» » Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

08.08.2016

Эта методика рассматривается здесь для того, чтобы дальше при изучении каждой системой можно было пояснить, с какой из предыдущих систем и по какому критерию следует ее сравнивать и каким образом могут быть выбраны с экономических позиций ее вариант и параметры.
Требования охраны природы в частях сохранения дневной поверхности, водоемов и т. п. и другие требования, не имеющие пока что общепринятых численных оценок, должны учитываться дополнительно по специальным методикам и общим соображениям.
С экономической точки зрения системы разработки различаются между собой главным образом материально-трудовыми затратами по подготовке и очистной выемке и показателями извлечения руды, а также затратами на транспорт и вспомогательные процессы, зависящие от концентрации горных работ. Это же относится и к вариантам одной и той же системы разработки. Поэтому далее говорим сразу о сравнении и систем разработки, и вариантов системы.
Сравнительная экономическая оценка систем разработки исследовалась М.И. Агошковым, П.И. Городецким, Р.П. Каплуновым, О.А. Бакконуровым, В.А. Шестаковым и другими учеными.
Существует несколько методик экономической оценки систем разработки, примерно равноценных по результатам, но различающихся по сложности; примем одну из наиболее простых.
Основываемся на экономико-математических методах и критериях эффективности, изложенных выше.
Пользоваться будем условиями максимального приведенного дохода или минимальной суммы приведенных затрат и ущерба от потерь и разубоживання.
Поясним некоторые понятия.
Доход — это то же, что и прибыль, Термин «прибыль» применяют чаще и обозначают ее абсолютную величину через П, а удельную — через n, т. е. так же, как и потери полезного компонента, что затрудняет использование формул. Чтобы избежать этого, воспользуемся термином «доход», не внося этим чего-либо нового в само понятие по сравнению с прибылью.
Определение «приведенный» по отношению к доходу имеет то же значение, что и в «приведенных затратах», т. е. учитывает разновременность затрат: из дохода вычитается величина Eнk, как недополученная прибыль на других предприятиях отрасли в связи с отвлечением средств на строительство данного рудника (или подготовку и оборудование блока и т. п.).
Как сказано выше, в связи с экономическими методами исследования, дополнительно к одному из перечисленных условий необходимо учитывать как самостоятельный показатель производительность труда, и если она при одной из систем разработки намного выше, чем при другой, то этой системе может быть отдано предпочтение, даже несмотря на несколько более высокие приведенные затраты.
В экономическом сравнении систем разработки фигурируют следующие их показатели:
с — материально-трудовые затраты на отработку 1 т рудного запаса, руб/т (тонну руды, массы); n — потери полезного компонента; P — разубоживание руды; k — удельные капиталовложения на отработку 1 т рудного запаса в год, руб.
Если одна из систем разработки лучше других по всем этим показателям или хотя бы по одному из них при равенстве остальных показателей, то ясно, что именно она заслуживает предпочтения, и дальнейшие расчеты не нужны. Иногда не требуется определять даже и сами эти показатели, так как соотношение их в пользу одной из систем очевидно и без цифр. Возьмем пример отработки камеры со шпуровой отбойкой слоями снизу вверх в залежи крутого падения с правильными контурами и устойчивыми породами. Можно бурить шпуры или с поверхности замагазинированной руды (система с отбойкой из магазинов), или с поверхности закладки, для чего потребуется по мере выемки руды закладывать камеру (система горизонтальных слоев с закладкой). Первая система дешевле, потери и разубоживание руды при обеих системах в рассматриваемых условиях приблизительно равны, поэтому очевидно преимущество отбойки из магазинов.
Однако довольно часто требуется и определение показателей, и дальнейшие расчеты.
В оптимизационных расчетах можно пользоваться как абсолютными величинами по этажу, панели, блоку, участку, так и удельными — на 1 т погашаемого запаса. Удобнее пользоваться удельными величинами, как более наглядными,
С точки зрения сравнения технических решений возможны различные случаи, рассмотрим их по отдельности, начиная с более простого.
Индексами 1 и 2 обозначим первую и вторую сравниваемые системы разработки (или варианты систем) и относящиеся к ним показатели.
1-й случай. Системы разработки различаются между собой по величине приведенных затрат, но не имеют существенного различия по потерям и разубоживанию руды:
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

