автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Обоснование организационно-технологических схем открытой разработки угольных месторождений

005533^ •

На правах рукописи

ЛОЗИНСКАЯ Мария Алексеевна

ОБОСНОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность: 05.02.22 - «Организация производства» (горная промышленность)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 я СЕН 2013

Москва 2013

005533441

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Резниченко Семен Саулович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гончаренко Сергей Николаевич,

профессор кафедры «Автоматизированные системы управления» ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет»;

кандидат технических наук Якубсон Григорий Гильевич, зав. лабораторией ОАО «Центральный научно-исследовательский институт экономики и научно-технической информации угольной промышленности»

Ведущая организация ООО «НИИОГР» (г. Челябинск)

Защита диссертации состоится 17 октября 2013г. в 12 ч. 30 мин, на заседании диссертационного совета Д 212.128.03 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан 16 сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На сегодняшний день в России основными источниками энергии являются топливно-энергетические ресурсы: нефть, уголь и газ.

Однако уголь - наиболее обеспеченный разведанными и промышленными запасами топливный ресурс, который все ведущие страны мира используют для придания устойчивости национальной энергетике.

В условиях, когда высокие цены на нефть и газ тормозят дальнейшее развитие отечественной экономики, относительно дешевый уголь становится все более популярным энергоносителем.

С 2000 года наблюдается постепенное наращивание общего объема добычи угля. В 2012 году этот показатель достиг максимального значения, составив 354,8 млн. тонн, в том числе 248,9 млн. тонн открытым способом, что позволяет отметить значительное превышение объемов добычи угля открытым способом над подземным. В 2012 году доля открытого способа в общей добыче угля составила 70%.

При этом основную роль в наращивании объемов добычи угля в России играет десяток наиболее крупных угольных компаний, которые обеспечивают три четверти совокупной добычи угля в стране. Бесспорными лидерами на протяжении последнего десятилетия являются ОАО «СУЭК» и ОАО «УК «Кузбассразрезуголь».

Эффективность добычи угля определяется используемой организационно-технологической схемой (ОТС).

Организационно-технологическая схема - это динамическая совокупность взаимодействующего карьерного оборудования и параметров горнотехнических элементов (блоки активных и пассивных запасов горной массы, рабочие блоки).

Актуальность исследования обусловлена высоким уровнем открытой добычи угля и необходимостью дальнейшего совершенствования структуры угольной промышленности, основу которой составляют предприятия

1

холдингового типа. Организационно-технологические схемы предприятий определяют эффективность работы угольных разрезов, охватывая все вопросы деятельности угольных компаний.

Цель диссертационного исследования - разработка методических принципов формирования организационно-технологических схем в угольных компаниях холдингового типа.

Основная идея работы заключается в динамическом подходе к обоснованию организационно-технологических схем в угольных компаниях холдингового типа.

Объект исследования - разрезы, входящие в угольные компании холдингового типа.

Предмет исследования - методы формирования организационно-технологических схем при открытой разработке угольных месторождений.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- анализ перспектив развития угольной промышленности;

- анализ организационных структур угольных предприятий;

- анализ практики и научных исследований по формированию организационно-технологических схем при открытой разработке месторождений;

- разработка методических принципов формирования и оценки организационно-технологических схем;

- обоснование структуры комплексной механизации и перспективное планирование развития горных работ;

- обоснование производительности разрезов, входящих в холдинг;

- разработка методики обоснования качественно-количественных показателей углепотоков;

- апробация результатов исследования.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Организационно-технологические схемы следует обосновывать не для каждого разреза отдельно, а комплексно, для всех разрезов, входящих в холдинговую структуру.

2. Организационно-технологические схемы следует формировать поэтапно, последовательно решая задачи: обоснования структуры комплексной механизации; перспективного и годового планирования горных работ; репланирования объемов добычи угля по разрезам, входящим в холдинг; оперативного планирования качественно-количественных показателей углепотоков.

3. Структуру комплексной механизации следует определять на основе построения графа использования различных видов оборудования по технологическим процессам и его оптимизации методом динамического программирования по критерию суммарных приведенных затрат.

Научная новизна работы:

- разработаны методические принципы формирования, оценки и выбора организационно-технологической схемы, учитывающей изменение организационной структуры угледобывающих предприятий;

- обоснованы процедуры и инструментарий, обеспечивающий сравнение и выбор вариантов организационно-технологических схем с учетом динамики развития горных работ;

- предложена методика поэтапного формирования организационно-технологических схем на основе экономико-математического моделирования;

- разработаны методические принципы обоснования качественно-количественных показателей углепотоков.

Научное . значение диссертации заключается в разработке методических принципов обоснования организационно-технологических схем на основе динамического подхода с учетом изменения структуры угольной промышленности.

