автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Обоснование эксплуатационных кондиций при формировании рудопотоков на меднорудных карьерах

На правах рукописи

АНТИПОВА Нина Михайловна

ОБОСНОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОНДИЦИЙ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ РУДОПОТОКОВ НА МЕДНОРУДНЫХ КАРЬЕРАХ

Специальность 05.02.22 - «Организация производства» (горная промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 Г.Ц? 2072

Москва 2012

005015615

005015615

Диссертационная работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор РЕЗНИЧЕНКО СЕМЕН САУЛОВИЧ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ПЕТРОСОВ АРКАДИЙ АРАМОВИЧ;

кандидат технических наук ЕЗЕРСКИЙ МИХАИЛ ЮРЬЕВИЧ

Ведущее предприятие - ОАО «НТЦ-НИИОГР» (г. Челябинск)

Защита состоится 13 марта 2012 г. в 12 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д. 212.128.03 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета (МГГУ)

Автореферат разослан « ¡0» февраля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д. 212.128.03 доктор технических наук

Агафонов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время наблюдается рост потреблен! меди, обусловленный динамичным развитием производства

электротехнического, электронного и теплообменного оборудования, средств связи, кабельно-проводниковой продукции, а также развитием транспортного и промышленного машиностроения, строительства жилых домов и других отраслей. Широкое применение меди объясняются ее уникальными эксплуатационными характеристиками: превосходной электро- и теплопроводностью, высокой коррозионной устойчивостью, конструкционностыо и пластичностью.

Медь является одним из важнейших сегментов мирового и внутреннего рынка, подверженных значительным конъюнктурным колебаниям цены, спроса и потребления. Добыча медных руд осуществляется на крупных современных ГОКах, преимущественно открытым способом, на долю которого приходится около 70% мировой добычи, а в ряде стран, в том числе в России и Монголии, более 80%.

Условия функционирования карьеров отличаются существенной изменчивостью во времени. Это относится как к внутренним условиям, прежде всего горно-геологическим (глубина разработки, коэффициенты вскрыши, содержание металла, мощность рудных тел и др.), так и к внешним условиям -ценам на конечную продукцию, поведению конкурентов и т.п.

Эффективность добычи и переработки рудного сырья зависит от кондиций, в том числе и эксплуатационных, которые определяют запасы полезного ископаемого, качество добываемого сырья, объемы горных работ, производительность предприятия и, в конечном итоге, технико-экономические показатели добывающих и перерабатывающих предприятий.

Обоснование эксплуатационных кондиций необходимо осуществлять с учетом их изменения в пространстве и во времени, в зависимости от горнодологических, технико-технологических, организационных и экономических

условий разработки полезных ископаемых, а также от колебания конъюнктуры и цен на добываемую продукцию.

В последнее время на предприятиях меднорудной отрасли обострились вопросы дальнейшего развития производства. По мере углубления карьера снижается качество добываемых руд и повышается себестоимость продукции.

Таким образом, разработка методических положений обоснования эксплуатационных кондиций при формировании рудопотоков, обеспечивающих повышение уровня рационального использования природных ресурсов в условиях рыночной среды является актуальной научной задачей, решаемой в данной диссертационной работе.

Цель работы заключается в разработке методических положений обоснования эксплуатационных кондиций при формировании рудопотоков, обеспечивающих повышение уровня рационального использования природных ресурсов в условиях рыночной среды.

Основная идея работы состоит в том, что формирование рудопотоков следует осуществлять на основе оптимизации эксплуатационных кондиций.

Объектом исследований являются месторождения комплексных руд, осуществляющие добычу и переработку медной руды.

Предмет исследований - методы и инструменты обоснования эксплуатационных кондиций при формировании рудопотоков на меднорудных карьерах.

Защищаемые научные положения:

1. На основе блочной модели месторождения и моделирования порядка развития горных работ целесообразно определять зависимости качественно-количественных показателей рудопотоков по вариантам бортового содержания.

2. Для обоснования эксплуатационных кондиций следует строить альтернативный граф, вершинами которого являются варианты бортового содержания и временные периоды, а ребра характеризуют их взаимосвязь. Переход из одной вершины в другую в каждый период времени должен

2

осуществляться по критерию приведенной интегральной прибыли с учетом изменения капитальных и эксплуатационных затрат.

3. Для экономического обоснования эксплуатационных кондиций и параметров рудопотоков следует использовать процедуру, включающую прогноз цепы на медь, анализ затрат на выпуск концентрата по вариантам бортового содержания, определение выхода концентрата и доходов от его реализации, моделирование денежных потоков при различных сценариях развития внешней и внутренней среды и оптимизацию пути альтернативного графа по критерию максимизации математического ожидания прибыли на основе подхода динамического программирования.

Научная новизна исследований состоит в динамическом подходе к обоснованию эксплуатационных кондиций и параметров рудопотоков на основе моделирования финансовых потоков при различных сценариях развития разработки месторождения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- применением современного программного обеспечения для моделирования месторождения и подсчета запасов по вариантам бортового содержания;

- корректным использованием методов математической статистики, экономико-математического и имитационного моделирования;

- моделированием и анализом влияния кондиций на технологические и экономические показатели добычи и переработки руды;

- проверкой адекватности разработанной математической модели формирования и оценки вариантов кондиций;

- корректным использованием методов динамического программирования и теории принятия решений;

- положительными результатами апробации методики при экономическом обосновании эксплуатационных кондиций для карьеров меднорудной промышленности.

