Формирования стратегии устойчивого развития горнотехнических систем угольных шахт
На правах рукописи
АГАФОНОВ ВАЛЕРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
УДК 622.272(043)
РАЗРАБОТКА НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТРАТЕГИИ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
Специальность 25.00.21 «Теоретические основы проектирования горнотехнических систем»
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Москва 2008
Работа выполнена в Московском государственном горном университете
Научный консультант,
доктор технических наук,
профессор Малкин Анатолий Степанович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук,
профессор Ломоносов Геральд Георгиевич
доктор технических наук,
профессор Ковальчук Александр Борисович
доктор технических наук,
профессор Фрянов Виктор Николаевич
Ведущая организация ОАО ПНИУИ (г.Новомосковск, Тульской области)
Защита диссертации состоится «….» …………….. 2009г. в______ час. на заседании диссертационного совета Д - 212. 128. 03 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.
Автореферат разослан « » 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор технических наук, профессор Савич Игорь Николаевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. B последние десять лет состояние шахтного фонда России и научные задачи изменились кардинально.
Обострилось технологическое и социально - экономическое состояние шахт, полностью нарушилась экономика угольной отрасли в целом. Государство не нашло другого приемлемого для угольной промышленности решения, как объявить реструктуризацию предприятий, что в основном «выродилось» в процедуру закрытия шахт.
Массовое закрытие шахт вызвало необходимость решения новых нетрадиционных научных, проектных и производственных задач.
И здесь прежде всего возникла проблема объективной всесторонней оценки шахтного фонда, разработки процедуры выбора основных стратегических направлений развития технологических систем угольных шахт и обновления шахтного фонда с учетом промышленной и экологической безопасности.
Одновременно стало актуально и необходимо обеспечение повышения конкурентоспособности технологических систем шахт стабильно работающих и перспективных, что потребовало разработки процедуры выбора резервов нагружения производственной мощности угольных шахт.
Актуальность работы предопределяется недостаточным объемом общеметодологических основ, проверенных типовых технологических и организационных решений сопутствующих задач, необходимостью обоснования и разработки структурно-технологических решений, позволяющих повысить прогрессивность и экономичность ведения подземных горных работ, а также обеспечить должную конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность горнодобывающих предприятий в условиях рыночной экономики.
В современный период развития шахтного фонда угольных компаний России следует вести поиск самых эффективных решений для поддержания достигнутого уровня перспективных шахт, использования всех природных и созданных ресурсов, необходимо реально и более полно осваивать созданный объем подземного пространства, повышать полноту выемки угольных запасов за счет извлечения целиков различного функционального назначения, переходить на более прогрессивные порядки отработки шахтных полей.
Необходимо провести исследования, позволяющие прослеживать в динамике технологические, экономические и экологические предпосылки снижения эффективности работы шахт, превращения их в убыточные.
Таким образом, исследования, связанные с созданием научно-методического обеспечения выбора стратегических направлений развития шахтного фонда угольных компаний, технологических систем угольных шахт являются актуальными.
В ходе исследований стало необходимым решение важных научно-методических и организационных задач, таких как
- обобщение и анализ технологического и социально-экономического состояния шахтного фонда угольных компаний России и обоснование принципов совершенствования технологических систем угольных шахт в условиях рыночной экономики;
- выявление и изучение основных природных, технологических, социально-экономических и политических факторов реформирования шахтного фонда с анализом технологических, экономических, социальных и экологических целей реструктуризации;
- обоснование на базе методов комплексной квалиметрии и теории принятия сложных решений концепции формирования технологических и организационных механизмов обеспечения эффективного функционирования технологических систем угольных шахт с повышением уровней прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ;
- разработка научно-методического обеспечения исследований и оценки структурного, производственно-технологического и экономического ресурсного потенциалов угольных шахт и реализации стратегии их развития;
- разработка методики интегральной оценки и ранжирования технологических систем угольных шахт со строгим группированием их по стратегическим направлениям поэтапного развития в условиях рыночной экономики;
- обоснование в рамках разработки и апробации методики интегральной оценки комплексов частных показателей-критериев природных, технологических, социальных условий работы шахт; производственной и экономической эффективности результатов работы, технического уровня технологических схем и отдельных подсистем, технической оснащенности технологии, степени вредности экологически негативных последствий действующих и закрываемых шахт;
- осуществление интегральной оценки действующих и закрываемых шахт (более 90 единиц), результаты которой позволяют подтвердить как справедливость закрытия многих шахт Уральского, Дальневосточного, Восточнодонбасского, Подмосковного, Кузбасского, Печорского и др. регионов, так и ошибочность отнесения к закрываемым некоторых из них;
