Повышение эффективности предприятий



Предыдущая | Следующая

 

Повышение эффективности предприятий Результаты анализа ретроспективных данных об опыте функционирования отечественного металлургического комплекса, а также независимые прогнозные оценки перспективы их развития на период до 2015-2020 гг. дают основания полагать, что не менее 4 млн т в год кузбасских коксовых концентратов на основе углей марок К; КО; КС; и ОС будут безальтернативно востребованы рынком.
Надежной сырьевой базой для организации добычи исходного сырья требуемого качества является Прокопьевско-Киселевский геолого-экономический район, где сосредоточено не менее 850 млн т природных запасов углей упомянутых марок. В начале 1980-х гг. объем добычи коксующихся углей здесь достигал 20 млн т в год.
Развитая инфраструктура, близость к потребителям конечной продукции, наличие квалифицированных трудовых ресурсов и потенциал поверхностнотехнологических комплексов угледобывающих предприятий, подкрепляемые надежным госбюджетным финансированием, обеспечивали стабильное функционирование прокопьевских шахт.
Необходимо отметить, что по сложности горно-геологических условий вовлеченные здесь в отработку запасы минерального ископаемого практически не имеют аналогов в мировой практике.
Этим обстоятельством предопределялись относительно низкая производительность, высокая доля ручного труда и повышенный в 4-5 раз уровень травматизма на прокопьевских шахтах, отрабатывающих крутые пласты, по отношению к среднестатическим отраслевым показателям при добыче угля подземным способом.
Не всегда эффективный научный поиск и обусловливаемая межведомственными барьерами инерционность процессов разработки и освоения в практике горного производства новых технико-технологических решений не позволили в 1980-е гг. своевременно создать базис для коренного улучшения технико-экономических показателей и обеспечения безопасных условий труда на прокопьевских шахтах.
Как известно, к началу 1990-х гг.
процессы деградации угольной отрасли в бывшем СССР достигли своего апогея, что усугубило эту ситуацию и под лозунгом "реструктуризации" повлекло за собой закрытие большей части прокопьевских шахт. К началу 2003 г. в эксплуатации здесь осталось всего 7 угледобывающих предприятий, каждое из которых находилось в той либо иной степени банкротства, что, несмотря на весьма высокие запасы в контурах их горных отводов, практически снивелировало инвестиционную привлекательность этих шахт.
Острый дефицит средств, необходимых для организации работ по восполнению очистного фронта, в 19962000 гг. повлек за собой, во-первых, прогрессирующее вовлечение в отработку неблагоприятных природных запасов с соответствующим возникновением дополнительных издержек и снижением уровня безопасности производства (рис.
1), а, во-вторых, повлиял на заметное ухудшение структуры товарной продукции, поскольку неуклонно снижалась доля добычи коксующихся углей в исчерпываемом очистном фонде и возрастали объемы добычи углей энергетических марок, хотя и обладающих высокими товарными характеристиками, но с себестоимостью, исключающей их конкурентоспособность на рынке угольной продукции.
К этому периоду времени фактически утратили свою актуальность ранее формировавшиеся производственные программы развития угледобывающего комплекса. Максимальная глубина перспективного планирования производства при этом, в лучшем случае, оценивалась на ближайшее полугодие. Отсутствовали программы организации нового производственного строительства. Бюджеты финансирования текущих периодов формировались из расчета 60-70 % ожидаемых поступлений от продаж угольной продукции. Планомерное восполнение очистного фонда не осуществлялось.
Совокупность этих факторов в условиях прогрессирующей деградации производственных активов и утраты квалифицированных трудовых ресурсов дестабилизировали социально-экономическую ситуацию на прокопьевских предприятиях угольной промышленности.
К середине 2003 г. в целях незамедлительной стабилизации производственно-финансовой обстановки в текущем периоде времени и с учетом планируемого подъема производства до безубыточного его уровня в течение ближайших 3-4 лет были разработаны соответствующие программы, в том числе создания безопасных и эффективных условий труда горнорабочих.
Руководящая идея производственной программы на период 2010-2012 гг.