Научное значение работы состоит в разработке методических положений обоснования эксплуатационных кондиций при формировании рудопотоков на меднорудных карьерах.

Практическое значение работы заключается в применении процедуры обоснования эксплуатационных кондиций при формировании параметров рудопотоков, обеспечивающей повышение уровня рационального использования природных ресурсов с учетом непрерывно изменяющейся геологической, технологической и экономической ситуации.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные положения диссертации использованы для формирования качественно-количественных характеристик рудопотоков при разработке месторождения Эрдэнэтийн овоо.

Кроме того, материалы диссертации использовались в учебном процессе при подготовке специалистов и магистров по направлению «Менеджмент» в рамках изучения курсов «Статистика» и «Производственный менеджмент».

Апробация работы. Основные положения докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (г. Москва, МГГУ, 2009-2011 гг.) и на научных семинарах кафедры «Организация и управление в горной промышлеЕШоети» (г. Москва, МГТУ).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано три статьи в изданиях по перечню ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 23 рисунка и библиографический список из 105 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Руды медных месторождений в большей части комплексные, при этом до 80% меди извлекается из сульфидных руд. Остальное приходится на карбонаты, оксиды, силикаты и самородную медь. Всего из руд различных типов извлекается более 13 компонентов.

Основу минерально-сырьевой базы мира составляют следующие главные геолого-промышленные типы месторождений: медно-никелевые, медистых песчаников и сланцев, медноколчеданные, меднопорфировые, скарновые и кварцево-сульфидные (жильный). На их долю приходится более 90 % всех запасов меди.

В минерально-сырьевой базе России главное место занимают месторождения следующих типов: медно-никелевые, медистых песчаников и сланцев, медноколчеданные, меднопорфировые.

На меднопорфировых месторождениях выделяются три классические рудные зоны: выщелачивания и окисления, вторичного сульфидного обогащения, распространения первичных руд, из чего следует, что запасы руд могут быть переработаны разными технологическими, в том числе и гидрометаллургическими, способами.

Эффективность добычи и переработки рудного сырья зависит от кондиций, в том числе и эксплуатационных, которые определяют запасы полезного ископаемого, качество добываемого сырья, объемы горных работ, производительность предприятия и, в конечном итоге, технико-экономические показатели добывающих и перерабатывающих предприятий.

Сегодня практически в любых горно-геологических условиях за счет организационно-технологических мероприятий и системы управления горными работами и качеством полезных ископаемых можно добиться желаемого уровня технологических показателей и их стабильности в условиях изменчивой внутренней и внешней среды.

Кондиции на руду затрагивают все аспекты деятельности горных предприятий и влияют на показатели работы карьера и фабрики (запасы руды и металла, контуры карьера, объемы горных работ и переработки руды, коэффициент вскрыши, содержание полезного компонента в перерабатываемой

руде, коэффициент извлечения метала в концентрат, капитальные и эксплуатационные затраты и т.д.).

Проблеме обеспечения эффективного и стабильного функционирования горных предприятий посвящен ряд работ академиков М.И. Агошкова, В.В. Ржевского, Н.В. Мельникова, К.Н. Трубецкого, члена-корреспондента РАН Д.Р. Каплунова, докторов технических наук В.И. Ганицкого, Д.М Казикаева, Г.Г. Ломоносова, В.Н. Попова, С.С. Резниченко, М.В. Рыльниковой, B.C. Хохрякова и других.

Однако в современных условиях стабилизация технологических и технических показателей не обеспечивает устойчивого развития горных предприятий из-за резких колебаний цен на минеральное сырье, продукты его переработки, энергоресурсы, материалы и транспорт.

Согласно действующим в настоящее время «Методическим рекомендациям по составу и правилам оформления представляемых на государственную экспертизу материалов по технико-экономическим обоснованиям кондиций для подсчета запасов месторождений полезных ископаемых» ТЭО эксплуатационных кондиций должно разрабатываться на ограниченный срок (не более 3-5 лет).

Одним из основных недостатков является то, что до настоящего времени при технико-экономической оценке месторождений и эффективности горного производства, включая обоснование кондиций и разработку проектов строительства предприятий, до сих пор используются методы, в основу которых положен статический подход, предполагающий неизменность (статичность) условий разработки месторождений на оцениваемый период. При таком подходе невозможно учесть изменения условий производства и появление инновационных технологических процессов не только на весь срок отработки месторождений, но и на более короткие периоды. В диссертации установлены факторы, определяющие необходимость обоснования эксплуатационных кондиций на основе динамического подхода:

• По большинству месторождений цветной металлургии кондиции были утверждены 30 лет назад;

• Кондиции на балансовые запасы в недрах в современных рыночных условиях устаревают уже на стадии проектирования и строительства горнодобывающего производства и необходимо осуществлять их переоценку;

• Снижается качество добываемых руд и повышается себестоимость продукции по мере углубления карьера;

• Наблюдается нестабильность мировых цен и обостряется конкурентная борьба их производителей на рынке цветных металлов.

Для определения основных направлений повышения эффективности функционирования горных предприятий использован метод факторного анализа. Анализ проводится на основе информационного базиса, включающего основные показатели производственно-хозяйственной деятельности Монголо-Российской совместной компания КОО "Предприятие «Эрдэнэт» за 2 года

Информационный базис включает 43 основных технико-экономических показателей работы горно-обогатительного комбината, на основе которых установлены уровни взаимосвязей между объемами горных работ и обогащения, качеством добываемой руды, технологическими и технико-экономическими показателями работы основных цехов и ГОКа в целом.

