучших технико-экономических результатов при разработке месторождения.
Оценка технико-экономических результатов реализации режимов горных работ
Обоснованные характеристики стратегий ведения горных работ, основные параметры режимов горных работ, уровни качества производственного процесса; а также горно-технические, технологические и организационные условия достижения рациональных режимов горных работ положены в основу разработанной методики выбора и обеспечения рационального режима ведения горных работ, общая и подробная схемы которой представлены на рисунках 3.13 и 3.14.
На подробной схеме методики видно, что она включает два блока: блок определения режима работ в соответствии с выбранной стратегии ведения горных работ и блок поддержания качества режимов горных работ на основе анализа факторов, влияющих на режим ведения горных работ, и блок формирования горно-технических и технологических условий для достижения рациональных параметров [108].
Рассмотрим более подробно, каким образом формируются условия для достижения рациональных параметров режима горных работ. Соответствующий стратегии уровень промышленной безопасности и эффективности производства обеспечивается, в первую очередь концентрацией горных работ, под которой понимается уровень сосредоточения горнотранспортного оборудования и рабочих площадок с рациональными параметрами. Способы концентрации горных работ на угольных разрезах можно условно разделить на две группы [103]: - горно-технические – обеспечиваются пространственно-планировочными решениями, выбором количества рабочих площадок и их параметрами, оптимизацией транспортной инфраструктуры разреза; - организационно-технологические – обеспечиваются повышением производительности горно-транспортного оборудования, созданием условий для повышения ритмичности работы. Комплекс показателей оценки результатов концентрации горных работ на угольном разрезе представлен в таблице 3.5 [103].
Целенаправленное повышение концентрации горных работ, как на стадии планирования, так и на стадии ведения горных работ обеспечивает рост эффективности и безопасности производства. Так, например, на разрезе «Тугнуйский» позволило за период 2009-2014 гг. уменьшить в 7 раз количество рабочих площадок с нерациональными параметрами и добиться повышения добычи угля с 1 квадратного метра в 1,7 раза, увеличить время функциональной работы экскаваторов в 1,3 раза, снизить в 3,8 раза количество зон вероятной реализации опасных производственных ситуаций (ОПС) (Таблица 3.6) [103]. Коэффициент подготовленности рабочих площадок
Рационализация использования оборудования предполагает повышение коэффициентов готовности и использования оборудования, снижение затрат на его эксплуатацию и ремонт. Предложенная методика отличается наличием в ней этапов оценки производственного процесса с применением критериев его качества -организованности и технологичности и способов формирования горнотехнических и технологических условий для достижения и поддержания рациональных параметров режима горных работ, а именно: концентрация горных работ, регулирование ширины нерабочих площадок, рационализации ширины рабочих площадок, рационализации нагрузки на оборудование. Разработанная методика является универсальной для всех режимов ведения горных работ и для стратегий «А», «В», «С» и позволяет: - определить необходимые и фактические значения параметров разработки исходя из стратегии ведения горных работ, принятой и реализуемой на предприятии; - оценить качество производственного процесса, факторы, влияющие на процесс; - выявить «узкое звено» в производственном процессе; - обоснованно выбрать наиболее эффективный метод его «расшивки» для обеспечения требуемых параметров безопасности и эффективности производства. 123 Конкретные мероприятия по расшивке узких звеньев определяются исходя из их целесообразности и реализуемости в выбранном горизонте планирования. Таким образом, каждый режим ведения горных работ для стратегий «А», «В», «С» должен быть реализован с требуемым уровнем технологичности и организованности производственного процесса. Качество производственного процесса, обеспечивает необходимый уровень эффективности и безопасности производства, при реализации заданной стратегии и режима горных работ, предопределяет конкурентные позиции предприятия.
Обосновано, что регулирование режима горных работ для достижения и поддержания его рациональных параметров должно обеспечиваться соответствующими условиями: концентрацией горных работ, рационализацией ширины рабочих площадок и нагрузки на оборудование. Требуемая динамика соотношения вскрышных и добычных работ в долгосрочном периоде достигается концентрацией горных работ на участках с соответствующим коэффициентом вскрыши; а в краткосрочном периоде – изменением ширины рабочих площадок и регулированием нагрузок на оборудование.