Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние, перспективы развития открытой геотехнологии и задачи исследования 12
1.1. Минеральные ресурсы, основные положения стратегии их освоения на открытых разработках 12
1.2. Анализ и обобщение опыта проектирования горных предприятий с открытой геотехнологией 30
1.3. Состояние изученности проблемы освоения минеральных ресурсов, цель и задачи исследования 34
2. Основные теоретические положения использования инновационных решений для открытой геотёхнологии 58
2.1. Горное предприятие с открытой геотехнологией как объект исследования 58
2.2. Метод систематизации горнодобывающих предприятий 67
2.3. Разработка методики исследования производственных процессов 77
2.4. Метод определения организационно-технического уровня использования горнотранспортного оборудования 98
2.5. Исследование количественных, качественных характеристик полезного ископаемого и недропользования на карьерах 105
2.6. Методика оценки производственной деятельности и специализации технологических участков 127
2.7. Методика определения резервов горного производства 134
2.8. Определение эффективности управления горным производством 139
Выводы 147
3. Обоснование возможности и целесообразности использования инновационных решений 150
3.1. Исследование интенсивности горного производства 150
3.2. Анализ себестоимости выемки полезного ископаемого и вскрышных пород 160
3.3. Функционирование и эффективность горных предприятий в новых экономических условиях 168
3.4. Исследование функционирования рынка минерального сырья 182
3.5. Исследование изменения цены минерального сырья на мировом рынке...210
Выводы 225
4. Исследование изменения горнотехнических условий на открытых разработках 228
4.1. Влияние глубины работ на горнотехнические условия разработки месторождений 228
4.2. Изучение закономерностей формирования рабочей зоны на железорудных карьерах 233
4.3. Исследование закономерностей изменения горнотехнических условий на угольных разрезах 242
4.4. Исследование особенностей ведения горных работ на глубоких карьерах 247
Выводы 259
5. Разработка и реализация инновационных решений для открытой геотехнологии 261
5.1. Выбор оптимальной высоты уступа 261
5.2. Планирование объемов вскрышных работ 269
5.3. Разработка и внедрение инновационных решений для технологических процессов и горнотранспортного оборудования 272
5.4. Сокращение потерь и засорения полезного ископаемого при разработке месторождений 303
Выводы 313
Заключение 315
Список использованных источников 320
Приложение 338
- Анализ и обобщение опыта проектирования горных предприятий с открытой геотехнологией
- Исследование количественных, качественных характеристик полезного ископаемого и недропользования на карьерах
- Функционирование и эффективность горных предприятий в новых экономических условиях
- Изучение закономерностей формирования рабочей зоны на железорудных карьерах
Введение к работе
Развитие открытых горных работ характеризуется значительными объемами выемки горной массы с больших глубин. Так, в черной металлургии России и СНГ более двадцати карьеров имеют глубину свыше 250 м. Объем добычи железной руды этими карьерами достигает более 90% от общих объемов, вынимаемых открытым способом. В угольной промышленности около 43% разрезов имеют глубину более 150 м и на их долю приходится до 65% общей добычи угля.
С увеличением глубины карьеров ухудшаются горнотехнические условия разработки месторождений. Это послужило причиной для усложнения общей организации труда и ухудшения технико-экономических показателей (ТЭП) открытых горных работ.
Как показывает отечественный и зарубежный опыт, для улучшения ТЭП работы карьеров целесообразным является использование инновационных решений, особенно в условиях рыночной экономики, когда колебания в сбыте (по объемам, качеству и сортам) продукции, а также нестабильность других факторов, значительно снижают эффективность горного производства.
Кроме того, переход к новым рыночным условиям для отечественных предприятий характеризуется неопределенностью цен минерального сырья, сокращением минерально-сырьевой базы действующих карьеров, длительным отсутствием государственной поддержки, слабой конкурентностью, что свидетельствует о незначительной инвестиционной привлекательности и риске инвестирования.
Повышение эффективности открытой геотехнологии сводится, в первую очередь, к изысканию новых способов и методов организации горного производства, определяющих разработку решений по снижению негативного влияния глубины работ, реализацию резервов при функционировании предприятий и их адаптацию к новым экономическим условиям. Эти обстоятельства имеют большое значение для рудных карьеров и угольных разрезов, так как для эф фективной их работы необходимо строгое технологическое соответствие между производственными подразделениями, которое достигается на основе рационального сочетания применяемого горнотранспортного оборудования.
В горнодобывающей промышленности, в том числе и на открытых разработках, недоиспользуются значительные мощности из-за диспропорций и несоответствия применяемой техники. Поэтому перед научно-исследовательскими организациями постоянно стоят задачи о переходе от создания разрозненных научно-технических решений к созданию систем машин и внедрению мероприятий по улучшению их работы для всех технологических процессов горного производства.
