» » Выбор производственной мощности предприятия

Выбор производственной мощности предприятия

18.08.2016

Основные положения
Необходимо обосновать производственную мощность предприятия в целом, эксплуатирующего месторождение комбинированным способом в формате наиболее распространенного горно-обогатительного производства.
В настоящее время при проектировании принято с учетом рыночных условий определять производственную мощность предприятия в два-три этапа.
Однако первоначально заказчиком устанавливается конечная цель, обязательная при выполнении всех этапов (а возможно — и вариантов).
Чаще всего в качестве конечной цели проекта обозначают получение максимальной валовой прибыли.
Вместе с тем такая конечная цель может и не быть исключительной и единственной. В зависимости от интересов заказчика в конкретной социально-экономической ситуации в качестве конечной цели горно-добывающего производства могут выступать:
• уже отмеченное ранее получение наибольшей валовой прибыли;
• минимизация объемов инвестиций и максимальная их окупаемость;
• минимизация сроков окупаемости инвестиций;
• достижение наибольшей интенсивности отработки месторождения (или близкие к ней задачи: достижение наибольшей производственной мощности предприятия, а также минимизация сроков существования предприятия);
• обеспечение определенного заданного срока существования предприятия;
• обеспечение определенного заданного уровня годовой производственной мощности предприятия.
Таковы наиболее часто используемые целевые установки к проектированию горно-добывающих предприятий. Перечень этим не исчерпывается, и его можно было бы продолжить. При этом следует иметь в виду, что любая из них в определенных условиях может выступить в качестве определяющей. Возможны также их сочетания.
В качестве целевой установки при дальнейшем изложении решения задачи принимаем первую из перечисленных, чаще других используемую на практике.
Итак, решается задача выбора или определения производственной мощности предприятия, выполняющего отработку рудного месторождения комбинированным способом.
Сложность определения этого показателя заключается в отсутствии надежной методики количественного учета взаимовлияния различных технологий (например, открытых и подземных) при определении производительности каждой из них.
При комбинированной разработке по определению, изложенному ранее, добыча руды на месторождении может осуществляться тремя различными технологиями: открытыми, подземными горными работами и физико-химическими методами.
Последние выполняются в принципе на любом участке карьерного или шахтного поля, и конкретное местоположение их применения зависит от горно-геологических условий, удовлетворяющих требованиям этой технологии. Широкое развитие они пока не получили вследствие специфичности физико-химических процессов, происходящих в массиве горных пород а также и из экологических соображений.
Таким образом, в большинстве случаев комбинированной разработки месторождения речь идет о рациональном размещении в пространстве и времени двух технологий: открытой и подземной.
Поскольку в существующих методах определения производственной мощности горно-добывающего предприятия используют взаимозависимые неизвестные показатели, задачу решают двумя путями: 1) какие-то из этих неизвестных показателей декларируют по некоторым, определенным в данном конкретном случае, соображениям или 2) задача решается повариантно методом последовательных приближений (итераций).
Применительно к комбинированной разработке, решая задачу по первому варианту, чаще всего в качестве декларируемой величины на начальном этапе принимают глубину карьера.
Разумеется, указанный параметр выбирается (назначается) не спонтанно, а максимально обоснованно. Например, неплохим основанием для принятия решения о глубине карьера является практика. Данные, приведенные в работе, по обобщению отечественного и зарубежного опыта применения комбинированной разработки рудных месторождений, показывают, что из 45 рассмотренных предприятий в 40 случаях глубина карьеров составляет в среднем 173 м.
Следовательно, если предварительно глубину карьера принять Hк = 300 м, то это будет статистически оправданной величиной для дальнейшего решения задачи.
С использованием таких параметров карьера, как глубина Нк, углы наклона откосов бортов β, γ, δ и длина на горизонте дна Lк, оконтуривают балансовые запасы Qбал.о карьера, руководствуясь утвержденными показателями кондиций. Затем получают промышленные запасы карьера Qо:
Выбор производственной мощности предприятия

где По и Pо — потери и разубоживание руды при открытой разработке соответственно (доли единицы).
Имея утвержденные ГКЗ балансовые запасы месторождения в целом Qбал.общ, получают промышленные запасы подземного рудника
Выбор производственной мощности предприятия

