Введение к работе
Актуальность работы. Крупным перспективным научным направлением в области разработки месторождений твердых полезных ископаемых является управление развитием горных работ. Это направление включает знания о способах управления развитием горных работ, модели и методы проектирования и обоснования порядка развития горных работ во времени и пространстве. В области открытой разработай месторождений полезных ископаемых научный потенциал данного направления имеет особенное значение при проектировании и перспективном планировании горных работ на глубоких карьерах, которыми в настоящее время в России добывается более 90% железных руд, не менее 35% руд цветных металлов, около 8% угля, около 70% асбестовых и фосфатных руд. Как показали результаты системного анализа проблемы глубоких карьеров, задачи обоснования порядка отработки месторождения, интенсивности и концентрации горных работ, решаемые в рамках данного направления, оставались актуальными на протяжении всего периода существования проблемы. '>га задачи периодически конкретизировались и решались по мере накопления новых знаний об освоении недр.
Создание научных основ комплексного освоения недр существенно расширило представления о процессе разработки месторождения, включив в рассмотрение все многообразие природных и техногенных ресурсов. Возникли новые задачи, связанные с оптимизацией стратегии комплексного освоения недр. При этом управление развитием горных работ обогатилось представлениями о порядке разработки месторождений участками с различной интенсивностью, с сочетанием различных способов разработки, техники и технологий, а также с целенаправленным формированием и использованием выработанного карьерного пространства в качестве техногенного ресурса. Все это требует развития методов оценки и оптимизации порядка освоения месторождений.
Кроме того, переход к рыночным экономическим отношениям в России поставил горные предприятия в зависимость от мировой конъюнктуры рынков минерального сырья, которая характеризуется в последнее десятилетие возрастающей изменчивостью. Изменились цели отечественных горных предприятий. Первостепенное значение приобрели вопросы обеспечения жизнеспособности, которая зависит от принятой стратегии развития горных предприятий и, следовательно, от выбранного порядка развития горных работ.
Накопленные знания в области освоения недр и изменения экономических отношений нашли отражение при определении проблем и приоритетных направлений исследований в области горных наук на
ближайшую перспективу*, среди которых особое значение имеет разработка научных основ развития современных и перспективных глубоких карьеров, обеспечение их конкурентоспособности в условиях проведения экономических реформ, научное обоснование параметров рабочих зон и степени концентрации горных работ, целенаправленного формирования выработанного пространства и использования его для внутреннего отвалообразования.
Все это обусловливает актуальность развития методов оценки и оптимизации порядка освоения месторождения, развития горных рабаг, особенно применительно к мощным глубоким карьерам, которые являются наиболее сложными объектами открытой разработки месторождений.
В основу диссертации положены результаты, полученные лично автором в 1986-1997 гг. при выполнении исследований в качестве ответственного исполнителя или научного руководителя разделов тем в соответствии с планами ИПКОН РАН, двух проектов ГНТП Р "Экогорметкомплекс будущего": "Разработка и внедрение ресурсосберегающих малоотходных технологических процессов и технических средств добычи рудного сырья в сложных горно-геологических условиях глубоких карьеров" и "Разработка новых технологических решений для развития открытого способа добычи в условиях ресурсных, экономических н экологических ограничений", а также Гранта РФФИ "Разработка методов оптимизации и оценки жизнеспособности стратегий освоения месторождений полезных ископаемых"(К 96-05-65190).
Целью работы является разработка методов оценки и оптимизации порядка развития горных работ на глубоких карьерах в условиях изменчивости цен на минеральное сырье и производственные ресурсы.
Основная идея работы заключается в использовании возможностей управления развитием горных работ для обеспечения жизнеспособности горного предприятия.
Методы исследований: системный анализ и обобщение результатов исследований в областях оценки и регулирования режима горных работ, обоснования направления углубки карьера, оценки эффективности инвестиций, риск-анализа горных проектов; горно-геометрический анализ карьерных полей; экономико-математическое моделирование с использованием современных программных продуктов; статистический анализ временных рядов изменения цен и затрат, технико-экономические расчеты для обоснования технологических решений.