Практическое значение диссертации заключается в том, что разработанные методические принципы обоснования организационно-технологических схем позволяют стабилизировать объемы и качество добываемого угля и увеличить прибыль холдинга (показатель EBITDA) на 15,97% (1671 млн. руб.).

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- исследованием значительного объема экономических и статистических данных, характеризующих деятельность угольных компаний России;

- корректным использованием современных методов математической статистики и экономико-математического моделирования;

- положительными результатами апробации разработанного механизма формирования, оценки и выбора организационно-технологических схем на предприятиях ООО «СУЭК-Хакасия».

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанные методические принципы обоснования организационно-технологических схем апробированы при годовом планировании горных работ и формировании углепотоков на разрезах ООО «СУЭК-Хакасия» и рекомендованы к реализации.

Апробация работы. Результаты исследования и основные научные положения работы докладывались в рамках международной конференции «Неделя горняка» (г. Москва, 2011-2013 гг.), на научных семинарах кафедры «Организация и управление в горной промышленности» (2011-2013 гг.).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 4 научных статьях в журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 15 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 103 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Развитие теоретических основ организации горного производства связано прежде всего с именами проф. Е.Ф. Шешко, академиков Н.В. Мельникова и В.В. Ржевского, докторов технических наук В.И. Ганицкого и В.В. Истомина.

Первоначально задачи организации горных работ изучались при обосновании параметров систем разработки. При этом рассматривались организационные схемы применительно к вариантам системы разработки, которые назывались проф. Е.Ф. Шешко «схемами экскавации», акад. Н.В. Мельниковым - «технологическими схемами».

После того как акад. В.В. Ржевский предложил (1968 г.) рассматривать отдельно системы открытой разработки и системы комплексной механизации открытых горных работ, получившие ранее применение (по классификации Н.В. Мельникова) термины «бестранспортные системы разработки», «транспортные системы разработки» стали часто пониматься как технология, технологические схемы.

Вопросы организации горного производства были систематизированы проф. В.И. Ганицким. Принятый им подход объединяет как организацию производственных систем, так и организацию производственного процесса во времени и пространстве.

Дальнейшее развитие методов обоснования организационно-технологических схем связано с трудами академика В.В. Ржевского и его научной школы (проф. В.В. Истомин). При этом организационно-технологическая схема (ОТС) рассматривается как динамическая совокупность карьерного оборудования и горнотехнических элементов. Такое понятие организационно-технологической схемы отображает как динамику расстановки карьерного оборудования, так и динамику изменения элементов систем разработки и вскрытия.

Развитие теории организации горного производства и обоснование организационно-технологических схем открытой разработки угольных

5

месторождений содержатся в работах В.Б. Артемьева, Э.И. Богуславского,

B.Т. Борисовича, Б.М. Воробьева, В.И. Ганицкого, В.А. Галкина,

C.Н. Гончаренко, B.C. Коваленко, Ю.Н. Кузнецова, A.C. Малкина, Е.В. Петренко, A.A. Петросова, В.А. Пикалова, С.С. Резниченко, П.И. Томакова, К.Н. Трубецкого, В.А. Харченко, B.JI. Яковлева и др.

Обобщение опыта функционирования и развития организационных структур угледобывающих предприятий представлено в работах В.Е. Зайденварга, C.JI. Климова, Г.Л. Краснянского, Г.И. Козового, В.И. Кузнецова, A.M. Макарова, Ю.Н. Малышева, М.И. Щадова, Г.Г. Якубсона, А.Б. Яновского и др.

В работе выделены основные этапы формирования и оценки организационно-технологических схем: обоснование структуры комплексной механизации; определение производительности предприятий, входящих в холдинг; перспективное и годовое планирование (репланирование) работы угольных предприятий; формирование углепотоков и породопотоков.

На стадии проектирования строительства нового карьера или при его реконструкции определяется структура комплексной механизации. Для этого по этапам технологического процесса (буровзрывные работы, выемочно-погрузочные работы, транспортирование и отвалообразование) строится альтернативный граф, вершинами которого являются варианты использования бурового оборудования, выемочно-погрузочного оборудования, транспортного оборудования и отвального.

Ребра графа характеризуют переходы между смежными процессами -между буровыми работами и выемочно-погрузочными, выемочно-погрузочными и транспортными, транспортными и отвальными. Далее дается экономическая оценка затрат на приобретение нового оборудования (ребра графа) и затрат на его эксплуатацию (вершины графа).

капитальные затраты берутся на основе анализа рынка горного оборудования, а эксплуатационные затраты - по фактическим данным работающих предприятий холдинга.

б

Далее на основе определения эксплуатационных (С) и капитальных (К) затрат подсчитываются суммарные приведенные затраты (3):

3 = С + Ен К,

где Ен - норма эффективности инвестиций, обычно Ен = 0,1 - 0,2.

Выбор пути с наименьшими затратапми осуществляется методом динамического программирования. При этом этапами являются переходы между технологическими процессами.