Производственная мощность предприятия в целом Aпp в нашем случае, слагается из двух условных частей и на предварительном этапе вычисляется как
Выбор производственной мощности предприятия

где Aо и Aш — соответственно мощность открытого и подземного производств, т/год.
В зависимости от целей и интересов заказчика значения показателей в формуле (5.5) как Aпр в целом, так и его составляющих могут декларироваться или определяться одним из многочисленных расчетных методов. Последнее предпочтительнее.
Вместе с тем, согласно принятым признакам единого технологического пространства при комбинированной разработке месторождения, решение задач системного значения выполняется для всего предприятия в целом.
К этой категории задач относятся прежде всего следующие:
1) геометризация основных характеристик месторождения;
2) разработка единой схемы вскрытия месторождения;
3) расчет и конструирование единой схемы грузопотоков: рудных, породных, закладочных материалов и др.;
4) расчет единой схемы вентиляции всех горных выработок подземного рудника, карьера и других объектов;
5) расчет и проектирование единой схемы осушения и водоотлива по всему предприятию;
6) проектирование единой системы управления качеством добываемой руды;
7) определение производственной мощности предприятия в целом, включая общий объем добываемой руды с содержанием полезных и вредных компонентов в ней, объем попутно добываемых полезных ископаемых и их качество, объемы и разновидности рудных и нерудных концентратов с содержанием полезных компонентов;
8) расчеты и проектирование всех значимых объектов на земной поверхности.
Решение перечисленных системообразующих и многих других задач с учетом взаимовлияющих факторов при совмещении в пространстве и времени различных технологий на одном месторождении представляет в математическом отношении сложную много-вариантную задачу.
Для оценки уровней качественных взаимовлияний проф. В.А. Щелканов предложил использовать коэффициенты, отражающие степень взаимодействия во времени Кt и в пространстве Kпр, например, открытой и подземной технологий.
Коэффициент Kt было предложено принять в виде
Выбор производственной мощности предприятия

где tк — время одновременного ведения открытых и подземных горных работ; T — общий срок отработки месторождения.
Коэффициент Kпр определяется как отношение запасов месторождения, находящихся в одновременной разработке открытым и подземным (комбинированным) способами Qк, к общим запасам месторождения Qобщ. т.е.
Выбор производственной мощности предприятия

Предлагается также ввести показатель Kи в виде коэффициента использования технической возможности месторождения, выражающийся отношением суммарной производственной мощности предприятия при данном соотношении долей открытой и подземной технологий Aпр,i к максимально возможной Апр.mах, т.е. при
Выбор производственной мощности предприятия

При этом предполагалось, что при различных схемах совмещения применяемых технологий, указанные коэффициенты изменяются в пределах
Выбор производственной мощности предприятия

Приняв за основу изложенную идею, придадим несколько иное содержание используемым критериям.
Прежде всего степень взаимовлияния совмещаемых технологий (например, открытой и подземной) будем оценивать согласно принятому ранее признаку геомеханического взаимодействия. В этом случае зоны взаимного влияния открытых и подземных горных работ можно обозначить довольно точно и выразить их количественно как некие объемы или доли от общего объема.
Комбинированная разработка в сравнении с другими технологиями характеризуется более высокой интенсивностью отработки месторождения.
Если в качестве единицы количественной меры этого показателя принять годовую производительность предприятия Aпр, то можем записать, что в среднем
Выбор производственной мощности предприятия

где Q — промышленные запасы месторождения, т; T — время их отработки, число лет.
Ho используя принятый показатель интенсивности отработки, можно записать, что в общем случае, когда месторождение отрабатывается последовательно или одновременно всеми возможными схемами открытой и подземной технологий,
Выбор производственной мощности предприятия