* Приоритетные направления научных исследований в области геологических, геохимических, геофизических и горных наук по изучению, освоению и сбережению кедр России / ВАЖариков, Ю.ГЛеонов, Ю.Г.Сафонов и др.; под ред. ВАЖарикова. - М.: ИПКОН РАН, 1996. - 213 с.
Основные научные положения, представленные к защите:
1. Определение технологического содержания понятия "глубокий
карьер", в соответствии с которым глубоким следует считать карьер,
у которого рост объемов горных работ невозможно предотвратить за
счет изменения и перераспределения объемов вскрыши в проектных
контурах па всех этапах развития карьера, за исключением этапа до
работки, когда начинается планомерное выбытие производственной
мощности. Предотвращение роста объемов горных работ на глубоких
карьерах возможно до момента достижения критической глубины.
Зависимости критической глубины карьера от среднего коэффициента вскрыши, темпа углубки горных работ, углов откосов рабочих п перабочих бортов.
2. Методы оценки функциональных характеристик системы-
карьер, таких, как инерционность, гибкость или жесткость, позволяю
щие определить области допустимых изменений технологических
параметров карьеров в зависимости от глубины разработки.
Зависимости инерционности изменения параметров рабочей зоны от текущей глубины карьера и опережения вскрышных работ.
-
Методы оценки и оптимизации порядка развития горных работ на глубоких карьерах в условиях нестабильности экономических показателей и конъюнктуры сырьевых рынков с учетом возможности преждевременного закрытия предприятия. Методы основаны на количественном сопоставлении двух составляющих основной цели развития предприятия в условиях рынка: получение максимальных прибылей в начальные периоды работы и обеспечение жизнеспособности в течение расчетного срока существования предприятия. Они позволяют обосновать оптимальный порядок развития горных работ, который предусматривает извлечение заранее определенных дополнительных объемов вскрыши для поддержания жизнеспособности предприятия в будущем.
-
Закономерности, характеризующие влияние жизнеспособности горных проектов на эффективность разработки месторождений:
чем ниже ценность полезных ископаемых и больше глубина карьера, тем важнее обеспечение жизнеспособности горного проекта для достижения максимальной эффективности отработки месторождения (это особенно важно для карьеров глубиной более 200 м и месторождений с невысокой ценностью полезных ископаемых, например, бедных железных и медных руд);
при низкой и при чрезмерно высокой неопределенности будущих экономических показателей (темпы роста коэффициентов вариации стоимости сырья, текущих и капитальных затрат менее 0,5 % в год
или более 2,5 % в год соответственно) жертвовать прибылями в начальные периоды работы горного предприятия для увеличения его жизнеспособности в будущем экономически неоправданно. Однако, как правило, неопределенность характеризуется значениями темпа роста коэффициентов вариации в пределах 0.7-25% в год и оказывает существенное влияние на выбор режима горных работ.
-
Классификация схем развития горных работ в карьерном поле, основанная на признаках, характеризующих порядок проведения горно-подготовительных работ (глубина подготовки карьерного поля, число участков горно-подготовительных, работ и их взаимное расположение) и позволяющая обобщить предложенные в последнее время варианты порядка отработки месторождений, в том числе с формированием и использованием выработанного пространства.
-
Зависимости, характеризующие влияние глубины подготовки карьерного поля при формировании пионерного карьера на эффективность порядка отработки месторождений с учетом жизнеспособности горных предприятий в схемах развития горных работ с использованием выработанного пространства.
Достоверность. Научные положения и выводы обоснованы :
применением широко апробированных в проектной практике методов горно-геометрического анализа карьерных полей;
преемственностью разработанных методов и критериев оценки эффективности технологических решений соответствующим методам и критериям, длительное время применяемым в мировой практике;
сопоставлением результатов расчетов на основе отечественных и мировых цеп на минеральное сырье и производственные ресурсы;
оценкой установленных зависимостей с ошибкой не более 10-15% при доверительной вероятности 95%.