- разработка на базе методов теории игр метода расчета и оптимизации производственной мощности шахты в условиях неопределенности горно-геологической информации и принятия решений при риске, учитывающем возможность выявления величины нагружения технологических схем угольных шахт, имеющих резервы в пропускных способностях по транспорту-подъему и вентиляции;
- обоснование в качестве перспективных технологических решений и эффективных резервов по повышению уровней прогрессивности и экономичности подземных горных работ технологических схем отработки запасов шахтного поля обратным ходом, технологических схем в области вскрытия шахтных полей и новых горизонтов, позволяющих увеличивать срок их службы и уменьшать сроки строительства, технологических схем оставления и последующего извлечения охранных и предохранительных целиков, технологических схем использования подземного пространства шахт для размещения отходов производства и устранения экологически негативных последствий, учитывающих основные концептуальные положения комплексного освоения недр и позволяющих поддерживать конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность горнодобывающих предприятий на соответствующем уровне, долевое участие угля в топливно-энергетическом балансе России, объективно обеспеченное запасами имеющихся и приобретаемых технологических и экономических ресурсных потенциалов.
Цель исследований: выявление закономерностей развития технологических систем угольных шахт для обоснования перспективных решений по повышению уровней прогрессивности и экономичности подземных горных работ, обеспечивающих конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность горнодобывающих предприятий.
Основная идея работы заключается в реализации комплексного подхода к формированию информационно-методической базы обоснования стратегических направлений поэтапного развития технологических систем угольных шахт.
Методы исследований: в работе использован комплекс методов, включающий научное обобщение, анализ передового опыта и результатов ранее выполненных исследований, методы квалиметрии и теории принятия сложных решений, теории полезности, теории игр, экономико-математическое и имитационное моделирование, метод вариантов и многокритериальной оптимизации, математические методы обработки статистических данных и аналитические исследования.
Научные положения, разработанные лично соискателем:
1. Основу методологического и научно-методического обеспечения формирования стратегии устойчивого развития технологических систем угольных шахт в сложившихся экономических и геополитических условиях должны составлять система технолого-организационных мер, предусматривающих учет объективных закономерностей морального и физического старения элементов технологии, и поэтапный подход к инвестированию и обновлению шахт.
2. Повышение уровней прогрессивности и экономичности производственной структуры технологических систем угольных шахт может быть обеспечено за счет их объективной оценки, причем теоретической основой принятия решений должны служить методы квалиметрической интегральной оценки, позволяющие объективно ранжировать шахты по технологичности условий разработки, эффективности результатов работы, техническому уровню технологических систем и отдельных подсистем, технической оснащенности технологии, экологического состояния с последующим группированием по стратегическим направлениям поэтапного развития.
3. Общая стратегия решения проблемы системной оценки структурного, производственно-технологического, экономического и социального ресурсного потенциалов технологических систем угольных шахт реализуется путем создания единой оценочной системы, обоснования и учета комплексов частных оценочных показателей-критериев, разработки научно-методической базы расчетов интегрального критерия принятия решений по оценке параметров и конструкций технологических систем угольных шахт, синтезирующей в себе как уже известные положительные аспекты анализа и оценки, так и ряд новых технико-экономических элементов.
4. Одним из эффективных направлений снижения издержек производства и повышения эффективности использования имеющихся производственных, экономических и людских ресурсных потенциалов в условиях перманентного выбывания убыточных шахт является восполнение потери добычи путем соответствующего нагружения технологических систем шахт, имеющих резервы в пропускных способностях по транспорту-подъему и вентиляции, причем пределы такого нагружения зависят от большого количества горно-геологических, технологических и экономических факторов, учет которых обеспечивается путем применения разработанного метода расчета производственной мощности шахты в условиях неопределенности информации и принятия решений при риске.
5. Результативность реализации технологических механизмов повышения эффективности функционирования технологических систем угольных шахт должна быть увязана с реализацией перспективных нетрадиционных решений, связанных с обратным порядком отработки шахтных полей и применением технологических решений в области вскрытия новых горизонтов, увеличивающих сроки службы и сокращающих сроки их строительства, с извлечением запасов из целиков различного функционального назначения, комплексным использованием технологического подземного пространства для размещения отходов производства, повышающих перспективы развития технологических систем угольных шахт и обеспечивающих длительную конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность горнодобывающих предприятий.