В результате расчета факторных нагрузок выделены три главных компоненты:

- горно-геологическая, наибольший вклад в которую вносят такие показатели, как объемы горной массы, вскрыши, добываемой и перерабатываемой руды и металла, грузооборот, а также показатели среднего содержания меди в руде, её извлечение и содержание в концентрате;

- экономическая, наибольший вклад в которую вносят такие стоимостные показатели, как прибыль от реализованной товарной продукции, её себестоимость и затраты на выпуск;

- организационно-техническая, вклад в которую определяется такими факторами, как численность персонала и производительность труда.

Таблица 1

Результаты факторного анализа производственно-хозяйственной деятельности предприятия.

Горногеологическая компонента Экономическая компонента Организационно -техническая компонента

Общая дисперсия 21,27 5,15 4,06

Доля общей дисперсии 0,519 0,125 0,099

Накопленная дисперсия 0,519 0,644 0,743

Накопленная дисперсия, % 51,9 64,4 74,3

По результатам факторного анализа производственно-хозяйственной деятельности предприятия (табл. 1) установлено, что выбранные компоненты обеспечивают совокупный суммарный вклад в долго общей дисперсии признаков, характеризующих деятельность предприятия более 70% (74,35). При этом вклад в общую дисперсию горно-геологической компоненты составил 21,27%, экономической и организационно-технической - 5,15% и 4,06% соответственно.

Наибольший вклад в дисперсию вносит горно-геологическая компонента, при этом установлено, что стабилизирующим фактором результирующих технико-экономических показателей горнообогатительного комбината является управление качественно-количественными показателями рудопотоков, базирующихся на определении их оптимальных параметров в складывающейся

горно-геологической и экономической ситуации.

Задача управления качественно-количественными показателями

рудопотоков базируется на определении оптимальных границ разделения рудопотоков с учетом текущего состояния внутренней и внешней среды предприятия.

Для решения этих задач в настоящее время имеются интегрированные компьютерные программные продукты (Ба1аттс, Сетсот, Мар1ек, МшЛес и

Surpac), имеющие трехмерное геометрическое моделирование и визуализацию. Эти инструменты дают возможность рассматривать геологические структуры как трехмерные пространственные объекты.

Эти программные продукты стандартно включают в себя такие разделы, как: геологическое моделирование, оценка запасов, проектирование и планирование горных работ, календарное планирование и маркшейдерия.

Австралийская компания Surpac Software International является автором широко распространенной в мире (около 1000 пользователей), динамично развивающейся и мощной системы Surpac Vision, а также других продуктов, связанных по большей части с планированием горных работ.

Укрупнено использование данного продукта осуществляется в следующем порядке:

на основе данных геологоразведочных работ создаются электронные таблицы, задающие координаты устьев скважин, их пространственное расположение и распределение качественно-количествешшх характеристик горной массы по глубине скважин т.е. создается геологическая база данных;

на основе использования стандартных процедур, строится цифровая блочная модель в пределах всего карьерного поля с разбивкой на блоки требуемых размеров. При этом рассматриваются различные варианты бортового содержания меди в блоках. На основе блочного моделирования получают распределение запасов по горизонтам при заданных бортовых содержаниях и зависимости среднего содердания от бортового.

В целом функция блочного моделирования рудных тел в программе Surpac Vision — это мощная и многофункциональная система, позволяющая получать справки по различным качественным признакам руды.

Созданную на основе базы данных блочную модель целесообразно использовать для обоснования качественно-количественных параметров рудопотоков.

Понятие «постоянные кондиции» с трудом вписываются в систему рыночных отношений, а их использование на действующих рудниках не способствует увеличению ресурсного потенциала месторождений. При росте цены минеральной продукции бортовое содержание необходимо понижать, а при ее резком снижении для сохранения экономической стабильности работы предприятия, наоборот, повышать.

Таким образом, последствия изменения кондиций могут быть следующими: увеличение балансовых запасов в недрах в результате изменения кондиций и расширения границ разработки соответствует интересам государства, поскольку повышает полноту использования ресурсного потенциала месторождений и инвестора, поскольку влечет за собой рост рыночной стоимости месторождения.

Месторождения меднопорфирового типа имеют запасы руд, которые могут быть переработаны разными технологическими, в том числе и гидрометаллургическими, способами. Бедные руды, размещенные в отвалах, при переработке методом кучного выщелачивания, могут существенно расширить минерально-сырьевую базу горнодобывающего предприятия.

В связи с этим рассматриваются два варианта формирования рудопотоков: если переработка руды осуществляется только на обогатительной фабрике, то задача фактически сводится к определеншо текущего бортового содержания, т.е. к обоснованию эксплуатационных кондиций. При этом выделяются три рудопотока: вскрыша, забалансовая (временно складируемая бедная руда) и рудопоток, отправляемый на обогатительную фабрику;

- если наряду с переработкой руды на обогатительной фабрике целесообразно применять и другие методы извлечения металла, например кучное выщелачивание, то добываемая руда разделяется на четыре рудопотока: вскрыша, забалансовая руда и рудопотоки, отправляемые на кучное выщелачивание и обогатительную фабрику. На основании моделирования в программе Sutpac Vision определяются объемы горной массы, вскрыши, а также руды,

поступающей на обогатительную фабрику, забалансовый отвал и переработку методом кучного выщелачивание, и соответствующее им среднее содержания меди в руде по вариантам бортового содержания (табл. 2).