Решению проблемы «Разработка и внедрение инновационных решений для открытой геотехнологии при освоении рудных и угольных месторождений» посвящен комплекс выполненных научно-исследовательских работ для железорудной, меднорудной и угольной подотраслей горнодобывающей промышленности по тематическим планам институтов Горного дела УрО РАН, Унипро-медь, УкрНИИпроект.
Цель работы заключается в разработке научно обоснованного комплекса технических, технологических и организационных инновационных решений для открытой геотехнологии, включающих изменение способов осуществления производственных процессов, организации и планирования выемки горной массы, организации работы горнотранспортного оборудования, выбор оптимальных параметров систем разработки при колеблемости цены минерального сырья на мировом рынке.
Идея работы состоит в реализации существующих резервов, выявленных на основе системного подхода, учета взаимосвязей горного производства, и использовании инновационных решений для открытой геотехнологии при освоении рудных и угольных месторождений с учетом изменения внешней экономической среды.
Методы исследований: системный анализ и научное обобщение теоретических и экспериментальных работ отечественных и зарубежных исследователей, натурные наблюдения и эксперименты, дедуктивный и индуктивный методы, методы теории вероятностей, экономико-математическое моделирование и технико-экономический анализ.
Основные научные положения, представленные к защите:
1. Горные предприятия с открытой геотехнологией на всех стадиях существования испытывают на себе большое влияние совокупности различного рода случайных факторов. Действие этих факторов является объективно закономерным и приводит к изменению основных параметров ведения горных работ (сокращение ширины рабочей площадки, скорости горизонтального подвигания уступов, увеличение угла рабочего борта, сложности по приведению уступов в предельное положение и т.д.) и технико-экономических параметров предприятий в целом.
2. Технико-экономические показатели работы горных предприятий, полученные в проектных решениях при объективно недостаточной информации, необходимо корректировать с учетом анализа фактических ТЭП на базе теории вероятностей, так как последние наиболее полно отражают существующие горнотехнические, технологические, организационные и экономические условия функционирования открытых горных работ.
3. В условиях изменения внешней экономической среды эффективное функционирование горных предприятий возможно за счет своевременного сосредоточения всех ресурсов, включающих использование интенсивных и экстенсивных факторов, резервов, оптимальных элементов систем разработки и организации ведения горных работ.
4. Методика оценки производственных процессов и работы горнотранспортного оборудования, базирующаяся на фактической информации и использовании корреляционных функций и спектральной плотности, обеспечивает определение таких показателей, как степень влияния и участия коротко-, средне-и длиннопериодных колебаний ТЭП, периоды стабильной работы и периоды времени для осуществления инновационных решений в соответствии с изменением цены минерального сырья.
5. Оценка открытой геотехнологии должна осуществляться комплексно, в том числе с использованием разработанных в диссертации методов, позволяющих определить резервы на карьерах, организационно-технический уровень использования горнотранспортного оборудования, влияние интенсивности и экстенсивности ведения горных работ на эффективность горного производства.
6. Применение совокупности существующих и дополнительно разработанных в диссертации методов по оценке каждого производственного звена и процесса обеспечивает разносторонний подход для обнаружения «узких мест», установления причин их возникновения и разработки мероприятий по предупреждению появления и ликвидации «узких мест» на горных предприятиях.
Достоверность научных положений подтверждается:
представительным объемом фактических показателей (более 1 млн статистических единиц информации) функционирования рудных карьеров, угольных разрезов и мирового рынка минерального сырья за 1971-2002 гг.;
соответствием результатов теоретических исследований основным апробированным практикой научным положениям открытой геотехнологии;
натурными наблюдениями и хронометражными измерениями работы горнотранспортного оборудования в широком диапазоне видов и марок (буровых станков механического и термического бурения, экскаваторов типа механических лопат и драглайнов, отечественных и зарубежных роторных экскаваторов, электровозов и тяговых агрегатов, автосамосвалов грузоподъемностью 27-120 т) в различных условиях их работы;
оценкой установленных зависимостей с ошибкой не более 10-15% при доверительной вероятности 95%;
положительными результатами внедрения технических, технологических и организационных решений, выразившимися в реальном повышении эффективности работы рудных карьеров и угольных разрезов.