6. Систему организационного обеспечения эффективного функционирования и развития технологических систем угольных шахт предложено формировать на основе рационализации производственной структуры шахтного фонда (выделение групп шахт, ориентированных на закрытие и консервацию, реконструкцию, техническое перевооружение и модернизацию, поддержание мощности на достигнутом уровне), а также изменения структуры производственных мощностей при условии их четкой сбалансированности.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются :
- масштабностью объектов исследований и представительным анализом большого объема статистической информации, характеризующей динамику изменения состояния условий и результатов работы более девяноста действующих шахт угольных компаний в различных угледобывающих регионах России;
- корректностью постановки задачи и использования современных эффективных методов исследований (методы теории принятия сложных решений, теории полезности, теории игр, аналитических методов квалиметрии и математического моделирования) при обосновании стратегических направлений поэтапного развития технологических систем угольных шахт в условиях рыночной экономики;
- положительным опытом внедрения технологических и организационных решений по повышению эффективности функционирования технологических систем угольных шахт, убедительными результатами выполненных и реализованных проектов как по развитию действующих, так и по ликвидации закрываемых шахт; выводами и заключениями компетентных экспертиз и обсуждений по ключевым проблемам реформирования и развития шахтного фонда, по решению сложных задач технологии подземной добычи и потребления угля.
Научная новизна работы
- предложены научно-методические принципы формирования технологических и организационных механизмов обеспечения эффективного функционирования технологических систем угольных шахт в конкурентной среде, основанные на реализации стратегических направлений их поэтапного развития;
- предложен системный подход к обоснованию направлений развития технологических систем угольных шахт, базирующийся на учете имеющегося и приобретаемого технологического и экономического ресурсных потенциалов, при реализации которых обеспечивается повышение уровня прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ в соответствии с рыночными отношениями;
- разработана методика комплексного обоснования перспективных технологических решений повышения прогрессивности и экономичности ведения горных работ, реализации соответствующих решений на действующих и закрываемых шахт;
- предложен комплексный метод управления принятием решений на основе использования разработанного алгоритма сопоставления интегральных показателей, позволяющего по иерархическому признаку определять приоритеты вариантов развития технологических систем угольных шахт;
- обоснован комплекс показателей-критериев экологически вредных негативных последствий, установлена процедура ранжирования уровня вредности и опасности экологически негативных явлений на базе численных интегральных функционалов;
- предложена многофакторная аналитическая модель компенсации и восполнения потерь добычи угля от закрытия шахт соответствующим нагружением шахт, имеющих резервы по пропускным способностям транспорта-подъема и вентиляции;
- доказана сравнительная эффективность обратного порядка отработки шахтного поля, технологических схем вскрытия шахтных полей и новых горизонтов, позволяющих увеличить срок их службы и сократить сроки строительства, извлечения запасов угля, оставляемых в охранных и предохранительных целиках;
- разработана концепция использования технологического подземного пространства шахт для размещения шахтных отходов производства.
Научное значение работы заключается в развитии и совершенствовании научно-методической базы обеспечения эффективного функционирования технологических систем угольных шахт, реализация которой позволяет осуществлять научное обоснование стратегии их поэтапного развития с учетом имеющихся и приобретаемых технологического и экономического ресурсного потенциалов, закономерностей развития научно-технического прогресса в отрасли и обеспечивает повышение точности и надежности принимаемых решений, в совершенствовании теории и практики комплексного освоения недр.
Практическое значение работы заключается в разработке рекомендаций по реализации стратегии поэтапного развития технологических систем угольных шахт, направленной на повышение технико-экономической эффективности их функционирования, обеспечивающих прогрессивную, экономичную и сбалансированную структуру производственных мощностей шахтного фонда угольных компаний в условиях рыночной экономики.
Реализация работы.
В 1991-1999гг. были выполнены работы по оценке шахтного фонда в рамках научно-технической программы Комитета по углю Минтопэнерго России с целью выявления неперспективных убыточных шахт, подлежащих закрытию в продолжающейся реструктуризации угольной промышленности. В результате выявлено и рекомендовано к закрытию более 20 убыточных, неперспективных шахт.