В этом случае достаточно сопоставить системы только по сравнительным приведенным затратам и отдать предпочтение более дешевой системе, т. е. условие выбора
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

Так, предположим, что варианты системы разработки камер различаются способом бурения взрывных скважин — штанговым или шарошечным и связанными с этим элементами системы разработки, При штанговом бурении лучше дробится руда и, следовательно, выше производительность доставки руды; но, с другой стороны, в связи с уменьшенной глубиной скважин больше объем буровых выработок. Различны и затраты на бурение. Показатели же извлечения примерно одинаковы при обоих вариантах. Значит для выбора достаточно определить, какой из вариантов дешевле.
Аналогичный пример: параллельное и веерное расположения скважин. При веерном расположении выигрывают в объеме буровых выработок, но увеличивается расход бурения и снижается качество дробления руды, что уменьшает производительность доставки руды. Показатели же извлечения руды могут быть постоянными. Значит, опять-таки достаточно учесть материально-трудовые затраты.
В этих и подобных им случаях для упрощения целесообразно учитывать только сравнительные затраты, т. е. те, которые различны при различных вариантах.
2-й случай. Одна из систем обеспечивает более дешевую добычу, а другая — лучшие показатели извлечения руды:
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

В этом случае сравнение систем основывается на максимизации удельного (на 1 т запаса руды) приведенного дохода от разработки рассматриваемого участка месторождения:
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

Отметим, что это условие является общим и в принципе может быть использовано в любой ситуации, однако в других случаях можно обойтись более простыми расчетами.
Поясним рассматриваемый случай, который очень характерен. К примеру, сравниваются между собой одна из систем с обрушением руды и вмещающих пород и одна из систем с искусственным поддержанием очистного пространства. Очевидно, первая система является более дешевой в связи с отсутствием процессов закладки и крепления, но дает повышенные потери и разубоживание руды, выпускаемой под налегающими обрушенными породами.
В этом и аналогичных примерах каждая из систем, по сравнению с другой, имеет и достоинства, и недостатки, сопоставление которых возможно лишь при едином их количественном измерении в денежном выражении.
Повышение приведенных затрат снижает удельный доход. Потери руды также снижают доход, так как уменьшают выход рудной массы, приносящей доход. Разубоживание руды тоже сокращает доход, поскольку снижает выход конечного продукта из 1 т рудной массы и увеличивает затраты на транспорт и переработку рудной массы.
Извлеченная ценность считается по концентрату или металлу, а иногда и по рудной массе, в зависимости от того, что из этого является товарной продукцией данного предприятия.
Удельный приведенный доход от погашения 1 т запаса руды, руб/т,
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

где kд — выход рудной массы при добыче в долях единицы, зависит от потерь n и разубоживания р руды:
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

цβ — ценность конечного (товарного) продукта, полученного из 1 т рудной массы, руб/т; ц — замыкающая цена продукта (себестоимость в наименее благоприятных условиях отрасли или региона плюс нормативная прибыль), руб/т; β — выход конечного продукта из рудной массы в долях единицы; Енkр.м — недополученная прибыль на других предприятиях отрасли, руб/т (рудной массы); сдоб.р.м — себестоимость добычи рудной массы, руб/т; ст — себестоимость поверхностного транспорта, отнесенная к 1 т рудной массы (если товарный продукт — концентрат, то учитывают транспорт рудной массы с рудника на обогатительную фабрику, а если продукт — металл, то добавляют еще транспорт концентрата, полученного из 1 т рудной массы), руб/т; сп — себестоимость переработки 1 т рудной массы (обогащение или обогащение плюс металлургический передел), руб/т.
Выход товарного продукта из рудной массы
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