Научная новизна. В общем виде научная новизна работы заключается в развитии методов оценки и оптимизации порядка отработки глубо-козалегающих месторождений, в том числе нетрадиционных вариантов развития горных работ с формированием и использованием в процессе разработки карьерного выработанного пространства, в условиях неопределенности будущих экономических показателей. И, в частности:
впервые определено технологическое содержание понятия "глубокий карьер" на основе соизмерения тенденций изменения объемов горной массы и горнотехнических условий при разработке глубо-козалегающих месторождений; установлено, что в зависимости от уровня развития техники открытых горных работ проектная глубина карьера, после которой он считается глубоким, возрастает и в настоящее время составляет 200 м;
впервые количественно исследована ішерцпошіость системы-карьер применительно к возможным изменениям его технологических параметров, характеризующих порядок развития горных работ (ширила рабочих площадок, высота уступов, направление углубкн);
впервые предложено рассчитывать экономические критерии динамической оценки эффективности горных проектов не за расчетный срок реализации проекта, а в пределах вероятного срока его реализации, который, являясь внутренней характеристикой проекта в условиях неопределенности экономических показателей, количественно характеризует жизнеспособность проекта;
в отличие от распространенных статических методов риск-анализа, основанпых на представлении исходных данных проекта в виде случайных величин и моделировании распределений вероятностей критериев эффективности, разработанные методы оценки жизнеспособности являются динамическими, так как учитывают изменения уровней неопределенности денежных потоков во времени в процессе реализации горного проекта;
впервые установлено, что стратегии разработки месторождений, основанные на принципе увеличения стоимости капитала во времени и поэтому предполагающие максимально возможное перенесение объемов горных работ и, соответственно, затрат па будущие периоды работы карьера, экономически оправданны только при очень низкой или чрезмерно высокой неопределенности экономической ситуации в будущем; при умеренной неопределенности будущих экономических показателей целесообразно выполнение дополнительных объемов горных работ в начальные периоды для предотвращения будущих экономических трудностей горного предприятия.
Практическая ценность работы заключается в применении созданных динамических методов для экономической оценки эффективности горных проектов и технолопіческих решений. Разработанные методы обеспечивают.
использование принятой в России системы налогообложения для расчета денежных потоков, являющихся динамической основой для применения методов DCF-анализа проектов;
прогнозирование уровня неопределенности будущих цен на минеральное сырье и производственные ресурсы; использование широко опробованных в мировой практике критериев экономической оценки эффективности: чистого дисконтированного дохода (NPV) и внутренней ставки дохода (IRR);
возможность учета жизнеспособности проекта за счет определения критериев эффективности в пределах вероятного срока его реализации.
Важное практическое значение имеют также предельные и оптимальные оценки основных параметров пионерных карьеров в перспективных схемах развития горных работ с формированием и использованием выработанного пространства.
Реализация результатов работы. Основные положения работы использованы при обосновании новых технологий с внутренним отвалоо-бразованием на глубоких карьерах в проекте "Разработка и внедрение ресурсосберегающих малоотходных технологических процессов и технических средств добычи рудного сырья в сложных горно-геологических условиях глубоких карьеров" ГНТП Р "Экогорметкомплекс будущего".
Разработанные методы оценки эффективности использованы для обоснования сроков закрытия нерентабельных угольных предприятий при выполнении хоздоговорной темы с компанией "Росуголь" "Комплексное изучение, промышленная оценка и прогноз ожидаемых последствий разработки угольных месторождений России", для оценки эффективности применения новой техники па примере комбайнов послойного фрезерования типа "WIRTGEN".
Рекомендации и результаты оценки эффективности учтены институтом Гипроруда при обосновании порядка развития горных работ на Костомукшском месторождении.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались на научных семинарах Лаборатории теории открытой разработки месторождений при комплексном освоении недр, заседаниях Ученого совета ИПКОН РАН (1991, 1996 гг.), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы разработки глубоких карьеров и пути их решения" (г. Кривой рог, 1987 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности капитальных, вложений па глубоких карьерах" (г. Свердловск, 1987), Всесоюзной научно-технической конференции "Технология и техника открытых горных разработок при извлечении полезных ископаемых" (г. Москва, 1988 г.), Научных чтениях, посвященных 90-летию со дня рождения проф. ЕФ.Шешко (г. Москва, 1991 г.), заседаниях горной секции Научного совета по ГН'Ш Р "Экогорметкомплекс будущего" (г. Москва, 1996,1997 гг.)
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 20 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использоваїшой литературы из 128 наименований, приложения, изложена на 339 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц и 100 рисунков.
