Разработка и обоснование проектных решений



Предыдущая | Следующая

 

Разработка и обоснование проектных решений на различных этапах эксплуатации шахтного фонда ШУЛЯТЬЕВА Людмила Ивановна Канд. техн. наук ИПКОН НАН РК Современное развитие экономических процессов в важнейших угледобывающих странах бывшего СССР, полная самостоятельность угледобывающих предприятий, рыночный характер экономики потребовали кардинального пересмотра методологических подходов в поиске оптимальных решений их функционирования. Высокий уровень используемых технических средств, накопленный теоретический материал и практический опыт по проблемам повышения эффективности работы шахт позволяют создать математический аппарат обоснования вариантов их эффективного функционирования путем моделирования и совместной оптимизации параметров технологических процессов и подсистем.
Анализ состояния и использования шахтного фонда угледобывающих предприятий, рассматриваемых как единый производственно-технологический комплекс, а также научных направлений оптимизации вариантов его эффективного функционирования позволяет сделать вывод, что проблема поиска оптимальных решений при выборе стратегических направлений его развития, оставаясь недостаточно исследованной, в настоящее время получила новое содержание. Это обусловлено современным состоянием ее решения, которое характеризуется следующим:
1. В основу разработки прогрессивных технологических схем шахт были положены наивысшие достижения работы шахт бывшего СССР при использовании технологического оборудования на основных подземных процессах, технико-технологические характеристики которого значительно уступают мировым аналогам, применяемым в настоящее время на шахтах стран СНГ. Так, например, на шахтах Карагандинского бассейна за период 1996 – 2004 гг. среднегодовые темпы прироста добычи угля составляют более 9 %, нагрузки на очистной забой — до 11 %. Однако, несмотря на значительное, в 3,6 раза, увеличение нагрузки на очистной забой, снижение удельного объема проведения выработок почти в два раза, численность рабочих, занятых на подземных работах сократилась только на 13,7 % [1,2]. С внедрением на основных процессах угледобычи высокопроизводительной техники выявилось несоответствие параметров технологических схем шахт, обоснованных ранее при разработке вариантов с применением очистной техники, производительность которой более чем в 10 раз ниже, параметрам технологических процессов при использовании высокопроизводительного оборудования. Так, при проектировании шахт и новых горизонтов за основу определения годовой проектной мощности были приняты нормативные нагрузки на очистные забои в пределах 900 – 1500 т в сут, исходя из чего и в соответствии с возможными вариантами развития горных работ определялись параметры технологический схем других подсистем шахты. Параметры технологических схем, в частности размеры шахтного поля, выемочного столба ориентированы были на подвигание очистного забоя не более чем на 40 м в мес, что было обусловлено продолжительностью поддержания нарезных и подготовительных выработок, их вентиляцией. С применением высокопроизводительной техники на очистных работах эти параметры должны быть пересмотрены [3,4,5].
2. До настоящего времени при обосновании планово-проектных решений на различных стадиях эксплуатации шахт, при обосновании целесообразности принимаемых решений использовались разные методологические подходы к формированию моделей оптимизации вариантов, обоснования критерия их оптимальности. Это приводило к тому, что невозможно было применение метода непрерывной оптимизации вариантов развития шахты на разных стадиях ее эксплуатации [6,7].
3. Научные исследования посвящены либо решению проблем оптимизации технологических схем вскрытия, подготовки и отработки, либо оптимизации параметров отдельных процессов производства. При этом обоснование выбора технологических схем и их параметров осуществлялось с использованием среднебассейновых или среднеотраслевых нормативных параметров технологических процессов, а обоснование параметров технологических процессов и подсистем — с использованием нормативных параметров технологических схем, что приводило и в том, и в другом случае к созданию статической модели, не позволяющей решать проблему комплексно в пространственно-временном ее развитии. Такой подход имеет значительный недостаток, так как приводит к погрешности расчетов, однако был оправдан на определенном этапе развития средств их автоматизации. Постоянный пересмотр планово-проектных решений на стадии разработки проектно-сметной документации из-за погрешности расчетов негативно сказывался на их эффективности. Взаимозависимость параметров технологических схем, процессов, и подсистем шахты требует выработки механизма их совместной оптимизации, что особенно актуально с внедрением высокопроизводительной техники [5,8].