Таблица 2

Формирования рудопотоков по вариантам бортового содержания

Период Бортовое содержанке меди (л о вариантам коалиций) две Объем вскрыши 0О.ф Объем руды, поступающий на обогятт ельную фабрику дз.о Объем руды* поступающий на забалансовый отвал <2К° Объем рудь», поступающий иа кучное выщелачивай ие а ср Среднее содержание -мадн

«и ооф У: 1.1 оз° Ои

• ■

1 <1 07л 0О-Ф О30 о;,? <

< овс Ук, 1 Ооф У ¡с Л 0К.в \il-.l 1ХкХ

■ • ■ •

<*и пеа У и 0 о.ф Ои аг "и

• - ■ • ■

< О) О» 0% аср и-и

- - • • •

овс Уки О30 аср

- - ■ ■ -

т а6 овс о°Ф 03.0 0К.З Ч.1.Т аср

- ■ ■ ■ ■

пвс У у.Г У и о«* аср

■ • - ■

б озг П°Ф 03.0 ^¿кХ ик,Т

Фактически задача планирования горных работ карьера при переменных кондициях на руду, на основе которой формируются варианты кондиций для их последующего сопоставления, формулируется следующим образом:

• Руда характеризуется основным качественным показателем а, который зависит от развития горных работ во времени , где Т - общая продолжительность планового периода, а / - один шаг планового периода;

• Рассматриваются несколько вариантов кондиций /=1 ,к> где к -общее количество рассматриваемых вариантов кондиций.

В целом содержание полезного компонента в добываемой руде зависит от состояния горно-геологических работ. Для решения задачи планирования горных работ карьера при переменных кондициях на руду, необходимо определить объемы добычи руды в различные периоды t при соответствующих эксплуатационных кондициях

В диссертации разработана экономико-математическая модель для обоснования эксплуатационных кондиций ] .изменяющихся по годам / по критерию интегральной приведенной прибыли П для двух вариантов формирования рудопотоков (с применением технологии кучного выщелачивания

и без неё).

] '

- • с} + в; • с;)- ■ с;)- (з; • с;/ • х) (1)

Ор (У.

где г^р и х^р - объемы руды, поступающие на обогатительную фабрику и

•

кучное выщелачивание; ^ и & / - коэффициент извлечения меди из руды в год I при обогащении руды на фабрике и методом кучного выщелачивания;

^у'г и - среднее содержание меди при обогащении руды на фабрике и

методом кучного выщелачивания; Ц, - цена металла в концентрате в год ^

С'Р (~Ю (-10

¡15 > ■> ^р - себестоимость соответственно добычи руды, выемки вскрыши и обогащения 1 т руды на фабрике и методом кучного выщелачивания; X - булева переменная {X = 0, если вариант переработки методом кучного выщелачивания не используется, иХ= 1, если вариант используется).

Объем конечной продукции определяется объемом переработанной руды, содержанием меди в ней и коэффициентом извлечения металла в концентрат. Себестоимость на добычу руды и выемку вскрыши зависит от объемов горной массы и добываемой руды и коэффициента вскрыши, а себестоимость на обогащение 1 т руды зависит от её качества и выбора технологии переработки.

Цена конечной продукции определяется российским рынком меди и отдельно взятое добывающее предприятие повлиять на неё не может. В настоящее время известно более ста различных методов прогнозирования. По некоторым признакам большинство из пих можно объединить в группы (по исходной информации): качественные и количественные. Однако в условиях нестабильной экономической, политической, природной ситуаций в мире эти методы не дают достоверного прогноза. На мировых товарных рынках необходимо внимательное изучение всех факторов, оказывающих влияние на формирование цен, как общего порядка, так и чисто прикладных. От цен зависит, какие издержки производителей будут возмещены после продажи товара, каков будет уровень доходов, прибыли и куда будут в дальнейшем направлены ресурсы, возникнут ли стимулы для дальнейшего расширения внешнеэкономической деятельности.

Особенностью решений по обоснованию эксплуатационных кондиций

является их существенная зависимость от горно-геологических, экономических и

организационно-технических характеристик, точная информация о которых,

зачастую, отсутствует. Таким образом, выбор наилучшего решения

осуществляется в условиях неопределенности и риска, которые определяются

13

факторами как внешней, так и внутренней среды предприятия. Для более полной и достоверной оценки выбора варианта кондиций (бортового содержания) в каждый рассматриваемый период необходимо сформировать множество сценариев развития внешней и внутренней среды.

Из комбинации выявленных основных факторов формируются допустимые сценарии разработки меднорудного месторождение (пессимистический, базовый, оптимистический и их совокупность). Диапазон изменения основных факторов принимается на основе метода главных компонент факторного анализа, а вероятность реализации сценариев устанавливается экспертным путем (табл. 3).

Таблица 3

Диапазон изменения исходных переменных факторов_

Факторы Сценарии

пессимистический базовый оптимистический

Горно-геологические 0,72й Я 1,28й

Экономические 0,94г г 1,0бг

Организационно-технические 0,95к к 1,05к

При конкретизации объемов сырья и готовой продукции в различных сценариях развития внешней и внутренней среды целесообразно рассматривать не отдельные варианты, а области значений. С этой целью, на основе использования статистических и экспертных методов прогнозирования строится гистограмма распределения показателя, характеризующего сценарий.

Экспертно задавая границы областей пессимистических, базовых и оптимистических сценариев, для каждого диапазона можно определить средние значения рассматриваемых показателей (математические ожидания о) и вероятности их достижения Р.