Научная новизна заключается в развитии методов анализа и оценки повышения эффективности и конкурентоспособности горных предприятий в новых экономических условиях, в том числе:
в целях определения реальных инновационных возможностей для открытой геотехнологии и организации производства научно обосновано и раскрыто влияние случайных факторов, воздействующих на горные предприятия как на закономерное явление, приводящее на практике к изменению параметров и текущих показателей их работы и вызывающих необходимость разработки мероприятий для повышения научно-технического и организационного уровня производства;
впервые для технологических процессов и работы горнотранспортного оборудования с использованием корреляционной функции и спектральной плотности определено влияние и долевое участие в дисперсии коротко-, средне- и длиннопе-риодных колебаний показателей; установлены периоды стабильной работы и периоды осуществления инновационных решений;
для многоцелевого использования расширена возможность метода определения резервов горного производства с применением графика Лоренца;
впервые исследовано на примере угольных разрезов влияние интенсивных и экстенсивных факторов на эффективность ведения горных работ;
выполнена систематизация горных предприятий на основе разработанного в диссертации метода, предполагающего использование вариации основных технико-экономических показателей;
установлена степень влияния цены МС, коэффициента дисконтирования, себестоимости производства минерального сырья и ставки налога на прибыль на чистый дисконтированный доход, индекс доходности и срок окупаемости капиталовложений;
обоснованы рациональные условия и области применения инновационных решений для улучшения ТЭП работы горных предприятий при изменении внешней экономической среды.
Научное значение работы заключается в следующем:
создан метод систематизации горных предприятий, основанный на учете вариации фактических основных технико-экономических показателей, чем развиты научные представления об изменчивости параметров предприятий;
раскрыты применительно к открытой геотехнологии новые области применения теории случайных функций тем, что разработаны методики оценки функционирования производственных процессов и горнотранспортного оборудования, основанные на определении корреляционной функции, спектральной плотности, коэффициента равномерности, периода стабильной работы и периода «сглаживания» показателей, позволяющих осуществлять инновационные решения с учетом изменения внешней экономической среды;
научно обоснованы и установлены зависимости, дополнительно характеризующие функционирование рынка и стран-продуцентов минерального сырья: коэффициенты равномерности и адаптации по объемам, цене и качеству минерального сырья при экспорте и импорте; для определения объемов экспорта и импорта, периода адаптации к рынку; разработаны методы определения вероятности изменения цены в краткосрочном (в течение месяца) и долгосрочном (в течение года) периодах и возможного ущерба при экспорте в зависимости от колебания цены минерального сырья;
развито понимание научно-технического прогресса в области открытой геотехнологии - обоснована возможность и целесообразность использования инновационных решений для улучшения технико-экономических показателей работы горных предприятий при изменении внешней экономической среды.
Практическая ценность работы.
1. Разработаны и использованы методики для определения эффективности производственных процессов и работы горнотранспортного оборудования.
2. Создан комплекс дополнительных показателей для характеристики функционирования рынка минерального сырья.
3. Разработан метод систематизации горных предприятий, который может быть использован на стадии ТЭО при выборе способов вскрытия и систем раз работки, горнотранспортного оборудования, величины основных фондов и др.
4. Получены зависимости для планирования объемов вскрышных работ и работ по заоткоске уступов с учетом затрат на их осуществление.
5. Разработан и внедрен способ взрывания зарядов ВВ, созданы способы взрывного разрушения горных пород обводненного уступа, формирования и рекультивации отвалов, использование которых позволило сократить потери полезных ископаемых и обводненность блоков при ведении буровзрывных работ.
6. Разработаны технологические схемы, организация складирования пород различной геохимической активности и выполаживания откосов отвалов с целью уменьшения затрат на последующую рекультивацию.
7. Создана матрица и определена продолжительность сроков осуществления инновационных решений на горных предприятиях.
Личный вклад автора состоит:
в обосновании, постановке задач и способов их решения для оценки эффективности открытой геотехнологии с использованием теории случайных функций и получении на ее основе новых показателей технологических процессов и горнотранспортного оборудования: корреляционной функции, спектральной плотности, периода стабильной работы и периода «сглаживания»;
в разработке методов определения организационно-технического уровня использования горнотранпортного оборудования, эффективности управления производством инженерно-техническими работниками;
в обосновании и разработке дополнительных показателей функционирования рынка минерального сырья и адаптации горных предприятий в новых экономических условиях;
в разработке и внедрении инновационных мероприятий на открытых разработках.
Реализация результатов работы. Основные результаты теоретических исследований положены в основу рекомендаций и инновационных решений для повышения эффективности горных предприятий (Качканарский, Соколовско Сарбайский, Коршуновский горно-обогатительные комбинаты, разрезы АО «Междуречье», Бачатский, Сибиргинский ПО «Кемеровуголь», Богатырь ПО «Экибастузуголь»). Рекомендации автора использованы проектными организациями Уралгипроруда, Карагандагипрошахт.