где Aо и Аш — производственная мощность при последовательной отработке только открытой и только подземной технологией соответственно; А'о и А'ш — то же, при одновременной отработке открытой и подземной технологиями; tо, tш, tк — время отработки открытой, подземной и комбинированной технологиями соответственно за исключением периода строительства.
Исследовав эту зависимость и выполнив расчеты для железорудных месторождений Урала, В.А. Щелканов установил, что при одновременной отработке месторождения открытым и подземным способами:
• скорость понижения горных работ пропорциональна времени tк;
• интенсивность отработки месторождения повышается в 1,5 раза;
• при совмещении открытых и подземных добычных работ в вертикальной плоскости (Kпр=2) производственная мощность предприятия повышается в 1,7 раза в сравнении с этим показателем при последовательной комбинированной разработке;
• совмещение этих технологий комбинированной разработки в горизонтальной плоскости увеличивает Aпр в 1,4 раза.
Таким образом, с учетом зависимостей (5.10) и (5.11) можно записать
Выбор производственной мощности предприятия

где Qо, Qш и Qк — части запасов месторождения, намечаемые к отработке на протяжении времени T только открытым, подземным и комбинированным способами соответственно.
Рассмотрим далее последовательность расчета Qш и Qо.
Определение производительности подземного рудника
Производственная мощность предприятия как при открытой Aо, так и при подземной Aш разработке месторождения определяется с учетом горно-геологических условий, интегральным показателем которых являются годовое понижение горных работ h или коэффициент эксплуатации месторождения η.
Выбор производственной мощности предприятия
Выбор производственной мощности предприятия

Значение годового понижения горных работ устанавливается на основе обобщения и анализа статистических данных по применению различных систем разработки в разных горно-геологических условиях, технологий основных и вспомогательных процессов, технической оснащенности производств.
Например, при подземной разработке рудных месторождений производственная мощность рудника с использованием величины годового понижения горных работ (при угле падения залежи более 30°) определяется по формуле
Выбор производственной мощности предприятия

где h — годовое понижение, м/год; S — средняя горизонтальная площадь рудной залежи, м2; П и P — коэффициенты потерь и разубоживания руды при добыче, %; γ — объемная масса руды.
Значение годового понижения принимается по статистическим данным (табл. 5.1) и корректируется по формуле
Выбор производственной мощности предприятия

где h0 — базовая величина годового понижения (табл. 5.1); K1 — коэффициент, учитывающий угол падения залежи (табл. 5.2); K2 — коэффициент, учитывающий мощность залежи (табл. 5.3); K3 — коэффициент, учитывающий технический прогресс (K3 = 1,02-1,05).
Базовую величину годового понижения h0 получают по табл. 5.1 и уточняют с помощью поправочного коэффициента Kс, учитывающего производительность систем разработки (табл. 5.4):
Выбор производственной мощности предприятия

где hmax и hmin — максимальное и минимальное значения годового понижения, указанные в табл. 5.1; Kc — коэффициент, учитывающий производительность системы разработки (см. табл. 5.4).
Рекомендуется также учитывать влияние размеров шахтного поля (табл. 5.5).
Определение производительности карьера
Масштаб горно-добывающего производства рудника по добыче полезного ископаемого открытым способом характеризуется производственной мощностью по горной массе Аг.м. Этот показатель принимается за основу при определении численности трудящихся, единичной мощности оборудования, потребления энергетических ресурсов и др.
В свою очередь показатель Аг.м состоит из двух слагаемых: производительности карьера по добыче полезного ископаемого Aо и производительности по вскрыше Vв (годовой объем вскрышных работ).
Производственную мощность карьера можно определить по формуле
Выбор производственной мощности предприятия

Производительность карьера по полезному ископаемому определяется по формуле
Выбор производственной мощности предприятия

где Qy и Hy — запасы и высота уступа (этапа); h0 — годовое понижение горных работ, определяется по аналогии с предыдущим статистическими методами.
Определение производственной мощности предприятия при открыто-подземной разработке
Для комбинированной разработки по аналогии с формулой (5.11) можно записать
Выбор производственной мощности предприятия