При обосновании эксплуатационных кондиций при наличии трех групп факторов анализируется 3£3 сценария. На основании выделения состояний по каждой группе факторов сценариев развития строят граф взаимосвязи ситуации

для каждого варианта выбора кондиций в каждый рассматриваемый перид, общий вид которого представлен на рис.1.

Каждый сценарий характеризуется входящими в него состояниями рассматриваемых факторов (<5Я), а его вероятность определяется:

^ (2)

где Р*,Р',Р£ - вероятности наступления отдельных ситуаций по каждому фактору, которые определяются методом экспертных оценок Дельфи.

Сценарии развития горно-геологического фактора

Сценарии развития экономического фактора (г)

Пессимистические сценарии

Сценарии развития Организационно-технического фактора (к)

Базовые сценарии

Оптимистические сценарии

Рис. 1. Граф взаимосвязи ситуаций

В результате моделирования получим для всех вариантов кондиций в зависимости от технологий переработки и сценариев развития внешней и внутренней среды значения приведенной прибыли.

На завершающем этапе оценки разработки меднорудного месторождений на основе рассматриваемых вариантов выбора кондиций выбирается наилучший из них. Для этого рассматриваются значения математического ожидания

приведенной прибыли п в зависимости от выбора бортового содержания и параметров рудопотоков:

где Р, - вероятность наступления э-го сочетания факторов внешней и внутренней среды;

внутренней среды.

Так происходит формирование сценариев развития внешней и внутренней среды для варианта формирования рудопотоков с применением технологии кучного выщелачивания.

Для оценки степени неопределенности и риска строятся кумуляты распределения значений показателя приведенной прибыли для двух вариантов формирования рудопотоков, позволяющие определить вероятность того, что показатели будут больше определенной допустимой величины (рис.2 и 3).

Аналогичным расчетом проведен анализ по каждому варианту кондиций по годам разработки меднорудного месторождения в зависимости от объема выпускаемой продукции и при использовании технологии кучного выщелачивания и без её использования, получены значения приведенной интегральной прибыли и её математическое ожидание.

(3)

£

П5 - приведенная прибыль при б-м сценарии развития фактов внешней и

1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 £-0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00

300 598,3 833,4 1084

П, млн. у.е

1275,1

241,9 482,5 672,1

П, млн. у.е

1028,2

Рис. 2. Кумулята распределения прибыли без применения кучного выщелачивания.

Рис. 3. Кумулята распределения прибыли с применением кучного выщелачивания.

Приведенная прибыль при выборе варианта организации рудопотоков с применением технологии кучного выщелачивания выше на 23,8-25%, чем без её применения.

Полученные таким образом сценарии развития горно-геологических, экономических и организационно-технических показателей меднорудного месторождения являются базой для оптимизации альтернативного графа методом динамического программирования на основе моделирования денежных потоков при различных сценариях развития внешней и внутренней среды для каждой вершины, а также различных технологиях переработки в зависимости от бортового содержания меди.

Так как природные и экономические условия разработки карьера постоянно меняются, то требуется постоянное уточнение эксплуатационных кондиций, которые целесообразно определять при годовом планировании. Для этого следует использовать методологию скользящего планирования, при которой составляется перспективный план развития карьера на ближайший этап (5 лет) с разбивкой по годам. На основе перспективного плана принимается к исполнению план первого года, после исполнения которого, процедура повторяется, при этом каждый раз уточняются геологические, технологические и экономические показатели.

Для обоснования кондиций на медную руду в каждый рассматриваемый период времени рекомендуется строить альтернативный граф (рис.4), вершинами которого являются варианты бортового содержания и временные периоды, а ребра характеризуют их взаимосвязь.

Переход из одной вершины в другую в каждый период времени должен осуществляться по критерию математического ожидания приведенной интегральной прибыли с учетом изменения капитальных и эксплуатационных затрат.

/К-й мряаптЧ Чкоыдиинй}

! 1 -ЙГОД.

к) ¡ 2-йгод,.

; (1-п-а гол.

Рис. 4. Альтернативный граф для обоснования кондиций на медную руду по периодам разработки Результаты проведенных исследований позволили сформировать

процедуру обоснования эксплуатационных кондиций и параметров рудопотоков,

включающую прогноз цены на медь, анализ затрат на выпуск концентрата по

вариантам бортового содержания, определение выхода концентрата и доходов от

его реализации, моделирование денежных потоков при различных сценариях

развития внешней и внутренней среды и оптимизацию пути альтернативного

графа с использованием подхода динамического программирования (рис.4).

_1. Подготовка геологической ииформации

Создание геологической базы данных в виде электронных таблиц

Построение цифровой блочной модели месторождения

Подсчет запасов в контурах при различном бортовом содержании

2. Анализ эффективности разработки меднорудных месторождений

Прогноз цены на медь

Анализ основных факторов, определяющих технико-экономические пгогячат^ти тпиыу ппрпппичтий

Формирование вариантов рудопотоков в зависимости от бортового содержания

Определение затрат на выпуск концентрата по вариантам бортового содержания

Определение выхода концентрата и доходов от его реализации

Обоснование оптимальных границ разделения рудопотоков

3. Формирование сценариев развития внутренней и внешней среды предприятия

Построение альтернативного графа для обоснования кондиций на медную иулу по пешолам патоаботки

Формирование сценариев развития внешней и внутренней среды ггпелппиятия

Моделирование денежных потоков по вариантам кондиций в каждый рассматриваемый период времени

Расчет математического ожидания ЧДД по сценариям развития внешней и внптенней среды

Обоснование оптимального варианта эксплуатационных кондиций в линамике оазвкгия гооных оабот