сводилась к следующему. За счет консолидации усилий и концентрации ресурсов на вновь определенных приоритетных направлениях, в первую очередь, необходимо было изменить структуру и повысить конкурентоспособность производимой товарной продукции путем увеличения доли коксующегося концентрата не менее чем на 8-10 %.
При этом общий объем добычи рядовых углей должен был возрасти не менее чем на 8,5 %, что позволило бы снизить до допустимого предела долевое участие условно постоянных затрат в полной производственной себестоимости добываемого полезного ископаемого.
Достижение намеченных в производственной программе рубежей должно было сопровождаться резким повышением заработной платы горнорабочего при практически неизменной численности трудящихся в пролонгированной на 2,5-3 лет перспективе. Одновременно с этим предстояло не менее чем на 25 % обновить фонды основного горно-транспортного оборудования, физическая изношенность которого к 2003 г. в среднем оценивалась в 85 %.
Наконец, одной из ключевых позиций упомянутыхвышепрограммстабилизации и последующего подъема производства являлась ориентация на опережающие темпы применения гидротехнологии добычи угля. Этот вид технологии в условиях эксплуатации шахт опасных по газу и пыли, хоть и не лишен значимых недостатков, является предпочтительным с точки зрения минимизации рисков для безопасного труда горнорабочих. В числе упомянутых недостатков: высокая доля (до 30 %) формируемых в процессе добычи углей мелких фракций с высокой зольностью и влажностью (так называемых шламов), практически непригодных к обогащению в имеющихся традиционных технологических циклах; ресурсоемкость процессов добычи и транспортировки на поверхность пульпы, образующейся в процессе гидроотбойки полезного ископаемого; необходимость задалживания значительных площадей на поверхности с обустройствомсоответствующихгидросооружений для хранения угольных шламов и создания условий для формирования источника оборотной технологической воды; растущие опережающими темпами затраты на электроэнергию, обеспечивающую функционирование комплексов гидродобычи угля.
Касательно последнего обстоятельства следует отметить, что удельные энергозатраты в технологиях, предусматривающих буровзрывное рыхление угольного массива с последующей транспортировкой на поверхность "сухой" горной массы, в среднем в 2 раза ниже по сравнению с гидротехнологией. Поэтому принятие организационно-технических мер по минимизации энергопотребления при этом, безусловно прогрессивном, способе добычи полезного ископаемого является одной из приоритетных задач.
Ее решение, в том числе, представляется возможным за счет: применения высоконапорных гидромониторов; оптимизации мощностей и мест размещения напорных насосных станций; соблюдения технологической дисциплины при обустройстве и эксплуатации сетей продуктопроводов в схемах гидротехнологии, что позволяет не только обеспечивать расчетные режимы эксплуатации гидронасосов, увеличивая тем самым их наработку на отказ и моторесурс, но и сократить энергозатраты на преодоление местных сопротивлений в весьма протяженных сетях гидродоставки добываемого угля к местам последующего его складирования и переработки.
Еще одним значимым резервом снижения энергопотребления в процессе гидроотбойки угля является способ опережающего физико-химического ослабления прочностных и структурных характеристик отрабатываемого угольного массива, например с использованием водных растворов поверхностноактивных веществ (ПАВ).
Методология практического применения этого ресурсосберегающего и экологически чистого способа основана на реализации так называемого "эффекта Ребиндера", когда на границе двух сред ("водный раствор ПАВ - отдельности горного массива") за счет протекания адсорбционных процессов происходит снижение поверхностной прочности материала, что влечет за собой активное развитие сети микротрещин, а в конечном счете, разупрочнение отдельностей горного массива и ослабление его структурных характеристик.
Фундаментальными независимыми исследованиями в области физикохимической механики, а также при изучении свойств связанной воды установлено, что адсорбционные процессы, имеющие место при физико-химическом разупрочнении горного массива, протекают в тонких приповерхностных пленках толщиной, как правило, всего лишь в несколько нанометров. Это позволяет полагать, что в практике применения нетрадиционных способов управления состоянием горных массивов достаточно использования весьма незначительных по количеству слабоконцентрированных водных растворов ПАВ: в связи с изменением и искривлением сетки межмолекулярных водородных связей в структуре растворов разупрочнителя в связной воде, обусловленных влиянием поля поверхностных сил отдельностей горных пород, в них формируются механические микронарушения, дислокации, трещины и т.п., что в итоге приводит как к снижению прочности породных отдельностей, так и к ослаблению структурных характеристик горного массива в целом.