Отдельные положения диссертации использованы при разработке региональной программы развития рудно-сырьевой базы металлургической промышленности Свердловской области «Руда Урала» до 2005 года и концепции «Развитие горнорудных предприятий горно-металлургического комплекса Свердловской области на период до 2015 года», которые были одобрены Постановлениями Правительства Свердловской области.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы опубликованы в технических периодических изданиях, докладывались на конференции «Проблемы промышленного развития северных районов Красноярского края» (Красноярск, 1971 г.), на III Всесоюзном научно-техническом совещании «Разработка глубоких горизонтов карьеров» (Днепропетровск, 1976г.), на Всесоюзной научно-практической конференции «Ускорение социально-экономического развития Урала» (Свердловск, 1989 г.), на международной конференции «Проблемы геотехнологии и недроведения» (Мельниковские чтения, Екатеринбург, 1998 г.), международной научно-технической конференции «Уральская металлургия на рубеже тысячелетий» (Челябинск, 1999 г.), на совещаниях и ученых советах в институтах Гипроруда, Уралгипроруда, Уни-промедь, УкрНИИпроект, на технических совещаниях горных предприятий.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 79 работ, в том числе 3 монографии, 7 брошюр, 2 авторских свидетельства и один патент на изобретения.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 337 страницах машинописного текста, в том числе содержит 54 рисунка, 67 таблиц, список использованных источников из 212 наименований.
Анализ и обобщение опыта проектирования горных предприятий с открытой геотехнологией
Анализ проектов горнодобывающих предприятий различных отраслей промышленности, изучение методических и нормативных материалов позволили установить положительные моменты и недостатки в проектировании горных предприятий с открытой геотехнологией. В качестве критерия оценки проектных решений принято сопоставление фактических, проектных показателей и показателей, рассчитанных в соответствии с методикой расчета ТЭП работы карьеров, составленной горными инженерами США [16]. В работе [16] определение ТЭП осуществляется по зависимостям парной корреляции, которые из-за большого их количества не приводятся. Сравнение показателей осуществляется на примере годовой производительности железорудных и угольных предприятий Q, которая рассчитывается по эмпирической зависимости Тейлора: где 3 - оцененные запасы полезного ископаемого (достоверные запасы плюс возможные, но исключая вероятные запасы, не имеющие гарантий к существованию). В наших случаях это балансовые запасы категории А, В, С\ и Сг без прогнозных ресурсов, — количество рабочих дней в году. Сравнение по данным установленной мощности, фактической производительности и производительности, рассчитанной по формуле (1.1) для железорудных карьеров и угольных разрезов, свидетельствуют об их значительном расхождении - в 1,2-1,9 раза (табл. 1.3).
Основным методом выбора производительности горных предприятий при плановой экономике было удовлетворение потребности в полезном ископаемом, директивные указания и нормативная регламентированная документация. При выполнении проектов выбор схем вскрытия, систем разработки, горнотранспортного оборудования осуществлялся сопоставлением приведенных затрат по 2-3 вариантам на расчетный год. В большинстве случаев и из этого ограниченного количества вариантов экспертным путем для детального технико-экономического сравнения выбирались два конкурентоспособных. Достоинство у такого подхода - это высокая точность определения ТЭП, так как по всем сравниваемым вариантам выполнялись подробные сметно-финансовые расчеты.
Недостатками явилось следующее: использование приведенных затрат на расчетный год, которые не учитывали изменений эксплуатационных и капитальных затрат, связанных с понижением горных работ, приобретением нового горнотранспортного оборудования, изменения качества и объемов выемки полезного ископаемого, изменения горнотехнических условий ведения горных работ и др.; выполнение технико-экономических расчетов осуществлялось по детерминированным (средним или нормативным) показателям, которые не могли в достаточной мере характеризовать реальные условия работы карьеров на глубине 150-300 м; отсутствие методик расчетов ТЭП с учетом влияния глубины карьеров и особенно при выборе видов транспорта и транспортных схем; отсутствие учета требований для последующей возможной реконструкции карьеров.
В настоящее время некоторые из перечисленных недостатков учитываются, но детерминированные показатели продолжают применяться при выполнении проектных решений. Такой подход, на наш взгляд, приводит к необъективным рекомендациям и требует совершенствования методов проектирования горных предприятий. В работе [17] отмечается, какое значительное количество субъективно рекомендованных резервов находится на железорудных карьерах, определенных в соответствии с «Нормами технологического проектирования» [ 18] и делается вывод о необходимости их пересмотра и составлении новых методов расчетов, основанных на использовании фактических данных и уточненных с помощью теории вероятностей. Вот почему при анализе данных табл. 1.3 предпочтение отдается той производительности горного предприятия, которая определена по формуле Тейлора, так как последняя получена в результате анализа и обработки большого количества статистической информации и скорректирована в соответствии с фактической производительностью горных предприятий с различными горнотехническими условиями.