4. При формировании целевой функции моделей оптимизации вариантов, представляющей собой минимум затрат на производство, использовались либо стоимостные параметры, рассчитанные с учетом ограниченного числа влияющих факторов, либо фактические данные работы шахт, что усиливало статический характер модели, ограничивало сам процесс оптимизации и приводило к необходимости разработки механизма оптимизации для конкретной задачи исследования.
Исследованиям, направленным на создание технико-технологических и экономико-математических моделей, позволяющих решать ряд важнейших задач по выбору рациональных вариантов развития шахт, посвящены работы ИПКОН РАН, МГГУ, КузГТУ, ИГД им. А. А. Скочинского, ИПКОН НАН РК, ИГД им. Кунаева НАН РК и многих других.
Однако результаты этих исследований, несмотря на эффективность их использования на определенной стадии развития техники и технологии, не в полной мере адаптированы в условиях применения современных технических средств и технологий. Поэтому актуальной проблемой является совершенствование теории и методов оптимизации параметров технологических схем шахт на основе установления закономерностей формирования параметров технологических процессов и подсистем, их совместной оптимизации, для разработки стратегических решений в развитии угледобывающих комплексов, обеспечивающего раци ональное использование георесурсов, сбалансированное распределение объемов производства и инвестиций.
Согласно Федеральной целевой программе «Экология и природные ресурсы России (2002 – 2010 гг.)», разработанной Правительством Российской Федерации в 2001 г., предполагается увеличить добычу угля к 2010 г. на 11,7 %, нефти — на 1,4 %, газа — на 2,4 %. Опережающие темпы роста угледобычи обусловлены восстановлением промышленного потенциала России, высокими темпами роста выпуска продукции металлургической промышленности, увеличением доли угля, применяемого в качестве сырья для энергетических нужд. Учитывая этот потенциал до рыночных реформ, можно предположить, что эти темпы будут увеличиваться. Поэтому перед угледобывающей промышленностью России встанет проблема интенсификации угледобычи с использованием высокопроизводительной техники на основных процессах производства, что предполагает совершенствование технологических схем шахт.
Основные направления теоретических и методологических исследований в горной науке, имеющие основополагающее влияние на формирование и развитие научных основ оптимального комплексного развития угледобывающих предприятий, могут быть представлены следующими направлениями:
— исследования в области геолого-промышленной оценки угольных месторождений, возможности их эксплуатации, направления использования в народном хозяйстве;
— исследования в области экономической оценки угольных месторождений в период их эксплуатации, в том числе экономической оценки эффективности разработки на определенных этапах развития техники и технологии горного производства;
— исследования в области создания новых технических средств для разработки месторождений; приоритет принадлежал исследованиям по разработке месторождений, имеющих сложные условия залегания;
— исследования в области экономической оценки техникотехнологического потенциала угледобывающих регионов и их адаптации к рыночным условиям;
— исследования в области обоснования рациональных схем вскрытия, подготовки и отработки месторождений, где также приоритет отдавался месторождениям со сложными условиями залегания;
— исследования в области создания методологических основ выбора оптимальных решений при проектировании строительства, реконструкции и поддержания мощностей угледобывающих предприятий, в том числе оптимизации планов среднесрочного и перспективного планирования развития бассейнов и отрасли в целом.