Рис. 4. Процедура обоснования эксплуатационных кондиций и параметров рудопотоков

20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе решена актуальная научная задача разработки методических положений обоснования эксплуатационных кондиций при формировании рудопотоков, обеспечивающих повышение уровня рационального использования природных ресурсов в условиях рыночной среды.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований:

1. Проведенный анализ минерально-сырьевой базы комплексных руд меднопорфирового типа показал: на большинстве месторождений используются постоянные кондиции, которые не пересматривались более 30 лет, что привело к снижению качества добываемых руд й повышению себестоимости продукции;

2. Необходимость обоснования эксплуатационных кондиций обусловлена изменением цен на медь, затратами на добычу и переработку медной руды, изменением горно-геологических условий разработки и структуры производственных процессов;

3. Выявлены основные факторы, определяющие технико-экономическую эффективность разработки месторождений меднопорфирового типа, - горногеологические, экономические и организационно-технические;

4. Предложена процедура обоснования эксплуатационных кондиций и параметров рудопотоков в динамике развития горных работ;

5. Разработана экономико-математическая модель для обоснования эксплуатационных кондиций по критерию интегральной приведенной прибыли и её математического ожидания для двух вариантов формирования рудопотоков - с применением технологии кучного выщелачивания и без применения - по сценариям развития разработки месторождения;

6. Использование разработанных методических положений комплексного обоснования эксплуатационных кондиций и параметров рудопотоков на месторождении Эрдэнэтийн овоо позволило рекомендовать

переменные по годам разработки эксплуатационные кондиции. При этом по сравнению с вариантом использования постоянных кондиций снижаются текущие объемы вскрышных работ и увеличивается интегральная прибыль при добыче руды на 7,83%, а применение кучного выщелачивания наряду с переработкой руды на обогатительной фабрике позволяет увеличить прибыль в среднем на 23,8 - 25%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Антипова Н.М. Методика экономического обоснования параметров рудопотоков на карьерах // Экономика и управление природопользования. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня . - 2009. -№ 6. - С18-21;

2. Антипова Н.М. Особенности обоснования разведочных и эксплуатационных кондиций // Инновационные процессы в организации горного производства: Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня . - 2011. -№ 6. -С 11-14;

3. Резниченко С.С., Антипова Н.М. Формирование качественно-количественных показателей рудопотоков при открытой разработке меднорудных месторождений // Проектирование и организация горнотехнических систем: Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня . - 2011. -№12.-С 41-46.

Подписано в печать 02.02.2012. Формат 60x90/16

Объем 1 лечл. Тираж 100 экз. Заказ № 1134

Отдел печати МГГУ, Москва, Ленинский пр., 6

ч

61 12-5/2199

ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет»

На правах рукописи

Антипова Нина Михайловна ^

ОБОСНОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОНДИЦИЙ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ РУДОПОТОКОВ НА МЕДНОРУДНЫХ КАРЬЕРАХ

Специальность 05.02.22 - «Организация производства» (горная промышленность)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель Профессор, доктор технических наук Резниченко С.С.

Москва 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................... 4

I ГЛАВА: Проблемы обоснования эксплуатационных кондиций........ 8

1.1. Назначение и роль эксплуатационных кондиций............................ 10

1.2. Анализ научных работ по обоснованию эксплуатационных

Кондиций.................................................................................. 16

1.3. Взаимосвязь задач организации рудопотоков и обоснования эксплуатационных кондиций.......................................................... 18

1.4. Особенности определения эксплуатационных кондиций.................. 21

Цель, задачи, методы исследования.................................................. 21

II ГЛАВА: Анализ факторов, влияющих на обоснование эксплуатационных кондиций....................................................... 23

2.1. Особенности переработки руд на месторождениях

меднопорфирового типа................................................................ 23

2.2. Моделирование развития горных работ для получения зависимостей качественно-количественных показателей от вариантов бортового содержания................................................................................ 28

2.3. Анализ основных факторов, определяющих технико-экономические показатели меднорудных карьеров................................................... 41

2.4. Формирование вариантов рудопотоков в зависимости от бортового

содержания и технологии переработки руды...................................... 55

Выводы по второй главе................................................................ 59

III ГЛАВА: Методические основы формирования процедуры обоснования эксплуатационных кондиций и параметров рудопотоков.............................................................................. 60

3.1. Общие положения процедуры.................................................... 60

3.2. Методы прогнозирования цены продукции.................................. 64

3.3.Экономическое обоснование качественно-количественных показателей рудопотоков............................................................... 74

2

3.4. Моделирование значений технико-экономических показателей разработки меднорудных месторождений и значений эффективности

её реализации по множеству сценариев........................................................................................76

Выводы по третьей главе..............................................................................................................................85

VI ГЛАВА: Апробация результатов исследования......................................................86

4.1. Краткая характеристика объекта исследования............................................................86

4.2. Моделирование технико-экономических показателей освоения медно- молибденового месторождения Эрдэнэтийн овоо и эффективности его реализации..............................................................................................................97

4.3. Выбор и обоснование разработки медно-молибденового месторождения Эрдэнэтийн овоо с учетом неопределенности внешней

и внутренней среды..........................................................................................................................................101

Выводы по четвёртой главе........................................................................................................................107

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................................................................................108

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................................................................110

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время наблюдается рост потребления меди, обусловленный динамичным развитием производства электротехнического, электронного и теплообменного оборудования, средств связи, кабельно-проводниковой продукции, а также развитием транспортного и промышленного машиностроения, строительства жилых домов и других отраслей. Широкое применение меди объясняются ее уникальными эксплуатационными характеристиками: превосходной электро- и теплопроводностью, высокой коррозионной устойчивостью, конструкционностью и пластичностью.