Однако обращает на себя внимание большое расхождение значения производительности по Лебединскому, Качканарскому железорудным карьерам и Бачатскому угольному разрезу. Оправданием принятия меньшей производительности может служить, на наш взгляд, состояние в период проектирования и перспективы развития горнотранспортного оборудования. Второй причиной может быть осуществление проверки производительности проектными организациями по расстановке экскаваторов, по пропускной способности транспортных коммуникаций - на период проектирования и даже в период сдачи этих карьеров в эксплуатацию самым распространенным был железорудный транспорт, объем перевозок которого в большей степени ограничивается пропускной возможностью выездных траншей и сцепным весом тяговых агрегатов. Что касается таких железорудных ГОКов, как Коршуновский, Оленегорский, Ингу-лецкий, то у них установленная производительность больше, чем рассчитанная по формуле Тейлора. Коршуновский ГОК еще в 1990 г. добывал 13,93 млн т сырой руды, и резкое уменьшение объема добычи можно объяснить только отсутствием инвестиций и необходимых оборотных средств. Оленегорский ГОК имеет в своем составе, кроме Оленегорского, еще карьеры Кировогорский и Бауманский, а использование ЦПТ (в 2002 г. - 3,893 млн т) дает возможность поддерживать добычу сырой руды до 10,6 млн т, но при этом следует отметить резкое сокращение запасов в проектных контурах карьера (с 257 - в 1990 г. до 127,9 млн т - в 2002 г.). Ингулецкий ГОК, как очевидно, еще при плановой экономике приобрел достаточное количество основных фондов, которые дают ему возможность иметь производительность по сырой руде 30,6 млн т/год.
Исследование количественных, качественных характеристик полезного ископаемого и недропользования на карьерах
Горизонтальное перемещение изменения геотехнологии должно осуществляться за счет использования фундаментальных наук применительно к условиям открытых разработок (эмпирическая интерпретация), «вторжением» других отраслей промышленности, распространением существующих технологий.
В трехмерном пространстве преобразование геотехнологии представляет собой диаграмму всех типов перемещений: изменение геотехнологии, а также ее взаимодействие с другими отраслями промышленности - с обогащением, чугунолитейным, сталелитейным производством и др. Границы пространства перемещения должны определяться таким образом, чтобы все влияющие факторы, направленные на совершенствование технологии, происходили внутри него. Это пространство представлено сферической формой (рис.2.1, б). Причем линия, ограничивающая сферу, проведена условно, так как путь преобразования технологии практически беспределен, поскольку познание законов природы и движения материи, на которых основывается изменение любой технологии, неисчерпаемо, а знание их в каждый период - относительно. Сферичность пространства обуславливает также комплексность изменения, то есть оно должно осуществляться одновременно и параллельно на всех уровнях. Любая точка на уровне (в горизонтальном сечении), выражающая темпы преобразова 62 ния, может содержать векторы различных направлений. При этом процесс изменений проходит следующие стадии: определение исходных требований, разработка технических решений, проверка и определение конечного результата в точке приложения инновационного решения. Рассмотрим подробнее совершенствование каждого уровня открытой геотехнологии.
В горном производстве, как и в других отраслях промышленности, безотходной технологии нет. Любое производство материальных благ имеет своей целью приспособить полученный продукт к потребностям человека или потребностям других отраслей промышленности. По мере увеличения объемов добычи полезных ископаемых будут увеличиваться объемы вскрышных пород, некондиционного полезного ископаемого. В связи с этим расширение знаний о полезных свойствах всей горной массы и количестве продуктов, которые могут быть созданы на их основе, должно стать одним из основных направлений изменения уровня 1.
Изменение технической оснащенности предприятий должно рассматриваться прежде всего с точки зрения комплектности и комплексности внедрения новой техники. В настоящее время на горнодобывающих предприятиях наблюдается снижение темпов роста производительности труда, фондоотдачи, вызванное тем, что, с одной стороны, параметры используемой техники исчерпали себя, а с другой - образовалась неравномерность технической оснащенности производства. Подобное положение приводит к тому, что дорогостоящее оборудование используется не по своему назначению. Использование техники, в том числе и новой, должно осуществляться в соответствии с «фигурой» потребителя, то есть в соответствии с теми горнотехническими условиями, для которых она предназначалась. Вследствие этого одним из направлений уровня 2 должна стать индивидуализация серийного производства оборудования для горнодобывающей промышленности. На первый взгляд, индивидуализация массового производства должна снижать его эффективность. Однако с народнохозяйственных позиций ориентация на индивидуального потребителя может дать большой экономический эффект. Во-первых, устраняются «избыточные» параметры техники, которые в большинстве ее видов приводятся в соответствие с запросами потребителей и к горнотехническим условиям эксплуатации. Во-вторых, максимальное приспособление новой техники к условиям ее эксплуатации повышает эффективность горнодобывающего предприятия. В-третьих, устраняется необходимость всякого рода дорогой «подгонки» приобретенной техники к условиям ее функционирования.