В основу геолого-промышленной оценки запасов полезных ископаемых, в современном понимании проблемы, заложена идея создания взаимодействующей системы стоимостных и натуральных ресурсных показателей. Любое полезное ископаемое рассматривалось как национальное достояние, использование его в народном хозяйстве должно приносить максимальный экономический эффект. В рыночных условиях экономического развития проблема рационального использования недр, попытка решения которой достигается путем системы налогообложения за недропользование, остается весьма актуальной, так как до настоящего времени не разработаны экономические рычаги, требующие от добывающих предприятий рационального использования недр, главным образом, путем повышения полноты Электротехника для горной промышленности Трансформаторные подстанции Распредерительные устройства высокого и низкого напряжения Преобразователи частоты до 630 кВт Электродвигатели до 2000 кВт Средства и системы автоматизации извлечения полезных ископаемых. Наиболее важными направлениями разработки оценочных характеристик при решении задачи выбора рациональных вариантов развития угледобывающих комплексов являются:
— выработка оценочных показателей пригодности промышленного освоения месторождений с учетом современного состояния и перспектив развития техники и технологии их эксплуатации;
— формирование нового методологического подхода в экономической оценке эффективности разработки месторожде ний полезных ископаемых, имеющих определенный технико-технологический потенциал, который позволяет обозначить перспективы развития угольных месторождений путем формирования относительных оценочных показателей, что дает возможность избежать влияния неустойчивости ценовых показателей при планировании рационального использования материально-технических и трудовых ресурсов.
Изменение ориентиров экономики стран СНГ, значительный спад производства в первой половине 1990-х гг. потребовали поиска новых подходов в управлении угольной отраслью. Реструктуризация в угледобывающих регионах России и Казахстана позволила сохранить их шахтный и карьерный фонды, дальнейшее их становление и развитие явились основой подъема экономики этих стран. Переход к рыночным отношениям, завершение этапа приватизации промышленных предприятий предопределили необходимость разработки комплексного научно обоснованного подхода к решению проблемы оптимального комплексного развития угледобывающих предприятий на основе использования системного анализа, суть которого, применительно к исследуемой проблеме, заключается в приведении системы (в данном случае производственного комплекса предприятий по добыче угля) в состояние, которое удовлетворяло бы, с одной стороны, спрос на угольную продукцию, с другой — экономические интересы управляющих ими финансовых структур.
Использование системного анализа позволяет осуществить поэтапную оптимизацию параметров и вариантов развития шахт и угледобывающего предприятия в целом. При этом был решен ряд частных задач на этапе моделирования и оптимизации параметров и вариантов развития шахт, рассматриваемых как производственные подразделения этого предприятия с дальнейшим определением минимаксных значений параметров вариантов, которые в дальнейшем рассматриваются как области определения оптимальных вариантов комплексного их развития:
— технико-технологическая оценка отдельных подсистем шахты с целью выявления «узких» мест в развитии производственного процесса и выработки решения их устранения;
— технолого-экономическая оценка внедрения новой техники и технологии на процессах угледобычи;
— оценка последовательности отработки шахтных полей;
— оценка извлечения ранее оставленных запасов;
— оценка инвестиций на поддержание, реконструкцию и расширение производства на шахтах в составе угледобывающих комплексов.
Проведенные исследования позволили:
— разработать единую концепцию механизма управления объемом производства на шахтах угледобывающего комплекса на различных стадиях их эксплуатации, отличающуюся применением единого методологического подхода к обоснованию рациональных параметров технологических схем на основе их совместной оптимизации [4,8];
— осуществить классификацию факторов, формирующих единое информационное пространство, принятую в качестве основы при разработке единого методологического подхода к моделированию параметров технологической схемы шахты;
— предложить единый научный подход, разработать методику моделирования параметров технологических схем процессов и подсистем шахты, отличающихся тем, что установление закономерностей их формирования осуществлено на основе разработки оптимального баланса сменного рабочего времени, трудоемкости операций и рабочих процессов в зависимости от условий ведения горных работ и применяемых технико-технологических решений [3,5,9];
— разработать концепцию и методологический подход к решению многовариантных задач обоснования оптимальных параметров технологических схем шахт, отличающиеся тем, что их реализация основана на синтезе системы технико-технологических и экономико-математических моделей технологических процессов, что позволяет осуществлять поэтапную оптимизацию параметров с учетом пространственно-временной динамики их развития [8];
— разработать принципиально новый методологический подход к оценке технико-технологического потенциала подсистем и шахты в целом, отличающийся тем, что обоснование критерия сравнительной оценки параметров технологических схем процессов и подсистем основано на установлении их минимаксных значений посредством предложенной методики их моделирования в сопоставимых условиях ведения горных работ [4];
— разработать принципиально новый методологический подход, реализованный в методике формирования динамической технолого-экономической модели шахты, отличающийся тем, что на основе синтеза технико-технологических и экономико-математических моделей технологических процессов и подсистем шахты оптимизация планово-проектных решений осуществлена методом прямого расчета затрат по их элементам [7,8].