Совместное решение уравнения Гриффитса Pк/Pо = -? Пк/По и Гиббса Г = -(dП/dinC)/RT показывает, что существует обратно пропорциональная зависимость между квадратом изменения прочности и адсорбции. Здесь: Pк/Pо - конечная и начальная прочность материала; Г- адсорбция ПАВ; R и Т - универсальная газовая постоянная и температура системы; К, Pк и Pо - конечная и начальная свободная поверхностная энергия твердого тела;
dП/dinC - изменение поверхностной энергии в зависимости от концентрации среды; Кр - коэффициент, учитывающий изменение прочности в зависимости от концентрации среды.
Присутствие активной среды в трещинах обусловливает проявление структурного (стерического) эффекта тонких слоев жидкости на стенках трещин в зоне разрушения. Он проявляется в том, что при различных смещениях, которые имеют место в эксплуатируемых забоях, локально меняется нагрузка. Стенки образующихся трещин не схлопываются, благодаря расклинивающему давлению тонких слоев проникшей в трещину жидкости, тем самым значительно снижая прочность горногомассивавпроцессеегообработки разупрочняющими растворами.
При разупрочнении горных массивов физико-химическим способом происходит изменение упругих и прочностных свойств пород. При этом имеет место как увеличение, так и уменьшение коэффициента Пуассона (Е). Если увеличение этого коэффициента улучшает параметры хрупкого механического разрушения, то его уменьшение ухудшает и может свести к нулю эффект от снижения прочности при последующей отработке горного массива.
В связи с этим эффективность воздействия разупрочняющих растворов ПАВ на породы удобно оценивать как повышение вероятности разрушения горных пород при приложении некоторой внешней нагрузки F.
Адсорбционное влияние среды при опережающей обработке горного массива обеспечивает выполнение основного условия проявления "эффекта Ребиндера" - снижение поверхностной энергии материала за счет компенсации поверхностных сил. Вследствие этого происходят постепенное зарождение и развитие "равновесных" микротрещин (на основе локальной концентрации деформаций и напряжений) и одновременно относительно быстрое распространение трещин, утративших равновесность. Процесс развития этих систем трещин в условиях, когда к массиву приложено внешнее напряжение сдвига F, может быть приближенно описан соотношением: lmр= К(F2 * d 2/Е * а); м, где: l mр - максимальная длина трещины в текущий момент времени, м; d - линейный размер породной отдельности, в которой формируется дислокационная неоднородность, м; К - коэффициент, характеризующий долевое участие энергопотенциала, накапливаемого в зоне формирования трещины.
В том случае, когда при образовании дислокационных неоднородностей в отдельностях горных пород имеет место хрупкое разрушение, значения коэффициента К приближаются к единице. Если же развитие трещин происходит в вязко-пластичной среде, то величина этого коэффициента снижается до 0,001. Как следует из последнего уравнения, развитие систем микро - и макротрещин обеспечивается приложением внешней нагрузки и/или за счет физико-химического понижения поверхностной энергии материала.
Приоритет применения физикохимических способов разупрочнения массивов горных пород был защищен патентами РФ в середине 1990-х гг.
(фирма "Геотехпрогресс", Москва).
Выявленные закономерности снижения поверхностной энергии материала за счет компенсации поверхностных сил, постепенного зарождения и развития микротрещин является базисом инженерных методов опережающей подготовки горных массивов к отработке с помощью обработки их разупрочняющими растворами ПАВ с последующим приложением внешних нагрузок, например формируемых энергией высоконапорной водной струи.
Анализ ранее проведенных независимых вычислительных и натурных экспериментов дает основания полагать, что при безнапорной опережающей обработке массивов горных пород водными слабоконцентрированными растворами ПАВ структурные и прочностные характеристики этих массивов ослабляются на 30-40 %. Таким образом, есть основания считать, что соответствующим образом будет сокращаться энергоемкость процесса гидроотбойки угля.