Горнотранспортное оборудование, являясь определяющим фактором экономического развития производства, само по себе не может обеспечить ускоренного роста производительности труда, ибо эффективность производства зависит не только от уровня прогрессивности применяемой техники, но и от уровня организации труда на горнодобывающих предприятиях. Научно-технический прогресс обогащает, усложняет и развивает технологические процессы и приводит к созданию новой техники. В этих условиях возрастает роль непрерывного развития и изменения организации труда, главной целью которой является обеспечение высоких темпов развития производства и роста производительности труда на основе дальнейшего использования инновационных решений. В соответствии с указанными задачами главными направлениями являются разработка научно-технических прогнозов развития горнодобывающих предприятий; технико-экономическое обоснование использования изобретений, новых технологий, средств механизации и автоматизации; обеспечение всесторонней информацией о достижениях отрасли в области создания новой техники и новых технологических процессов, систем разработки; совершенствование систем проектирования и планирования; систематический анализ технико-экономического уровня горного производства, использования природных ресурсов и выпускаемой продукции; повышение квалификации рабочих, руководящих работников и специалистов.
Автоматизированная система управления производством (АСУП) предусматривает использование объединениями предприятий вычислительных центров, обеспечивающих не только накопление и анализ ТЭП, но и возможность их планирования и выявления резервов производства. Каждый уровень (/, 2, 3) можно представить в виде профиля (графика) изменения его состояния (изменения ТЭП). При этом под состоянием уровня понимается его соответствие для выполнения или возможность выполнения производственных функций в течение определенного периода времени. Состояние уровня в горнодобывающей промышленности может характеризоваться различными показателями (единицами измерения физических объемов выполняемых работ, качества продукции, производительностью труда и др.).
Состояние уровня может быть работоспособным и неработоспособным. Под неработоспособным понимается такое состояние, когда оно не соответствует или не может выполнять производственные функции из-за нарушения безопасных, горнотехнических или социальных условий, например, снижение качества полезного ископаемого из-за нарушения технологии, заводской брак или нарушение ПТБ и ПТЭ, неквалифицированность рабочих, ИТР. Если в двухмерной системе координат по оси абсцисс отложить период функционирования уровня (Ту), а по оси ординат его состояние (Кс), то график Kc=f(Ty) на рис. 2.1, в будет отражать состояние уровня в различные периоды времени. При этом необходимо заметить, что график Kc=f (Ту) - это состояние уровня без мероприятий по совершенствованию или восстановлению его соответствия для выполнения производственных функций.
Функционирование и эффективность горных предприятий в новых экономических условиях
Вторым этапом является анализ стабильности изменения зольности и объемов. Численные значения зольности и объемов угля так же, как и другие показатели, существенно колеблются около своих средних значений. Эти колебания представляют собой случайный процесс.