Научные и практические результаты работы прошли проверку и использованы при разработке программ и планов перспективного развития горных работ в производственных объединениях по добыче антрацита «Донбассантрацит», «Ровенькиантрацит» и филиале СУЭК в г. Ленинск-Кузнецкий.
Результаты исследований автора широко используются в учебном процессе МГГУ при подготовке дипломированных специалистов по направлению 650600 «Горное дело».
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и получили одобрение на научных конференциях и симпозиумах, отечественных и зарубежных. В 1982-1987гг. ряд отчетов НИР докладывались на технических советах производственных объединений «Донбассантрацит», «Ровенькиантрацит», «Антрацит», основные фрагменты исследований содержались в докладах на семинарах и конференциях в ИГД им. А.А.Скочинского, Московском горном институте, на Коллегии Минуглепрома при рассмотрении итогов исследований по проблеме «Шахта будущего». В 1991г. принципы принятия сложных решений при развитии горных работ на шахтах докладывались на Международном Симпозиуме в Западном Берлине.
В 1995-2007гг. основные тезисные положения исследований докладывались на конференциях «День горняка» в Московском государственном горном университете, Межрегиональной научно-практической конференции «Системный подход к созданию высокоэффективных угледобывающих предприятий с использованием наукоемких технологий» в г. Киселевске, на совещании в угольно-минеральной корпорации VINAKOMIN (Вьетнам), на симпозиумах в Сан-Пауло (Бразилия), Стамбуле (Турция), Пекине (Китай), Гонконге (Китай).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 работы, в том числе 11 научных статей в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, содержит 87 таблиц, 87 рисунков, список литературы из 100 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Анализ технологического и социально-экономического развития шахтного фонда России
Проведен анализ природных условий подземной добычи угля. Так или иначе в различных бассейнах за счет тех или иных характеристик залегания или свойств угля, вмещающих пород формируются специфические условия разработки. Всесторонний анализ этих условий, практика ведения горных работ позволяют считать горно-геологические условия разработки на шахтах России в настоящее время как среднесложные, достаточно часто как весьма сложные. Не случайно, а закономерно, что среди закрытых в ходе реструктуризации более 200 шахт около 100 работали в условиях проявления 3-4 негативных факторов (крутое падение, малая или большая мощность, высокая газоносность, глубина, нарушенность и т.д.).
Детально проанализировано производственно-технологическое состояние шахтного фонда. По объемам угледобычи за последние годы Россия переместилась на 5 место в мире - больше угля добывается только в Китае, США, Индии и Австралии.
Основной объем добычи угля (95,5%) обеспечивается частными предприятиями, а доля добычи угля предприятиями государственного сектора (в которых сумма долей Федеральной собственности и субъекта Федерации составляет более 50%) всего лишь 4,5 %. Сегодня в угольной отрасли работает более 30 крупных угледобывающих компаний, доля которых в общей добыче угля составляет на данный момент 93%.
Износ основных фондов предприятий угольной отрасли составляет в среднем 60-65%, а по отдельным видам оборудования превышает 70-80%. В последние годы наметилась тенденция обновления горного оборудования, преимущественно в Кузбассе, за счет оснащения очистных забоев комплексами лучших мировых производителей - ДБТ (Германия), ДЖОЙ (Великобритания) и др.
Проанализировано влияние социально-экономических процессов на состояние отрасли. Моноотраслевая занятость населения горняцких городов и поселков Урала, Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока, Восточного Донбасса, Печорского бассейна и др., расположенных в сотнях километров от крупных индустриальных центров, сделала социальную проблему весьма сложной.
Ликвидация угольных шахт требовала создания в этих районах сотен, тысяч «непрофильных» рабочих мест, строительства жилья, развития новой инфраструктуры. Исследования, проведенные на шахтах Восточного Донбасса, показали, что 50-80% работников закрываемых шахт не могут получить работу на каких-либо предприятиях или в сфере услуг без содействия специальных структур по переподготовке безработных, по созданию рабочих мест.
Анализ важнейших научно-технических проблем (задач) подземной добычи угля показал, что более конкретно проявились нерешенные научно-технические проблемы, связанные с обеспечением интенсивности и концентрации горных работ, надежности технологии производственных процессов и горных машин, управления и оптимизации параметров технологических схем, с обеспечением метанобезопасности.
Вместе с тем ключевой проблемой, объединяющей целый комплект важных научно-технических задач, является создание финансовых, технологических, экологических и социальных условий для повышения и поддержания конкурентоспособности добычи и реализации угля на рынке топливных ресурсов.