Медь является одним из важнейших сегментов мирового и внутреннего рынка, подверженных значительным конъюнктурным колебаниям цены, спроса и потребления. Добыча медных руд осуществляется на крупных современных ГОКах, преимущественно открытым способом, на долю которого приходится около 70% мировой добычи, а в ряде стран, в том числе в России и Монголии, более 80%.

Условия функционирования карьеров отличаются существенной изменчивостью во времени. Это относится как к внутренним условиям, прежде всего горно-геологическим (глубина разработки, коэффициенты вскрыши, содержание металла, мощность рудных тел и др.), так и к внешним условиям -ценам на конечную продукцию, поведению конкурентов и т.п.

Эффективность добычи и переработки рудного сырья зависит от кондиций, в том числе и эксплуатационных, которые определяют запасы полезного ископаемого, качество добываемого сырья, объемы горных работ, производительность предприятия и, в конечном итоге, технико-экономические показатели добывающих и перерабатывающих предприятий.

Обоснование эксплуатационных кондиций необходимо осуществлять с учетом их изменения в пространстве и во времени, в зависимости от горногеологических, технико-технологических, организационных и экономических условий разработки полезных ископаемых, а также от колебания конъюнктуры и цен на добываемую продукцию.

В последнее время на предприятиях меднорудной отрасли обострились вопросы дальнейшего развития производства. По мере углубления карьера снижается качество добываемых руд и повышается себестоимость продукции.

Таким образом, разработка методических положений обоснования эксплуатационных кондиций при формировании рудопотоков, обеспечивающих повышение уровня рационального использования природных ресурсов в условиях рыночной среды является актуальной научной задачей, решаемой в данной диссертационной работе.

Цель работы заключается в разработке методических положений обоснования эксплуатационных кондиций при формировании рудопотоков, обеспечивающих повышение уровня рационального использования природных ресурсов в условиях рыночной среды.

Основная идея работы состоит в том, что формирование рудопотоков следует осуществлять на основе оптимизации эксплуатационных кондиций.

Объектом исследований являются месторождения комплексных руд, осуществляющие добычу и переработку медной руды.

Предмет исследований - методы и инструменты обоснования эксплуатационных кондиций при формировании рудопотоков на меднорудных карьерах.

Защищаемые научные положения:

1. На основе блочной модели месторождения и моделирования порядка развития горных работ целесообразно определять зависимости качественно-количественных показателей рудопотоков по вариантам бортового содержания.

2. Для обоснования эксплуатационных кондиций следует строить альтернативный граф, вершинами которого являются варианты бортового содержания и временные периоды, а ребра характеризуют их взаимосвязь. Переход из одной вершины в другую в каждый период времени должен осуществляться по критерию приведенной интегральной прибыли с учетом изменения капитальных и эксплуатационных затрат.

3. Для экономического обоснования эксплуатационных кондиций и параметров рудопотоков следует использовать процедуру, включающую прогноз цены на медь, анализ затрат на выпуск концентрата по вариантам бортового содержания, определение выхода концентрата и доходов от его реализации, моделирование денежных потоков при различных сценариях развития внешней и внутренней среды и оптимизацию пути альтернативного графа по критерию максимизации математического ожидания прибыли на основе подхода динамического программирования.

Научная новизна исследований состоит в динамическом подходе к обоснованию эксплуатационных кондиций и параметров рудопотоков на основе моделирования финансовых потоков при различных сценариях развития разработки месторождения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- применением современного программного обеспечения для моделирования месторождения и подсчета запасов по вариантам бортового содержания;

- корректным использованием методов математической статистики, экономико-математического и имитационного моделирования;

- моделированием и анализом влияния кондиций на технологические и экономические показатели добычи и переработки руды;

- проверкой адекватности разработанной математической модели формирования и оценки вариантов кондиций;

- корректным использованием методов динамического программирования и теории принятия решений;

- положительными результатами апробации методики при экономическом обосновании эксплуатационных кондиций для карьеров меднорудной промышленности.

Научное значение работы состоит в разработке методических положений обоснования эксплуатационных кондиций при формировании рудопотоков на меднорудных карьерах.

Практическое значение работы заключается в применении процедуры обоснования эксплуатационных кондиций при формировании параметров рудопотоков, обеспечивающей повышение уровня рационального использования природных ресурсов с учетом непрерывно изменяющейся геологической, технологической и экономической ситуации.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные положения диссертации использованы для формирования качественно-количественных характеристик рудопотоков при разработке месторождения Эрдэнэтийн овоо.

Кроме того, материалы диссертации использовались в учебном процессе при подготовке специалистов и магистров по направлению «Менеджмент» в рамках изучения курсов «Статистика» и «Производственный менеджмент».

Апробация работы. Основные положения докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (г. Москва, МГГУ, 2009-2011 гг.) и на научных семинарах кафедры «Организация и управление в горной промышленности» (г. Москва, МГГУ).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано три статьи в изданиях по перечню ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 12 таблиц, 34 рисунка и библиографический список из 105 наименований.

I ГЛАВА: Проблемы обоснования эксплуатационных кондиций

1.1 Назначение и роль эксплуатационных кондиций

Предприятия цветной металлургии занимают ведущее место в промышленной структуре России, составляя более 10% от нее. Добыча руд, производство сплавов, прокат цветных металлов, добыча алмазов и переработка вторичного сырья цветных металлов создают качественно новые материалы, а также играют важную роль в экспортной политике Российского государства.