где ho и hш — соответственно годовое понижение горных работ при раздельной открытой и подземной разработке, м; h'о и h'ш — соответственно годовое понижение горных работ в карьере и подземном руднике при совместной комбинированной разработке, м; h'пр — средневзвешенное значение годового понижения горных работ при комбинированной разработке, м.
Аналогично можно определить средневзвешенное значение коэффициента эксплуатации месторождения ηпр, т/м2, который часто наравне с показателем годового понижения горных работ используют при расчете производственной мощности горного предприятия.
Значения показателей h'o и h'm являются результатом взаимовлияния открытых и подземных технологий при комбинированной разработке месторождения, которые можно оценить коэффициентом Kтв.
Определить значения коэффициентов эффективности взаимовлияния Kтв.о и Ктв.ш, весьма сложно. Во всяком случае, надежных методик решения этой задачи пока не существует.
На сегодняшнем уровне изученности этого вопроса воспользуемся косвенными методами. Например, оценить взаимовлияние разных технологий можно по изменению эксплуатационных и капитальных затрат:
Выбор производственной мощности предприятия

Полученные зависимости (5.21) целесообразно использовать при решении задач, в которых доминирующими являются эксплуатационные затраты.
Коэффициент эффективности взаимодействия Km полученный по критерию удельных капитальных затрат, целесообразно использовать при анализе технико-экономических результатов задач преимущественно инвестиционного характера.
Далее, подставив значения hш' и ho' в формулы (5.13) и (5.18), определим годовые производительности открытого Aо' и подземного Аш' участков месторождения при комбинированной разработке.
Подставив полученные значения Аo' и Аш' в формулу (5.11), найдем Aпр'.
Решение задачи по определению оптимальной производственной мощности горного предприятия при комбинированной разработке месторождения можно выполнить путем формирования и анализа экономикоматематической модели.
Качество технологических решений и эффективность результатов деятельности предприятия в основном иллюстрируются сравнением объемов отрицательных денежных потоков, которые к тому же являются наиболее управляемыми.
При анализе структуры отрицательных денежных потоков в нашем случае наиболее принципиальными являются капитальные и эксплуатационные расходы. Они же представляют собой наиболее чувствительные к принимаемым техническим решениям компоненты отрицательных денежных потоков.
Вследствие указанного суммарные капитальные и эксплуатационные расходы более представительно отражают технологическое взаимодействие и взаимовлияние открытых и подземных работ при комбинированной разработке месторождения.
Отражением изложенного может служить целевая функция вида
Выбор производственной мощности предприятия

Выбор производственной мощности предприятия

где Kot' и Kшt' — капитальные вложения за время t в карьере и руднике соответственно, руб; ΔKot' и ΔKшt' — удельные годовые капитальные вложения в карьере и руднике, руб/т; Aot' и Aшt' — производственная мощность открытой и подземной частей предприятия, т/год; Эot' и Эшt' — эксплуатационные расходы открытой и подземной частей предприятия, руб.; Cot' и Cшt' — себестоимость добычи руды в карьере и руднике, руб/т.
В то же время эффективность технологического взаимодействия, согласно формуле (5.20), может быть выражена в виде соотношения себестоимостей или удельных капиталовложений в карьере и руднике при раздельном применении этих технологий (С и ΔК) и использовании их в составе комбинированной разработки (С' и ΔК').
Предполагаем, что Kтв, рассчитанные по формулам (5.20) примерно одинаковы, подставив значения, полученные по формулам (5.23) в (5.22), после некоторых преобразований получим
Выбор производственной мощности предприятия

Решение задачи осуществляется методами линейного программирования или на персональных компьютерах с помощью специальных программ. Последние с учетом условий конкретного предприятия могут быть адаптированы для калькулятора.
Ранее мы отмечали, что производственная мощность предприятия Aк, участвующая в зависимости (5.15), отражает технологическое взаимовлияние открытой и подземной технологий, т.е. зависит от изменения коэффициента использования технических возможностей месторождения Kи во времени (от коэффициента Кt).
Здесь коэффициент Kи отражает отношение производственной мощности предприятия Aк' к максимально возможной при полном совмещении открытой и подземной технологий в пространстве и времени (т.е. Кпр =2; Kt=1)
Выбор производственной мощности предприятия

С использованием упомянутых ранее статистических данных построена эта зависимость Kи=φ(Kt), которая в виде графика приведена на рис. 5.3.
Можно видеть, что Kи, определяемый по формуле (5.25), зависит от Kt = tк/Т прямо пропорционально и аппроксимируется эмпирической связью
Выбор производственной мощности предприятия