Начальное состояние системы характеризуется вершиной альтернативного графа.

На первом шаге вычисляются суммарные затраты в зависимости от принятого управления (определение типа бурового оборудования).

На втором шаге рассматриваются затраты на приобретение и эксплуатацию выемочно-погрузочного оборудования. Также учитывается взаимозависимость работы типов буровзрывного и выемочно-погрузочного оборудования.

На третьем шаге определяются затраты на приобретение и эксплуатацию транспортного оборудования, а также принимается во внимание взаимозависимость работы типов выемочно-погрузочного и транспортного оборудования.

На четвертом шаге рассматриваются затраты на приобретение и эксплуатацию отвального оборудования, учитывается взаимозависимость работы типов транспортного и отвального оборудования.

На заключительном шаге выбирается вариант с наименьшими затратами.

Перспективное планирование горных работ является одним из основных этапов формирования организационно-технологической схемы. На этом этапе учитывается динамика изменения элементов системы разработки. При этом разрабатываемый план развития горных работ направлен на обеспечение стабильного использования производительности горных машин (прежде всего выемочно-погрузочного оборудования) и обеспечение

требований к качеству поставляемого угля по показателям зольности, влажности, по теплоте сгорания и содержанию серы в угле.

Для перспективного планирования горных работ выполняется организационно-технологическое зонирование участка отработки, прежде всего по показателям качества продукции. При параллельном развитии горных работ определяются заходки по угольным пластам, по породам вскрыши, а также смешанные. При разбиении на заходки определяется технологическая допустимость выемки извлекаемых блоков на текущем и вышележащем уступе.

В Московском государственном горном университете докт. ф.-м. наук А.М. Валуевым разработана нелинейная модель рабочей зоны для угольных разрезов с углубочной системой разработки и вычислительный метод, основанный на комплексном применении ряда методов нелинейного программирования (метод возможных направлений и экстраградиентный метод).

Годовое планирование проводится для повышения эффективности работы развития предприятия, для определения основных направлений развития холдинга. Для этого используется модель обоснования годовой производительности. В простейшем виде она включает критерий оптимальности EBITDA и учитывает ограничения по мощности разрезов.

При использовании модели (прямая задача) одновременно оптимизируется и двойственная задача, рассчитываются теневые цены, максимальное значение которых позволяет определить и проанализировать варианты развития предприятия. Для расчетов целесообразно использовать программный пакет Microsoft Office 2007 (Excel).

В связи с изменчивостью внешней и внутренней среды угольных предприятий целесообразно уточнять объемы добычи угля ежегодно. Для этого разработана экономико-математическая модель репланирования объемов добычи угля по разрезам, входящим в холдинг.

Угольная компания обычно имеет в своем составе несколько угледобывающих предприятий i (1=1, п, где п - общее количество разрезов). При этом добываются различные сорта угля j (j=l,m, где m - общее количество сортов угля). В зависимости от ситуации на рынке уточняется

цена угля. Определены максимальные объемы добычи угля по каждому

предприятию Х™ах (i — 1,п). Определены также постоянные (i = 1,п) и

переменные Z( (i = 1, п) затраты на добычу угля по каждому предприятию. Это позволяет определить объем добычи угля по предприятиям, обеспечивающий максимальный показатель EBITDA (Earnings before Interest, Taxes, Depreciation and Amortization).

EBITDA - прибыль холдинга до уплаты налогов и амортизационных отчислений.

Этот финансовый показатель представляет собой прибыль холдинга, освобожденную от влияния налогового окружения и способов финансирования, а также от влияния организации учета (в части амортизации). Данный показатель рассчитывается по следующей формуле:

где У - общий доход (выручка);

А - величина амортизационных отчислений;

Сопер - общая сумма операционных расходов, включающая переменные

и постоянные затраты; Цу- цена угля сорта j на ¡-том разрезе; Известен выход каждого сорта угля по разрезам (5^). выход сорта] на ¡-том разрезе, где = при этом

п т п п

EBITDA = Y + А - Сопер = Si'Xi + Z Al ~ Z(Z' + ZiXi)

-> max,

i j 1=1 i=l

m

J

X^- объем добычи угля на ¡-том разрезе;

п т

¿=1 ;'=1

^^ Л^ — сумма амортизационных отчислений; ¡=1

Затраты:

п

г1 - постоянные затраты, ^ 7, ;

¡=1

п

г; — удельные переменные затраты на 1 т угля, ^ г( х1.

н

'-'опер = ^

¡=1

Учитываются следующие ограничения по каждому разрезу ¡:

- по объему добычи угля Х(\

Х™ах - ограничено производственной мощностью разреза.

- по выходу сортов угля Хц:

т )

— объем добычи на ¡-том разрезе; Ху - объем добычи ]-го сорта на ¡-том разрезе.