Способ физико-химического ослабления характеристик отрабатывающего массива, очевидно, следует полагать перспективным также и при буровзрывных технологияхподземнойдобычиминерального ископаемого, поскольку при этом создаются предпосылки для повышения эффективности взрывного рыхления массивов, главным образом, за счет создания благоприятных условий для прохождения нестационарной волны напряжений в разрушаемых массивах. Повышая эффективность использования энергии взрыва, в этом случае представляется возможным соответственно снижать удельный расход используемых взрывчатых веществ (ВВ).
Механизм протекания взрыва в предварительно разупроченном горном массиве качественно отличен от штатной картины, характеризующей этот процесс. Во-первых, это обусловливается формированием новой сети дислокаций и микротрещин, возникновение которых, как отмечалось выше, предопределяется адсорбционными процессами, протекающими на границе двух сред: "массив - разупрочняющий раствор". Во-вторых, условия прохождения волны напряжений при взрывном воздействии на массив, пропитанный водным раствором ПАВ, существенно улучшаются, поскольку такой массив практически становится акустически прозрачным.
Вблизи заряда ВВ возникающие при взрыве напряжения сжатия по величине приближаются к пределу прочности пород на сжатие; отдельности массива в импульсном режиме сжимаются и смещаются вслед за фронтом ударной волны деформации. Вследствие этого в массиве образуется зона с системой многочисленных пересекающихся трещин, изменяющих его структуру.
По мере удаления от заряда напряжения, инициируемые волной сжатия, угасают. Последующее разрушение массива происходит под воздействием расширяющихся газов, образуемых при детонации и горении ВВ.
Под воздействием волны напряжения, распространяющейся в радиальном направлении от заряда ВВ, возникают сжимающие напряжения;
в поперечном сечении формируются растягивающие напряжения.
После прорыва газов через трещины в породе давление быстро снижается.
Сжатая порода смещается в сторону центра заряда, в результате чего появляется ряд кольцевых трещин.
При прохождении взрывной волны через макротрещины происходит многократное ее отражение. Напряжения в этой зоне по знаку противоположны напряжениям ударной волны. Поэтому разрушение пород происходит во встречных направлениях. Поскольку отдельности горного массива обладают в 10-25 раз меньшим сопротивлением растягивающим нагрузкам по сравнению со сжимающими, у поверхности этих трещин образуются отколы. При этом разрушение отколом будет тем больше, чем интенсивнее системы капиллярных нарушений в отдельностях горных пород. Предварительное наполнение этих трещин водным разупрочняющим раствором приводит к увеличению зоны трещинообразования.
Наличие сквозных макротрещин, поверхность которых обработана раствором и разупрочнена, приводит к разрушению отдельностей массива растягивающими напряжениями отраженных волн.
Расчеты, результаты которых хорошо коррелируются с данными независимых ранее проведенных исследований, показывают, что при опережающем физикохимическом ослаблении прочностных и структурных характеристик горного массива энергоемкость процессов буровзрывной его отбойки может быть снижена не менее чем на 12 %. Это дает основания считать обоснованными перспективы освоения нетрадиционных экологически чистых технологий управления состоянием породо-угольных массивов в практике горного производства.
Возвращаясь к тематике прогрессивности концепции расширения сферы применения относительно безопасной гидротехнологии добычи угля, уместно рассмотреть еще один аспект. Складируемые на промплощадках угольных шахт забалансовые запасы шламов, (как правило, высокозольных и весьма влажных), являются, по сути дела, низкосортным сырьем для производства коксующегося концентрата. Вовлечение их в активный товарооборот возможно лишь при условии доведения исходного сырья до рыночных кондиций. В том случае, если гидрошахта имеет технологическую связь с обогатительной фабрикой, следует полагать, что имеются необходимые предпосылки для соответствующей модернизации и/или реконструкции здесь технологических циклов с целью переработки угольных шламов. Расчеты показывают, что, например, при вторичной переработке угольных шламов марки КСН в объеме до 270 тыс. т в год (что адекватно объему гидродобычи на шахте примерно в 1 млн т угля в год), первоначальные капзатраты в размере около 250 млн руб. могут окупиться не более чем за 3,5 года с момента вывода на проектную мощность установки по обогащению шламов.