На рис. 2.7 в качестве примера представлены графики колебаний годовой, квартальной и месячной зольности угля группы К10, из которых видно, что каждому графику соответствуют различные амплитуда и частота колебаний. Совокупность значений показателей зольности, объема выемки угля, следующих друг за другом в хронологическом порядке, образуют случайную функцию времени. Для построения функции К (г) на ЭВМ были обработаны данные добычи угля за смену, месяц и т.д. Зависимость г от г описывается показательной функцией вида г = А ехр (-Ьх). Как видно из приведенных графиков на рис. 2.7, колебания зольности угля могут быть выше и ниже среднего значения. В связи с этим при планировании зольности и объемов добычи угля по пластам и маркам необходимо знать величину отклонения показателя от заданного уровня. Для этой цели можно использовать зависимость (2.8), по которой с учетом периода колебаний можно вычислить дисперсию отклонений. Результаты обработки данных оперативного учета для разреза АО «Междуречье» и расчетов по формуле (2.8) представлены в табл. 2.17 и 2.18, анализ которых свидетельствует о том, что периоды колебаний зольности угля по маркам составляют от 7 до 13 смен, по пластам - от 4 до 13 смен. Колебание объемов вынимаемого угля при этом составляет по маркам от 7 до 12 смен, по пластам - от 4 до 11 смен. Если обратиться к графическим изображениям колебаний случайных функций, то нетрудно заметить полигармоничность, то есть наличие колебаний зольности и объемов угля, которые имеют различные периоды, или, что равнозначно, частоты (рис. 2.8). Математическим выражением полигармоничности случайной функции является спектральная плотность S (со) - формула (2.9). По формуле (2.9) вычисляется S(co) и строится ее график. Анализ графиков на рис. 2.8 свидетельствует о том, что: при увеличении коэффициента ат скорость изменения ординат корреляционной функции увеличивается. Это значит, что в течение анализируемого периода стабильной работы добычных участков причины, из-за которых колеблются зольность и объемы угля по маркам и пластам, носят различный характер; при увеличении коэффициента От кривизна функции S(co) уменьшается, и в весьма широкой области значений со можно считать спектральную плотность постоянной. Как видно из графиков, очень высокие частоты не могут оказывать воздействия на реальные динамические системы. Поэтому функцию, имеющую достаточно большой параметр От, можно считать обладающей постоянной спектральной плотностью, а работа оборудования или технологический процесс будут иметь при этом малый период стабильной работы; причины нестабильности показателей будут носить постоянный характер, то есть в нашем случае колебания зольности будут зависимы только от строения пласта - наличия породных прослойков, их количества, мощности и протяженности по простиранию пласта; с увеличением периода стабильности качества угля функция S(co) увеличивается и для условий разреза АО «Междуречье» при т 7-10 смен S (со) — — max, а это свидетельствует о том, что причины колебаний Ad угля не связаны со строением пласта, а прежде всего зависят от качества зачистки, оконтурива-ния, вместимости ковша экскаватора и др.
С целью количественной оценки влияния каждого фактора и его удельного веса на колебания Ad и V приводится анализ изменения Ad и V угля группы К10, для которой наибольшее значение т составляло 10 смен для зольности или 3,3 суток и 12 смен - для объемов угля или 4 суток. Колебания изменения Ad и V в течение смены оцениваются среднеквадратическим отклонением, равным для 4 и V соответственно 3,47% и 1,09 тыс. м (табл. 2.19). Для дальнейшего анализа условимся, что к коротким периодам будем относить колебания за 1 сутки, к средним - за 2 суток, а все остальные - к длин-нопериодным.
Для группы угля К10 соответственно для сменных значений зольности и добываемых объемов на долю короткопериодных колебаний приходится 70,6 и 70,5% их влияние в общей дисперсии составляет 60,0 и 34,4%.
По аналогии были рассчитаны степень участия и влияние факторов на сменные колебания Ad и V по всем маркам угля, добываемого на разрезе АО «Междуречье». В числителе - доля тех или иных колебаний, в знаменателе -влияние в общей дисперсии (табл. 2.20).
Анализируя данные табл. 2.20, можно отметить, что хотя короткопериод-ные колебания Ad и V составляют 44,7-76,7%, их суммарная доля для различных марок угля различна. Так, для зольности марок К2 и групп К10, ТОЮ она составляет 37,3-60%. Это свидетельствует о переменном количестве породных прослойков, их мощности, а также способе выемки (валовом или селективном). На среднепериодные отклонения приходится 13,4-29%, а их вес в общей дисперсии 10,2-37,1%. Здесь проявляется тенденция, состоящая в том, что длинно-периодные отклонения (низкочастотная зона спектра) составляют основную долю в общей дисперсии (кроме марки К2 и групп К10 и ТОЮ). Длиннопериод-ные колебания зольности и объемов угля, по всей вероятности, не вызваны случайными факторами, а связаны с целенаправленными мероприятиями (вскрытие и подготовка пластов к выемке).
Изучение закономерностей формирования рабочей зоны на железорудных карьерах
Для оценки влияния организации работ на уровень потерь и засорения угля были проанализированы показатели работы разреза АО «Междуречье» по декадам. При этом для характеристики декад были выбраны следующие дни месяцев: 1, 2, 3, 14, 15, 16, 29, 30, 31 (28, 29, 30), как наиболее представительные дни, характеризующие начало, середину и конец работы в течение каждого из двенадцати месяцев [143].
В результате обработки данных работы разреза было выявлено, что в первую декаду 42,1% частости относится к суточным объемам добычи угля, равным 3,85 тыс. т. Во вторую декаду 40,2% частости относится к объемам добычи, равным 9,55 тыс. т, и в третью декаду - 30,4% к объемам, равным 15,25 тыс. т. При этом средневзвешенная (суточная) величина добычи угля в первую декаду составляла 9,1 тыс. т, во вторую 13,06 и в третью 16,84 тыс. т.