Ограничение обусловлено геологическими условиями и планом горных работ.

Учитываются ограничения по холдингу в целом:

- по объему каждого сорта угля в соответствии с заключенными договорами Х-"^ (минимальный объем добычи угля данного сорта);

- по возможностям рынка Х^ын (максимальный объем продажи угля данного сорта).

- обязательная поставка угля .¡-го сорта по договорам. п

Х?>г< <ЛГ/ЫИ, ¿=1

где у = 1, т ;

Завершающим этапом является формирование породо- и углепотоков и определение их качественно-количественных показателей.

Организационно-технологические схемы включают элементы систем разработки в динамике их развития, количественные и качественные показатели грузопотоков, карьерное оборудование и его расстановку.

В организационно-технологическую схему входят основные структурные подразделения: участки горных работ или разрезы, входящие в холдинговую структуру, включающие экскаваторное и транспортное оборудование, транспортные коммуникации, отвалы пустых пород (внутренние и внешние), обогатительная фабрика, склады готовой продукции.

Задача формирования организационно-технологической схемы включает определение объемов горных работ (вскрышных и добычных) и параметров грузопотоков.

В работе выполнена систематизация углепотоков, в результате которой выделено четыре типа углепотоков: простой, разветвляющийся, сходящийся и комбинированный.

Обычно на разрезах используется несколько типов углепотоков. Простой углепоток, когда имеется один поставщик и один потребитель. Подобный тип взаимосвязи характерен для технологических схем «разрез -углеобогатительная фабрика».

Разветвляющийся углепоток характерен для разрезов, добывающих определенный сорт угля, отправляемый различным потребителям.

Первые две схемы характерны для разрезов ОАО «СУЭК-Хакасия».

Сходящийся углепоток - когда разрезы отправляют сырье различного качества одному потребителю. Эта схема наблюдается на Тугнуйском

разрезе, когда добытый уголь поставляется на усреднительный склад.

11

Комбинированная схема, когда имеется несколько поставщиков и потребителей, характерна для угледобывающих предприятий холдингового типа. Этот тип взаимосвязи наблюдается в ОАО «Кузбассразрезуголь», в региональных подразделениях «СУЭК», ОАО «Приморскуголь», ОАО «Красноярскуголь», ОАО «СУЭК-Хакасия».

Автором формализована постановка задачи формирования угле- и породопотоков и разработана экономико-математическая модель обоснования качественно-количественных показателей углепотоков и породопотоков, включающая помимо показателей, используемых при определении годовой производительности горных предприятий, следующие показатели:

к - участки горных работ на разрезе, входящие в холдинговую структуру, (к = ГТК);

V]* - объем добычи угля на к-том участке;

г- объем вскрышных работ на к-том участке.

Уголь, отгружаемый потребителю, должен соответствовать требованиям, предъявляемым к его качеству:

Ак - показатель зольности угля, добываемого на к-том участке, отправляемого на обогатительную фабрику или потребителю;

У\/к - влажность угля, добываемого на к-том участке, отправляемого на обогатительную фабрику или потребителю;

0 к - теплота сгорания угля, добываемого на к-том участке, отправляемого на обогатительную фабрику или потребителю;

- содержание серы в угле, добываемом на к-том участке, отправляемом на обогатительную фабрику или потребителю;

1 - отвалы пустых пород, (1=1, Ь);

у™ах - максимальная емкость отвала 1\

^кЬ - объемы грузопотоков с участка (к) на отвалы (/), на

обогатительную фабрику (0 и на угольный склад (Ь).

ckf> ckh ~ затраты на перевозку одной тонны угля с k-го участка на обогатительную фабрику (f) и на угольный склад (h).

сы - затраты на перевозку одной тонны вскрыши с k-го участка на отвал I.

Критерий оптимальности модели - затраты (В) на транспортировку, которые минимизируются:

L К К

в = ^ Cki vh + ^ ckfv%f + ^ Ckhv£h -» min 1=1 к=1 к=1

При этом следует учесть ограничения:

- по производительности участков: v* + vi< vrx, (k=l7K);

- по качеству угля:

Показатели зольности (ЛЛ), влажности удельной теплоты

сгорания (Qfc). содержания серы (Sk) по участкам:

к к к к

/ ^^ < ^^ 1 Х"* -

к=1 к=1 к=1 к=1

К К К К

/ > / -5к;

к=1 к=1 к=1 к=1

Ак, (¿х, Шк, Як - допустимые значения зольности, теплоты сгорания, влажности и содержания серы.

по приемной способности отвалов, угольного склада и производительности обогатительной фабрики:

Л Л Л

2 <1 £ "Гх. С i = TJy, Y,- <ах Z - v' k=1 k=1 k=1

max

7 ■

Апробация была проведена для условий холдинга ООО «СУЭК-Хакасия». При этом рассматривались варианты поставки с карьеров рядового угля и разделение угля по сортам, которое осуществляется за счет селективной отработки участков на основе использования погрузчиков (Kamatsu и KATARPILLAR).