Проблематичнее оцениваются перспективы эффективного вовлечения шламов в товарооборот в том случае, если объем их производства адекватен производственной мощности шахты в 500-600 тыс. т в год (поскольку капзатраты на создание установок по облагораживанию шламов практически остаются теми же, а объем производимой товарной продукции резко сокращается) или в том случае, если гидрошахта не имеет прямого продуктопровода на обогатительную фабрику (например, эта шахта территориально обособлена и/или удалена от промплощадки обогатительной фабрики на расстояние, при котором строительство и эксплуатация такого продуктопровода сопряжены с неоправданно высокими затратами).
Учитывая то обстоятельство, что транспортировка шламов с повышенной влажностью средствами колесного транспорта экономически не оправдана и практически трудно осуществима (особенно в зимнее время), в последнем случае решение задачи обогащения шламов представляется возможным с использованием полустационарных установок мощностью около 100 тыс. т (по исходному сырью).
По мере исчерпания запасов шламов на какой-либо одной из обособленных шахт относительно малой мощности такая полустационарная установка с небольшими затратами может быть перебазирована на другую шахту-аналог. По истечении определенного периода времени возможна ротация и т. д.
Расчеты показывают, что затраты на строительство упоминаемой полустационарной установки оцениваются в 150-160 млн руб. Период окупаемости такого рода инвестиционного проекта примерно составляет 1,5 года.
В рамках данного обзора, оценки современного состояния и возможных путей совершенствования техники и технологии горного производства на прокопьевских шахтах не представляется возможным более детально отразить все аспекты действующей с середины 2003 г. инвестиционной программы повышения технического уровня производства и обеспечения здесь безопасных условий труда. Вместе с тем следует отметить следующее.
Последовательная реализация намеченных первоочередных мероприятий и задач, направленных на стабилизацию финансово-хозяйственного состояния производственного комплекса предприятий, находящихся под юрисдикцией УК "Прокопьевскуголь", позволила к концу 2004 г. заметно улучшить экономику компании: увеличились объемы производства, улучшилась структура товарной продукции, в ценах, соизмеримых с началом 2003 г., почти на 15 % снизилась ее себестоимость.
Планомерно осуществляемое новое производственное строительство позволило не только воссоздать необходимый производственный потенциал, но и заметно улучшить качество условий труда горнорабочего (рис.2).
К сожалению, 2005 г. характеризуется неблагоприятной конъюнктурой рынка коксующегося концентрата, являющегося базисом экономии УК "Прокопьевскуголь". При значительном снижении рыночной цены на этот вид товарной продукции традиционные ее потребители (Магнитогорский, Нижнетагильский, Новолипецкий и др.
металлургические комбинаты России и Украины) заметно снизили абсолютные объемы приобретаемого коксового концентрата. Это обстоятельство крайне отрицательно отразилось на экономике УК "Прокопьевскуголь", в первую очередь за счет уменьшения размера и темпа оборота денежных средств на фоне неуклонного роста стоимости задалживаемых материальных ресурсов и приобретаемых производственных услуг. Пролонгированные во времени негативные рыночные тенденции, таким образом, способны свести "на нет" предпринимаемые усилия по стабилизации производственно-хозяйственной ситуации, что представляется недопустимым по своим социально-экономическим последствиям для такого градообразующего предприятия, как "Прокопьевсукуголь".
По всей видимости, в качестве мер, минимизирующих риски и зависимость геолого-экономического района от складывающейся рыночной ситуации, целесообразно было бы оценить возможность бюджетной поддержки (например, в форме беспроцентных пролонгированных на длительную перспективу займов), сокращения налогового бремени в обмен на обязательства реализации целевых программ обновления жилого фонда города, опять же, в планируемой на 5-8 лет перспективе, когда в полной мере станет возможным завершить реализуемые инвестиционные программы по обновлению производственных фондов и освоению в практике горного производства технико-технологических решений новых поколений.