Стало особо необходимым обеспечение простого и расширенного эффективного воспроизводства шахтного фонда путем планомерного, тщательно подготовленного закрытия убыточных, неперспективных шахт с одной стороны, а также путем проведения технического и технологического обновления перспективных действующих шахт, строительства новых высокоэффективных и производительных шахт с другой стороны.
Анализ теоретических предпосылок и практики структурной и технологической перестройки шахтного фонда показал, что среди основных факторов, приведших к необходимости столь масштабной реструктуризации (путем слабо подготовленного закрытия) угольной промышленности, особое место в теоретическом плане отводится игнорированию поэтапности обновления шахтного фонда, поэтапного подхода к проектированию параметров шахт, развития горных работ, технического перевооружения.
Исключение из практики управления угольной промышленностью концепции и принципов поэтапного развития шахтного фонда привело к забвению закономерностей совершенствования шахт, планирования финансовых средств на развитие. Как показало время, эти просчеты дорого обошлись экономике страны.
Таким образом, основной путь развития шахтного фонда угольных компаний страны - это путь периодического для отдельной шахты и непрерывного для шахтного фонда в целом обновления путем проведения капитальных мероприятий и работ. Особенно заметно меняет состояние шахтного фонда строительство новых шахт в соответствии с принципами поэтапного развития технологии, с использованием решений, в наибольшей степени отвечающих концепции поэтапности.
Анализ всего комплекса причин и факторов, приведших к необходимости реструктуризации угольной промышленности и в частности шахтного фонда, позволяет вскрыть масштабы и содержание реструктуризации, определить целесообразность, наметить и обосновать направления развития каждого предприятия и отрасли в целом.
Анализ горно-геологических, технологических, макроэкономических, межотраслевых, социально-экономических и нравственных условий показал, что непрерывное ухудшение горно-геологических (и климатических) условий разработки угольных месторождений, масштабное старение элементов технологии и техники, конкурентная борьба за инвестиции «собратьев» по топливно-энергетическому комплексу и замещение угля нефтью и газом, негативные для экономики и угольной отрасли, в особенности социально-политические процессы в обществе и государстве по существу породили и сформировали системный кризис в угольной промышленности.
В процессе реструктуризации чрезвычайную важность приобрела задача выделения конкретных шахт к закрытию. При решении этой задачи необходимо исходить из технологических, экономических и социальных целей реструктуризации.
Многосложная совокупность технологических, экономических, социальных и экологических факторов оказывает влияние на принятие решений по закрытию шахт в условиях соблюдения (или несоблюдения) глобальных требований, накладываемых перечисленными целями реструктуризации, приводит к двум неальтернативным подходам: структурной или (и) технологической перестройкам.
В практике закрытия шахт обозначился целый ряд ошибочных решений, проявились негативные последствия.
Обоснование варианта закрытия шахты не сопоставлялось с вариантами возможного оптимального развития технологической схемы. Сравнение производилось с вариантом сложившегося состояния шахты. Как правило, не сопоставлялись финансовые средства на закрытие и развитие шахты.
Практика выполнения ТЭО закрытия шахт свидетельствует о недостаточной объективности и определенности используемых показателей (в том числе показателей-критериев) для установления неперспективности и убыточности шахт.
Анализ ТЭО целого ряда закрытых и ликвидируемых шахт показал, что тщательно разработанных, технически обоснованных, экономически оптимизированных, календарно указанных процедур выполнения всех работ нет, каждый проект содержал в основном индивидуальный набор решений.
Оказалось, что осуществлять перечисленные процессы по эффективному обеспечению реформирования технологических систем шахт без новых научных разработок невозможно, поэтому программа реструктуризации и реального закрытия шахт, развития и обновления горнотехнических систем угольных шахт включает проведение научных исследований, направленных на разработку методических материалов и организационно-технических мер.