ООО «СУЭК-Хакасия» включает в себя разрезы «Черногорский», «Восточно-Бейский», «Изыхский», шахту «Хакасская» и обогатительную фабрику. При этом «Изыхский» и «Восточно-Бейский» разрезы поставляют уголь сортов: ДПК/ДО (25 - 200 мм), ДМСШ (0 - 25 мм) и ДР (0 - 300 мм) непосредственно потребителю, а шахта «Хакасская» и разрез «Черногорский» в основном на обогатительную фабрику, на которой выпускают угли сортов: ДПК/ДОМ (25 - 200 мм) и ДСШ (0 - 25 мм).

Проведенное исследование показало, что при внедрении селективной выемки и разделении углей по сортам EBITDA холдинга (прибыль) увеличивается на 1671 млн. руб. (15,97 %).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано решение научной задачи разработки методических принципов формирования организационно-технологических схем в угольных компаниях холдингового типа.

Основные выводы, научные и практические результаты, полученные лично автором:

1. В результате анализа современного состояния и перспектив развития угольной промышленности, а также научных исследований по формированию организационно-технологических схем открытой разработки показана перспективность холдинговой структуры и целесообразность формирования ОТС отдельно по разрезам и холдингу в целом.

2. Выделены этапы формирования организационно-технологических схем открытой разработки угольных месторождений: определение структуры комплексной механизации, перспективное и годовое планирование горных работ, репланирование объемов добычи угля по разрезам, оперативное планирование качественно-количественных показателей углепотоков.

3. Предложена процедура обоснования структуры комплексной механизации, включающая выбор оборудования, оценку капитальных и эксплуатационных затрат на основе построения графа использования различных видов оборудования, и его оптимизации по критерию суммарных приведенных затрат методом динамического программирования.

4. Годовое планирование объемов добычи угля на предприятиях холдинга в целом следует осуществлять по максимизации финансового показателя EBITDA, который представляет прибыль холдинга, освобожденную от влияния налогового окружения и способов финансирования. При этом следует учитывать ограничения по мощности разрезов и выходу различных сортов угля, который обусловлен геологическими условиями и планом развития горных работ, а также договорными обязательствами по каждому сорту угля и возможностью реализации угля на рынке.

5. Параллельно с оптимизацией модели обоснования мощности разрезов определяются двойственные оценки, позволяющие определить основные направления развития холдинга.

6. Разработанная экономико-математическая модель годового планирования может быть использована при репланировании объемов добычи угля для внутригодового планирования (квартала, месяца) при изменении цен на уголь, мощности разреза или положения на рынке угля.

7. Для обоснования качественно-количественных показателей породо- и углепотоков следует использовать экономико-математическую модель. Критерием оптимальности являются общие затраты на транспорт при ограничениях по емкости отвалов, по качеству угля, поставляемого потребителю, и по мощности обогатительной фабрики и угольного склада.

8. Приведенная апробация исследований на примере разрезов ООО «СУЭК-Хакасия» показала, что при внедрении погрузчиков (Kamatsu и KATARPILLAR) показатель EBITDA увеличивается на 1671 млн. руб. (15,97%).

Основные положения диссертации достаточно полно отражены в следующих публикациях:

1. Резниченко С.С., Петухов П.П., Лозинская М.А. Основные направления совершенствования методики обоснования организационно-технологических схем открытой разработки сложноструктурных угольных месторождений // Проектировние и организация горнотехнических систем: Отдельные статьи «Горного информационно-аналитического бюллетеня». - М.: Изд-во «Горная книга». - 2011. - № 12. - С. 47-50.

2. Петухов П.П., Лозинская М.А.Методические основы формирования стратегической программы действующих угледобывающих предприятий // Повышение эффективности добычи и использования природных ресурсов: Отдельные статьи «Горного информационно-аналитического бюллетеня». - М.: Изд-во «Горная книга». - 2012. -№ 7,- С. 13-17.

3. Лозинская М.А.Обоснование параметров грузопотоков при открытой разработке угольных месторождений // Отдельные статьи «Горного информационно-аналитического бюллетеня». - М.: Изд-во «Горная книга». - 2013. - № 5. - С. 73-76.

4. Резниченко С.С., Лозинская М.А. Методические принципы обоснования организационно-технологических схем открытой разработки угольных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд-во «Горная книга». - 2013. - № 8. -С. 246-251.