где Аруд, Ак — содержание в руде и в конечном продукте; η — извлечение металла при переработке (в долях единицы).
Заметим, что если товарным продуктом является рудная масса, то ст=0, сп=0, β=1.
При полиметаллической руде расчет можно вести по одному из металлов (основному, например свинцу), на который условно пересчитывают и все остальные извлекаемые из руды металлы (цинк, медь и т. п.). Коэффициенты пересчета известны из геологической или проектной документации, они зависят здесь от соотношения цен цинка (или меди и т. п.) и свинца, себестоимости переработки, извлечения металла при переработке и т. п.
Для определения ценности товарного продукта при нескольких его видах, например при нескольких концентратах, можно также пользоваться величинами средневзвешенной цены товарных продуктов и суммарного их выхода, которые для действующего предприятия определяются по отчетной документации.
Если системы разработки дают разную производительность блока, то в связи с различной концентрацией горных работ следует учитывать затраты на транспорт и вспомогательные работы, т, е. в формулу XI.3 подставлять не участковую, а шахтную себестоимость. В остальных случаях можно определять себестоимость добычи только по блоку.
3-й случай. Условия те же, что и во втором случае. Особенность состоит в том, что в техническом отношении варианты различаются между собой лишь одним-двумя элементами (это может иметь место при выборе варианта или параметра системы). Воспользуемся опять примером отработки сплошной системой пологой залежи с устойчивыми породами. Для поддержания кровли могут быть оставлены навсегда столбообразные целики либо возведены искусственные бетонные опоры. При искусственных опорах требуются дополнительные затраты на их возведение и на выемку руды, которая осталась бы в целиках при другом варианте, зато потери руды снижаются, а во всем остальном сравниваемые варианты одинаковы. Сравнение здесь может основываться на минимальной сумме сравнительных убытков при разработке данного участка месторождения. Эта сумма определяется для каждого варианта как приведенные сравнительные затраты по элементам, которыми варианты различаются между собой. Расчет ведется на 1 т запаса, учитываются затраты только по добыче руды.
Таким образом, сюда относится условие (VIII. 17), которое запишем в виде
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

4-й случай. Один из сравниваемых вариантов (или одно из значений параметра) системы разработки обеспечивает меньшие потери руды, а другой — меньшее разубоживание, но оба примерно равноценны по материально-трудовым затратам:
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

В этом случае сравнение основывается на минимальных сравнительных условных потерях металла (полезного компонента), которые равны действительным потерям плюс условные потери, эквивалентные разубоживанию по величине экономического ущерба:
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

где k — коэффициент перевода разубоживания в условные потери.
Этот случай имеет место, если при изменении варианта системы разработки или его параметров потери руды снижаются за счет увеличения разубоживания, например при спрямлении выемочного контура с подрывкой вмещающих пород, при дополнительном выпуске разубоженной рудной массы в случае применения систем с обрушением руды и вмещающих пород и т. п.
В этом случае следует исходить из минимального суммарного экономического ущерба от потерь и разубоживания руды, что и определяется условием
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

Приближенно
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

где Аруд — среднее содержание металла в руде; Aпор — то же, во вмещающих породах, разубоживающую руду; Amin — минимальное промышленное содержание металлов.
Для более общих выводов удобнее пользоваться не абсолютными значениями содержания металлов в руде и породах, а их соотношением с Amin. Соответственно получим
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

Подсчитанные по формуле (XI.5) значения коэффициента для различных случаев приведены в табл. XI.1.
Условие оптимизации для 4-го случая в окончательном виде
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