Используя фундаментальные труды основоположников горной науки проф. Бокия Б.И., акад. Шевякова Л.Д., акад. Скочинского А.А., акад. Терпигорева А.М., акад. Агошина М.И., акад. Мельникова Н.В., акад. Ржевского В.В., акад. Попова А.С., акад. Байконурова О.А., проф. Борисова Д.Ф., проф. Кузнецова К.К., целое поколение крупных ученых: проф. Бурчаков А.С., проф. Курносов А.М., проф. Квон С.С., проф. Рогов Е.И., проф. Капустин Н.Н., чл.-корр. РАН Пучков Л.А., проф. Устинов М.И., проф. Митейко А.И., проф. Иванов Н.И., проф. Астахов А.С., проф. Петренко Е.В., проф. Малкин А.С., проф. Харченко В.А., проф. Воробьев Б.М., проф. Еремеев В.М., проф. Килячков А.П. и др. работали над сложнейшими проблемами проектирования шахт, решая задачи оптимизации, теории принятия сложных решений.
Большую долю научных, проектных, производственных задач решали и продолжают решать акад. Трубецкой К.С., проф. Каплунов Д.Р. проф. Зайденварг В.Е., д.т.н. Саламатин А.Г., д.т.н. Диколенко Е.Я., проф. Малкин А.С., проф. Резниченко С.С., проф. Краснянский Г.А., проф. Харченко В.А., чл.-корр. РАН Пучков Л.А., чл.- корр. РАН Рубан А.В., проф. Ганицкий В.И., проф. Истомин В.В., проф. Казикаев Д.М., проф. Кузнецов Ю.Н., проф. Постников В.И., к.т.н. Балашов И.Б., д.э.н. Яновский А.Б., к.т.н. Носенко В.Д., проф. Сластунов С.В. и др.
Анализ основных направлений повышения конкурентоспособности шахт убеждает - на первый план выдвигаются меры по техническому довооружению и перевооружению перспективных шахт. В обстановке, когда внешняя рыночная конъюнктура обеспечивает высокую прибыльность зарубежных поставок нефти и газа, когда большая часть резко убыточных шахт уже закрыта, становится оправданным инвестировать лишь передовые шахты, ожидая скорую и весомую отдачу и возврат затрат. Выявление таких шахт, глубины технического оснащения их требует соответствующих объективных методик оценки и экспертизы шахтного фонда.
Разработка иаучно-методического обеспечения стратегии развития технологических систем угольных шахт и непрерывного обновления шахтного фонда угольных компаний
Планировочные решения технологических систем угольных шахт, в значительной мере определяющих технологию добычи угля подземным способом, в первую очередь нуждаются в теоретическом обосновании и разработке широкого комплекса мер по их соответствующей перестройке.
Оценка технологических систем при этом является непременным и обязательным элементом программ перспективного развития шахтного фонда угольных компаний на всех стадиях его существования, так как только в этом случае могут быть созданы необходимые условия для эффективной работы на планируемую перспективу.
Функциональный анализ теоретических и практических исследований в данной области показывает, что все методы оценки можно в настоящее время разделить на три основные группы:
а) методы, использование которых основано на применении в целях оценки отдельных единичных показателей технико-экономической эффективности функционирования технологических схем угольных шахт (себестоимость, фондоёмкость, удельная протяжённость поддерживаемых горных выработок, нагрузка на очистной забой и т.д.);
б) методы, использование которых основано на применении в целях оценки комплекса основных дифференцированных показателей технико-экономической эффективности, при этом используется и сопоставление индексных показателей друг с другом (приведенные затраты, чистый дисконтированный доход);
в) методы, использование которых основано на применении в целях оценки интегральных показателей (функционалов) технико-экономической эффективности, базой для формирования которых в этом случае служит учёт относительных оценок технико-экономических показателей от их эталонных значений или друг от друга.
Функциональный и комплексный анализ литературных источников, прямо или косвенно связанных с решением проблемы оценки эффективности функционирования технологических схем угольных шахт и технического уровня отдельных подсистем, приводят к выводу о наличии весьма существенных недостатков. Разработанные методики не полностью регламентируют задачи, аспекты и требования, предъявляемые к задаче оценки эффективности функционирования технологических схем угольных шахт, что приводит к технологической разобщенности процесса оценки, почти во всех случаях авторы высказывают приверженность и ориентируются на комплексный, системный анализ и оценку, в то же время, исключая небольшой ряд работ, ограничиваются рассмотрением отдельных подзадач.
Общая стратегия решения задачи оценки эффективности технологических систем действующих шахт должна, очевидно, предусматривать создание единой методологической базы, синтезирующей в себе как уже известные положительные аспекты анализа и оценки, так и ряд новых технико-экономических элементов и аспектов решения данной задачи.
В связи с этим системная интерпретация задачи оценки состояния шахтного фонда угольных компаний выглядит следующим образом (рис.1).