Подписано в печать 12.09.2013. Формат 60x90/16. Бумага офсетная 1.0.п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 2690

аиЕвэмискоВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 062809 Код издательства 5X7(03)

Отпечатано в типографии Издательства Московского государственного горного университета

119991 Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 6; Издательство МГГУ; тел. (495) 236-97-80; факс (495) 956-90-40

ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет»

На правах рукописи

04201361966

ЛОЗИНСКАЯ Мария Алексеевна

ОБОСНОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность: 05.02.22 — «Организация производства»

(горная промышленность)

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Резниченко Семен Саулович

Москва 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.............................................................................................................3

Глава 1. Обоснование актуальности и постановка задачи исследования......................................................................................................7

1.1. Анализ состояния угольной промышленности, роль и место открытой разработки........................................................................7

1.2. Изменение структуры угольной промышленности.......................22

1.3. Анализ практики и научных исследований по формированию организационно-технологических схем при открытой разработке месторождений.............................................34

1.4. Цели и задачи исследования............................................................39

Выводы по первой главе...................................................................................40

Глава 2. Общая структура методики обоснования организационно-

технологических схем....................................................................41

2.1. Основные этапы разработки методики формирования и оценки организационно-технологических схем............................41

2.2. Обоснование структуры комплексной механизации......................48

2.3. Организация годового и внутригодового планирования добычных работ.................................................................................52

2.4. Определение производительности предприятий.............................59

Выводы по второй главе...................................................................................68

Глава 3. Формирование породо- и углепотоков.............................................69

3.1. Систематизация углепотоков..............................................................69

3.2. Экономико-математическая модель обоснования качественных и количественных показателей углепотоков и породопотоков...................................................................................................74

3.3. Система «скользящего» планирования и управления добычей угля......................................................................................................................76

3.4. Обоснование производительности разрезов, входящих

в ООО «СУЭК - Хакасия» (апробация результатов исследования)............84

Выводы по третьей главе..................................................................................97

Заключение.........................................................................................................98

Список использованных источников..............................................................100

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. На сегодняшний день в России основными источниками энергии являются топливно-энергетические ресурсы: нефть, уголь и газ.

Однако уголь - наиболее обеспеченный разведанными и промышленными запасами топливный ресурс, который все ведущие страны мира используют для придания устойчивости национальной энергетики.

В условиях, когда высокие цены на нефть и газ тормозят дальнейшее развитие отечественной экономики, относительно дешевый уголь становится все более популярным энергоносителем.

С 2000 года наблюдается постепенное наращивание общего объема добычи угля. В 2012 году этот показатель достиг максимального значения, составив 354,8 млн. тонн, в том числе 248,9 млн. тонн открытым способом, что позволяет отметить значительное превышение объемов добычи угля открытым способом над подземным. В 2012 году доля открытого способа в общей добыче угля составила 70%.

При этом особую роль в наращивании объемов добычи угля в России играет десяток наиболее крупных угольных компаний, которые обеспечивают три четверти совокупной добычи угля в стране. Бесспорными лидерами на протяжении последнего десятилетия являются ОАО «СУЭК» и ОАО «УК «Кузбассразрезуголь».

Эффективность добычи угля определяется используемой организационно-технологической схемой (ОТС).

Организационно-технологическая схема - это динамическая совокупность взаимодействующего карьерного оборудования и параметров горнотехнических элементов (блоки активных и пассивных запасов горной массы, рабочие блоки).

Актуальность исследования обусловлена высоким уровнем открытой

добычи угля и необходимостью дальнейшего совершенствования структуры

угольной промышленности, основу которой составляют предприятия

3

холдингового типа. Организационно-технологические схемы предприятий определяют эффективность работы угольных разрезов, охватывая все вопросы деятельности угольных компаний.

Цель диссертационного исследования - разработка методических принципов формирования организационно-технологических схем в угольных компаниях холдингового типа.

Основная идея работы заключается в динамическом подходе к обоснованию организационно-технологических схем в угольных компаниях холдингового типа.

Объект исследования - разрезы, входящие в угольные компании холдингового типа.

Предмет исследования - методы формирования организационно технологических схем при открытой разработке угольных месторождений.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- анализ перспектив развития угольной промышленности;

- анализ организационных структур угольных предприятий;

- анализ практики и научных исследований по формированию организационно-технологических схем при открытой разработке месторождений;

- разработка методических принципов формирования и оценки организационно-технологических схем;

- обоснование структуры комплексной механизации и перспективное планирование развития горных работ;

- обоснование производительности разрезов, входящих в холдинг;

- разработка методики обоснования качественно-количественных показателей углепотоков;

- апробация результатов исследования.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Организационно-технологические схемы следует обосновывать не для каждого разреза отдельно, а комплексно для всех разрезов, входящих в холдинговую структуру.

2. Организационно-технологические схемы следует формировать поэтапно, последовательно решая задачи: обоснования структуры комплексной механизации; перспективного и годового планирования горных работ; репланирования объемов добычи угля по разрезам, входящим в холдинг; оперативного планирования качественно-количественных показателей углепотоков.