Эффективность добычи и переработки рудного сырья зависит от кондиций, которые определяют запасы полезного ископаемого, качество добываемого сырья, объемы горных работ, производительность предприятия и, в конечном итоге, технико-экономические показатели добывающих и перерабатывающих предприятий.

Кондиции на руду затрагивают все аспекты деятельности горных предприятий и влияют на показатели работы карьера и фабрики (запасы руды и металла, контуры карьера, объемы горных работ и переработки руды, коэффициент вскрыши, содержание полезного компонента в перерабатываемой руде, коэффициент извлечения метала в концентрат, капитальные и эксплуатационные затраты и т.д.)

Многие крупные горные предприятия разрабатывают группы рудных залежей несколькими карьерами и рудниками. В этих условиях регулированием эксплуатационных кондиций на отдельных участках можно добиться не только стабильных качественно-количественных показателей, но и своевременно реагировать на требования рынка.

Кондиции на минеральное сырье представляют собой совокупность требований к качеству и количеству полезных ископаемых, горногеологическим и иным условиям их разработки, обеспечивающих наиболее полное комплексное и безопасное использование недр на рациональной экономической основе с учетом экологических последствий эксплуатации месторождения.

Эксплуатационные кондиции обосновывают новые величины минимальных промышленных и бортовых содержаний полезных компонентов, относимых к конкретным участкам, эксплуатационным блокам месторождения, вовлекаемым в эксплуатацию на ограниченный срок. Эксплуатационные кондиции позволяют производить геолого-экономическую переоценку ранее утвержденных запасов примени к новым экономическим условиям — с неустановившимся рынком сбыта продукции и меняющимися ценами на минеральное сырье и энергоресурсы.

Учитывая, что рынок черных и цветных металлов весьма динамичен и на нем наблюдаются существенные колебания цен (как по годам, так и в более короткие промежутки времени), оценка месторождений и экономическое обоснование кондиции, с одной стороны, включает существенные элементы риска, а с другой - нуждается в постоянной корректировке. Это вызывает необходимость постоянного уточнения эксплуатационных кондиций с учетом не только изменений геологических условий и горно-технологических факторов, но и колебаний цен и спроса на минеральное сырье.

В настоящее время с появлением новых передовых технологий, появилась возможность получать чистый металл не только из концентратов, но и из отвалов. Бедные руды, размещенные в отвалах, при переработке гидрометаллургическими способами, могут существенно расширить минерально-сырьевую базу горнодобывающего предприятия.

Изменение кондиций может существенно изменить структуру рудного месторождения, и как следствие увеличить запасы месторождения, мощность рудодобывающего предприятия или продлить срок эксплуатации карьеров, улучшить качество добываемой руды и повысить конкурентоспособность.

Таким образом, проблема обоснования эксплуатационных кондиций на руду объединяет вопросы рационального использования природных ресурсов, качества продукции и эффективности работы рудных предприятий и является одной из важнейших, особенно в условиях рыночной экономики.

1.2. Анализ научных работ по обоснованию эксплуатационных кондиций

Первые научные исследования по проблеме обоснования кондиций относится к началу XX века. Подход к обоснованию кондиций, экономические критерии выделения балансовых, промышленных и эксплуатационных запасов совершенствовались по мере развития экономической теории, и методов оценки проектов минерально-сырьевого комплекса.

Обоснования кондиций на руду неразрывно связанно с важнейшими проблемами рационального использования недр и качества продукции горных предприятий. Кондиции на руду затрагивают все аспекты деятельности горных предприятий и влияют на показатели работы карьера и фабрики

Проблеме обеспечения эффективного и стабильного функционирования горных предприятий посвящен ряд работ академиков М.И. Агошкова, В.В. Ржевского, Н.В. Мельникова, К.Н. Трубецкого, члена-корреспондента РАН Д.Р. Каплунова, докторов технических наук В.И. Ганицкого, Д.М Казикаева, Г.Г. Ломоносова, В.Н. Попова, С.С. Резниченко, М.В. Рыльниковой, B.C. Хохрякова и других.

Однако в современных условиях стабилизация технологических и технических показателей не обеспечивает устойчивого развития горных предприятий из-за резких колебаний цен на минеральное сырье, продукты его переработки, энергоресурсы, материалы и транспорт.

Уменьшить негативные последствия статического подхода к оценке месторождений и эффективности горного производства возможно на основе применения динамического подхода.

Динамический подход основан на обосновании кондиций, изменяющихся в пространстве и времени, в зависимости от горногеологических, технико-технологических, организационных и экономических условий разработки полезных ископаемых, а также от колебания конъюнктуры и цены на добываемую продукцию. Динамический подход базируется на технико-экономических показателях, изменяющихся во времени и

пространстве в зависимости от условий разработки месторождения или его частей.

Проблеме динамических кондиций при геолого-экономической оценке месторождения посвящен ряд работ отечественных исследований.

Началом создания теории открытых горных работ с учётом динамического подхода послужила докторская диссертация В.В. Ржевского «Исследование режима горных работ карьера», основные результаты которой изложены в монографии «Режим горных работ при открытой добыче угля и руды». В ней изложен метод геометрического анализа карьерных полей, установлены закономерности изменения количественных и качественных показателей карьеров во времени, разработаны методы стабилизации объемов вскрышных и добычных работ по годам того графика и режима горных работ и даны тех