Особо должны рассматриваться случаи, в которых разубоживание жестко ограничено технологией переработки руд.
Оптимизация параметров систем разработки. Имеются в виду высота этажа и ширина панели, поперечные размеры и площадь блока, ширина камер и целиков, высота подэтажей и слоев и т. п.
Часть параметров целесообразно принимать максимальными или, наоборот, минимальными по техническим факторам. Так, при поддержании кровли пологой залежи постоянными целиками (сплошная система разработки) чаще целесообразно оставлять целики минимальной ширины через максимальные интервалы по условию прочности кровли и целиков. Ho для большинства параметров наивыгоднейшим является экстремальное значение, определение которого и входит в задачу оптимизации.
Важнейший из параметров — высота блока. Высоту блока, а следовательно, и высоту этажа при крутом падения залежи устанавливают с точки зрения данной системы разработки тогда, когда эта система доминирует в рассматриваемом этаже.
Увеличение высоты этажа сокращает число этажных горизонтов, чем снижает удельный (и абсолютный по шахтному полю) объем выработок этажных горизонтов и околоствольных выработок, а также проводимых в основаниях блоков выработок для выпуска и доставки руды, например при этажном принудительном обрушении. Кроме того, возрастает количество руды, приходящееся на один пункт выпуска, один пункт погрузки составов и т, п., что позволяет использовать более мощное оборудование.
Методика экономического сравнения систем разработки и оптимизации их параметров

С другой стороны, с увеличением высоты этажа, во-первых, повышаются расходы на поддержание выработок откаточных, рудовыпускных, восстающих и т. п. в связи с увеличением срока их службы и длины восстающих. Этот недостаток особенно ощутим при неустойчивых породах и большом горном давлении. За известным пределом он становится решающим даже при крепких рудах, если применяется этажный донный выпуск; частые взрывания для ликвидации заторов приводят к преждевременному разрушению рудовыпускных выработок.
Во-вторых, увеличиваются также затраты времени на перемещение рабочих в блоке, возрастают расходы на доставку материалов и оборудования в забои,
В-третьих, в случае неправильного (непостоянство мощности и угла падения) залегания рудных тел, особенно тел маломощных, разведочные данные, получаемые при проходке этажных выработок, становятся менее надежными.
В четвертых, если выпускают руду под налегающими обрушенными породами, то при углах падения залежи меньше 75° часть отбитой руды остается в потерях на лежачем боку, и эта часть тем больше, чем больше высота этажа. Для уменьшения этих потерь проводят дополнительные работы, например, проходят выпускные выработки в лежачем боку на промежуточных уровнях, что повышает материально-трудовые затраты.
Горно-технические условия, при которых указанные недостатки менее ощутимы, можно считать благоприятными для большой высоты этажа. Это — очень крутое падение залежи, при котором меньше запас руды в этаже и значительно меньше срок поддержания выработок, а кроме того снижаются потери отбитой руды на лежачем боку; устойчивые породы и относительно небольшое горное давление; правильное залегание рудных тел; средняя мощность рудных тел или большая мощность; если это не вызывает повышенного горного давления; при этажном выпуске руды — хорошее ее дробление при отбойке.
Неблагоприятны для большой высоты менее крутое падение, малая мощность и неправильное залегание рудных тел, неустойчивые руда и вмещающие породы, большое горное давление, крупная кусковатость отбитой руды в случае этажного выпуска.
Высота этажа, за отдельными исключениями, изменяется от 40—50 до 80—150 м, в зависимости от того, насколько благоприятны или, наоборот, неблагоприятны условия и имеется тенденция к увеличению высоты этажа.
Далее даются методики оптимизации высоты блока с учетом того, какие из перечисленных факторов существенны при данной системе разработки, и оптимизации других параметров, специфичных для данной системы.
Соображения по численной оценке влияющих факторов изложены выше.
Если не поддающиеся численной оценке факторы в каком-либо случае играют решающую роль, то следует выбирать величину параметра на основании инженерного опыта и практических данных.