3. Структуру комплексной механизации следует определять на основе построения графа использования различных видов оборудования по технологическим процессам и его оптимизации методом динамического программирования по критерию суммарных приведенных затрат.

Научная новизна работы:

- разработаны методические принципы формирования, оценки и выбора организационно-технологической схемы, учитывающей изменение организационной структуры угледобывающих предприятий;

- обоснованы процедуры и инструментарий, обеспечивающий сравнение и выбор вариантов организационно-технологических схем с учетом динамики развития горных работ;

- предложена методика поэтапного формирования организационно-технологических схем на основе экономико-математического моделирования;

- разработаны методические принципы обоснования качественно-количественных показателей углепотоков.

Научное значение диссертации заключается в разработке методических принципов обоснования организационно-технологических схем на основе динамического подхода с учетом изменения структуры угольной промышленности.

Практическое значение диссертации заключается в том, что разработанные методические принципы обоснования организационно-технологических схем позволяют стабилизировать объемы и качество добываемого угля и увеличить прибыль холдинга (показатель EBITDA) на 15,97% (1671 млн. руб.).

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- исследованием значительного объема экономических и статистических данных, характеризующих деятельность угольных компаний России;

- корректным использованием современных методов математической статистики и экономико-математического моделирования;

- положительными результатами апробации разработанного механизма формирования, оценки и выбора организационно-технологических схем на предприятиях ООО «СУЭК-Хакасия».

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанный метод апробирован при годовом планировании горных работ на разрезах ООО «СУЭК-Хакасия» и рекомендован к реализации.

Апробация работы. Результаты исследования и основные научные положения работы докладывались в рамках международной конференции «Неделя горняка» (г. Москва, 2011-2013 гг.), на научных семинарах кафедры «Организация и управление в горной промышленности» (20112013 гг.).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 4 научных статьях в журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 15 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 103 наименований.

Глава 1. Обоснование актуальности и постановка задачи исследования

1.1. Анализ состояния угольной промышленности, роль и место открытой разработки

Основными источниками энергии на сегодня являются геологические топливно-энергетические ресурсы: нефть, уголь, газ, горючие сланцы, торф, уран и т.д. На их долю приходится до 93% производимой в мире энергии.

Однако уголь - наиболее обеспеченный разведанными и промышленными запасами топливный ресурс, который все ведущие страны мира используют для придания устойчивости национальной энергетики. К тому же при нормально действующей рыночной экономике цены на уголь в большинстве стран существенно ниже, чем цены на газ и нефтепродукты. Поэтому в мировой энергетике экономически выгоднее использовать уголь, а не другие виды топлива.

Ресурсная база ТЭБ мира энергоносителей - нефти, газа, угля - и их структуры находится в таких пропорциях: 16%; 17%; 67%. Разведанные запасы мира - соответственно: 26,8%; 26% и 47,2%. Что касается промышленных запасов энергоносителей с учетом нынешнего уровня потребления и его обеспеченности оценивается в пределах: 40; 61 и 227 лет. Промышленные запасы угля достигают 985 млрд. т, из которых 509,5 млрд. т приходится на каменный уголь и 474,7 млрд.т - на бурый.

По данным Международного института угля, его доля, как первичного энергоносителя, в мировой энергетике составляет 25% (это второе место после нефти).

Более 66% всего добываемого в мире угля используется в электроэнергетике. С помощью угля производится 40% электроэнергии в мире.

В условиях, когда высокие цены на нефть и газ тормозят дальнейшее развитие мировой экономики, относительно дешевый уголь становится все

7

более популярным энергоносителем. Сейчас переход с газа на уголь на мировом энергетическом рынке продолжается. Проискодит это в основном за счет трех стран - Китая, Индии и Японии, и большую роль здесь играет именно относительная дешевизна угля. По прогнозу Международного энергетического агентства (Е1А), в период до 2025г. потребление угля в мире будет увеличиваться в среднем на 1,5% в год.

Несмотря на все существующие проблемы, угольная промышленность в современном мире сохранила роль важнейшей базисной отрасли экономики. Значение угля, как одного из основных типов энергоносителей на рубеже третьего тысячелетия, обуславливается действием следующих ведущих рыночных факторов:

1) Энергетика остается самой приоритетной отраслью экономики. Потребители заинтересованы в безусловном сохранении стабильности энергетической базы и разнообразии альтернативных источников энергетического сырья.

2) Стабильная и обширная ресурсная база. Показатель обеспеченности текущего уровня потребления готовыми к эксплуатации запасами по углю - один из наиболее высоких среди всех полезных ископаемых.

3) Возможность для экспортеров угля работать на различных рынках сбыта. Для большинства зарубежных экспортеров является основой собственной энергетики.

4) Дешевизна угля по сравнению со стоимостью прямых заменителей, стабильность цен угля. Стабильность и прогнозируемость цен угля обеспечивает для потребителей удобство планирования затрат.