При выемке вскрышных пород в первую декаду 33,7% частости распределения объемов, во вторую - 32 и в третью - 36,2% соответствуют объемам, равным 26,8 тыс. м3. При этом средневзвешенный суточный объем вскрышных работ за первую декаду составил 29,1 тыс. м3, за вторую 29,84 тыс. м3 и за третью - 26,04 тыс. м3. Выполненный анализ свидетельствует о том, что в первую декаду объемы добычи угля минимальные и только во вторую и третью декады наблюдается их увеличение. Объемы вскрышных работ практически остаются постоянными в течение первых двух декад, и только в третью декаду заметно их уменьшение. Анализируя распределение количества добычных забоев по декадам, можно отметить, что в первой декаде наибольшая частость распределения (83%) соответствует двум забоям, во второй декаде (94,2%) - трем и в третью декаду (89,9%) - четырем забоям. Средневзвешенное количество добычных забоев в первую декаду составило 1,7, во вторую - 2,2 и в третью - 2,7. По вскрышным работам при транспортировании пород автосамосвалами наибольшая частость (26,6%) соответствует пяти забоям в первой декаде, во второй (27,2) - также пяти и в третьей (24,8%) - шести забоям, а средневзвешенное количество забоев, соответственно, составило 5,6; 5,4 и 5,0. При перевозке вскрышных пород железнодорожным транспортом в первой декаде 25,8% частости соответствует шести забоям, во второй (32,0%) - семи забоям и в третьей (35,1%) - семи забоям. Средневзвешенное количество забоев при этом составило 6,7; 6,8 и 7,1, соответственно.
Проведенный анализ распределения объемов добычных и вскрышных работ, а также количества забоев по декадам, позволяет сделать вывод о неравномерности ведения добычных работ. Коэффициент равномерности для добычных работ в течение анализируемого периода изменялся от 0,075 до 0,55, вскрышных - от 0,08 до 0,42.
Анализ влияния потерь и засорения угля на ТЭП позволил отметить, что уменьшение потерь угля может иметь двойное влияние на себестоимость его выемки: с одной стороны, затраты возрастают вследствие более тщательной выемки пластов в почве, кровле, с другой - затраты уменьшаются благодаря получению дополнительного объема угля. Кроме того, на разрезах с обогатительными установками (например, разрез АО «Междуречье») увеличиваются затраты на обогащение угля повышенной зольности, добытого на контакте кровли, почвы и из треугольников непрочерпывания, потери из которых являются нормированными. Из построенных по материалам анализа графиков видно, что с увеличением потерь, засорения и зольности себестоимость добычи снижается [143]. При изменении зольности на 0,4% себестоимость добычи угля уменьшается на 0,72 коп., при увеличении потерь угля на 1,6% себестоимость уменьшается на 0,405 коп., а при увеличении засорения угля породой на 1,4% себестоимость уменьшается на 0,615 коп. на каждую тонну добываемого угля.
Добыча полезных ископаемых сопровождается изменением первоначального состояния природной геологической системы, преобразованием не только минеральных, но и биологических и энергетических ресурсов этой системы.
При разработке полезных ископаемых нарушается почвенный и растительный покров, гидрогеологический режим, загрязняется атмосфера, создаются новые техногенные ландшафты. Площадь отчуждаемых земель постоянно увеличивается, так как содержание полезных компонентов в рудах уменьшается, и выемка их осуществляется на больших глубинах [82-84].
Основными отрицательными факторами для экологии являются большая глубина и параметры карьеров, занятие больших площадей земли под отвалы вскрышных пород и складов забалансовых и некондиционных руд, а также хвостохранилищ. В среднем площади нарушенных земель только в медной промышленности составляют более 60 тыс. га, что соответствует 60% земельных отводов предприятий (из них карьерами нарушено 13, отвалами - 32, хвос-тохранилищами - 37 и прочими объектами - 18%).
В результате появления карьеров большой глубины увеличивается количество рабочих мест (забой, перегрузочный пункт, отвал), интенсивность и объемы взрывания, расход ГСМ транспортных средств, притоки рудничных вод. Образование отвалов емкостью 100-150 млн м и размещение в них токсичных пород создает условия для проявления более интенсивной ветровой эрозии и приводит к значительному запылению прилегающих территорий. Кроме того, подотвальные воды, представляющие растворы токсичных элементов, делают бесплодными сельскохозяйственные уголья на землях, граничащих с отвалами. Так, по исследованиям института «Унипромедь», в глубоком карьере средней производительности за год образуется 7500 т пыли и 800 тыс. м3 условного оксида углерода.