Учитывая схожесть проблем, результаты исследований могут найти применение при разработке программ оптимального комплексного развития предприятий по добыче угля в России.
Научные результаты и практические рекомендации, изложенные в статье, использованы при разработке Методики: «Разработать комплекс алгоритмов и программ расчета затрат по вскрытию и подготовке новых горизонтов шахт» («Карагандагипрошахт», 1992 г.) «Методических рекомендаций по обоснованию вариантов оптимального комплексного развития шахт в составе угледобывающего предприятия» с внедрением в Угольном департаменте ОАО «Испат Кармет» (2005 г.) со значительным ожидаемым экономическим эффектом.
Список литературы 1. Шулятьева Л. И. Технолого-экономические проблемы эффективного функционирования системы-шахта и ее подсистем в условиях рынка. — В кн.:
«Технология разработки сложных и некондиционных пластов Карагандинского бассейна» / П. П. Нефедов, Н. А. Дрижд, С. С. Квон, и др. — Караганда: 1995.
— С. 256 – 319.
2. Шулятьева Л. И. Технико-технологические проблемы оптимального комплексного развития угледобывающих предприятий // Уголь. — № 9. — 2004.
— С. 51 – 60.
3. Квон С. С., Шулятьева Л. И. Интенсификация горно-подготовительных работ при вскрытии и подготовке новых горизонтов смежных шахт. /Тезисы докладов на Всесоюзной научно-технической конференции «Интенсификация и безотходная технология разработки угольных и сланцевых месторождений». — М.: МГИ, 1989.
— С. 23 – 33.
4. Сагинов А. С., Шулятьева Л. И. Интегральная оценка технико-технологического потенциала угольных шахт. Сборник «Труды университета» 2005.— № 1 — КарГТУ, Караганда, 2005.
5. Сагинов А. С., Шулятьева Л. И. Исследование формирования параметров процессов на шахтах при отработке газоносных месторождений // Уголь. — № 11.
— 2005. — С. 15 – 18.
6. Карагандинский угольный бассейн:
Справочник / Н. А. Дрижд, С. К. Баймухаметов, В. А. Тоблер, А. С. Сагинов, С. С.
Квон, А. А. Ганжула, Л. И. Шулятьева — М.:
Недра, 1990. — 299 с.
7. Шулятьева Л. И. Разработка и промышленная эксплуатация технолого-экономической хозрасчетной модели шахты.
/Межвузовский сборник научных трудов «Научно-технические проблемы подземной разработки месторождений» / КузПИ.
— Кемерово: 1991. — С. 78 – 81.
8. Шулятьева Л. И. Системный подход к технико-технологической оценке вариантов оптимального комплексного развития угледобывающих предприятий. Тезисы доклада к научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» («Сибресурс-2004») , 2004 г. – Кемерово: 2004. – С. 189 – 191.
9. Шулятьева Л. И. Выбор технологических схем подготовки и отработки пластов на основе оценки объемов поддержания горных выработок // Вестник ВосточноКазахстанского технического университета. – Усть-Каменогорск. – № 4. – 2004.
– С.5 – 7.