На перспективу до 2020г. международные эксперты не ожидают существенного снижения роли угля, как одного из важнейших энергоносителей. Более того, за счет весьма вероятного сокращения темпов роста потребления нефти и нефтепродуктов и пересмотра отношения к

развитию атомной энергетики во многих странах может иметь место некоторый рост его доли в структуре энергопотребления.

Несмотря на продолжающийся поиск альтернативных источников электрической и тепловой энергии, уголь, по имеющимся прогнозам, останется в обозримом будущем основой мирового топливно-энергетического комплекса (ТЭК).

На основании прироста объемов мировой угледобычи за последний год трудно говорить об уже сложившейся тенденции, однако на фоне проблем, имеющих место в нефтегазовой и атомной энергетике, в исследованиях по термоядерному синтезу и т.п., перспективы развития угольной промышленности выглядят прочными и определенными.

В ближайшие 20 лет использование угля будет увеличиваться в связи с возрастанием объемов потребления энергии.

Период, характеризовавшийся падением спроса на уголь и, соответственно, снижением объемов его добычи, сменился заметным ростом того и другого.

Что же касается России, то, как и во всем мире, ее основными энергоносителями являются газ, нефть и уголь. Причем следует отметить, что она является лидером по запасам природного газа - на ее долю приходится 32% всех промышленных запасов, занимает 7-е место по запасам нефти в мире (4,6%) и находится на 2-ом месте по запасам угля (15,9%), уступая лишь США.

Однако, в Российской Федерации при нынешних уровнях потребления, нефти хватит примерно на 30 лет, природног газа - не более чем на 80, притом, что запасы так называемого «дешевого» газа, добываемого в районах с развитой инфраструктурой, самим «Газпромом» оцениваются максимум в 10 лет.

Что касается угольных запасов, то, по данным специалистов Сибирского отделения РАН, их в России хватит не менее чем на 500-600 лет интенсивной промышленной разработки.

В балансе топливопотребления отечественной электроэнергетики доля угля начиная с 80-х гг. сокращалась и в 2000г. составила всего 18,1%. При этом на долю газа приходилось 50,4%, на нефть и нефтепродукты 20,1%, на гидро- и атомную энергию - 10,7%. Таким образом на угле вырабатывалось менее пятой части электроэнергии. Эта тенденция сохраняется и на сегодняшний день и, судя по прогнозам, не изменится до 2030 года (рис. 1.1).

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

в Газ и Нефть и нефтепродукты и Уголь и АЭС и ГЭС н Инновационные источники

Рис. 1.1. Динамика структуры потребления первичных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) (прогноз)

Рассматривая динамику производства первичных энергоносителей в целом по России, также можно отметить явный перекос в сторону нефтегазового топлива. Только в России доля газа в производстве электроэнергии превышает 40%, а на уголь приходится всего 18%; в то время как в мире на угольном топливе производится в среднем 44% электроэнергии, более половины - в США и Германии (52-58%), от 70 до 98% - угледобывающих странах. Практически ни одна страна в мире сегодня не имеет такого узконаправленного баланса (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Добыча и производство ТЭР (прогноз)

2005г. (факт) 2010г. (факт) 2015г. 2020г. 2025г. 2030г.

Газ, млрд.м3 ЭС 615 665 705 730 - -

Уточн. 638 670 705 750 780 800

Нефть, млн.т ЭС 447 489 506 520 - -

Уточн. 470 510 530 550 565 570

Уголь, млн.т условного топлива ЭС 280 330 360 430 - -

Уточн. 298 330 360 430 490 540

Производство электроэнергии, млрд. кВт-ч ЭС 936 1070 1205 1365 - -

Уточн. 952 1083 1233 1413 1580 1750

ЭС - Энергетическая стратегия России на период до 2020 года [70]. Уточн. - мониторинг и перспектива до 2030 года (прогноз).

Сегодня совершенно очевидно, что назрела острая необходимость определить политику государства в продвижении к более рациональной энергетике, то есть к стимулированию повышения доли использования угольного топлива. В России актуальность такой политики, помимо экономических факторов, диктуется необходимостью надежного теплоснабжения населения в условиях нашего климата с длительным периодом отрицательных температур в течение года.

Проблема топливного баланса России, связанная с недостаточной долей угля, является следствием совокупного влияния долговременных причин, главные из которых - диспропорция в ценах на природный газ и уголь и замыкающая роль угольного топлива в топливно-энергетическом балансе страны со всеми вытекающими последствиями.

Итак, Россия является одним из мировых лидеров по производству угля. В ее недрах сосредоточена треть мировых ресурсов угля и пятая часть разведанных запасов - 193,3 млрд. т. Из них 101,2 млрд. т бурого угля, 85,3 млрд. т каменного угля (в том числе 39,8 млрд. т коксу