Выявлено семь взаимообусловленных элементов задачи оценки прогрессивности и экономичности технологии подземной добычи угля - всех уровней технологичности условий, в том числе и результирующих условий работы действующих угольных шахт, их технико-экономической эффективности, качества схем вскрытия и подготовки шахтных и выемочных полей, прогрессивности технического уровня очистных и подготовительных работ, схем транспорта-подъема, вентиляции, технологического комплекса поверхности, результативности научно-технического прогресса и экологического состояния. При этом первый элемент расчета позволяет выявить сравнительную благоприятность и технологичность условий работы угольных шахт, второй элемент оценки показывает, к каким сравнительным результатам ведут эти условия, третий элемент указывает, как влияют показатели качества схем вскрытия и подготовки шахтных и выемочных полей на технологичность их разработки, четвертый элемент раскрывает влияние основных процессов угледобычи на формирование технико-экономической эффективности, пятый элемент раскрывает влияние научно-технического прогресса в целом на технологию подземной добычи угля
| Условия функционирования технологических систем действующих угольных шахт | |||||||
| Горно-геологические | Производственно-технические | Социальные | |||||
| Обобщающий уровень всех условий | |||||||
| Элемент 1 | |||||||
| Результаты работы действующих шахт | |||||||
| Производственно-технические | Экономические | ||||||
| Обобщающий технико-экономический уровень работы действующих угольных шахт | |||||||
| Элемент 2 | |||||||
| Вскрытие и подготовка шахтных и выемочных полей | |||||||
| Технический уровень вскрытия шахтных и выемочных полей | Технический уровень подготовки шахтных и выемочных полей | ||||||
| Обобщающий уровень вскрытия и подготовки шахтных и выемочных полей | |||||||
| Элемент 3 | |||||||
| Производственная система добычи угля на шахтах (подземный способ добычи) | |||||||
| Подсистема подземных очистных работ | Подсистема подземных подготовительных работ | Подсистема подземного транспорта-подъема | Подсистема вентиляции | Подсистема технологического комплекса поверхности | |||
| Технический уровень очистных работ | Технический уровень подготовительных работ | Технический уровень транспорта-подъема | Технический уровень проветривания | Технический уровень переработки угля на поверхности | |||
| Обобщающий технический уровень шахты | |||||||
| Элемент 4 | |||||||
| Результативность научно-технического прогресса на действующих угольных шахтах (техническая оснащенность технологии) | |||||||
| Элемент 5 | |||||||
| Надежность и безопасность ведения горных работ от | |||||||
| Элемент 6 | |||||||
| Экологическое состояние шахт | |||||||
| Элемент 7 | |||||||
Рис. 1. Системная интерпретация задачи оценки состояния шахтного фонда (оценка прогрессивности и экономичности технологии подземной угледобычи)
Шестой элемент оценивает эффективность технологических схем ведения горных работ с позиций газовой и геомеханической опасностей, формирует представление о системном участии в формировании уровня промышленной безопасности того или иного горного, технического или организационного фактора.
Седьмой элемент оценивает влияние экологически негативных компонентов горно-механических, гидрогеологических, газодинамических и радиационных процессов подземной и поверхностной атмосферы на процесс необходимости и целесообразности закрытия шахт. Квалиметрическая интегральная оценка и анализ экологического состояния шахт позволяют конкретно обосновывать соответствующие мероприятия по существенному снижению экологической опасности как в период эксплуатации шахт, так и в период подготовки к закрытию.
Решение первого этапа задачи оценки состояния шахтного фонда угольных компаний должно в первую очередь предусматривать выявление, качественное и количественное описание связей между вышеописанными элементами анализируемых шахт, достаточно и полно отражающих качество их функционирования. Этот аспект требует предварительного выбора систем оценочных показателей-критериев, формирование их единой расчетной базы и методики определения.
В данной работе на основе анализа экономико-математических моделей, основанных на методах корреляционно-регрессионного анализа, методе главных компонент и других приемах математической статистики, позволяющих судить о количественном влиянии отдельных факторов условий производства на технико-экономический уровень, логического и структурного анализа исследований теории и практики в данной области, к интегральной оценке прогрессивности и экономичности технологии подземной угледобычи привлечены показатели, которые в общем случае служат измерителями степени технологического и экономического соответствия вариантов технологических схем угольных шахт требованиям, предъявляемым к ним на данном этапе развития техники, технологии и научно-технического прогресса.
В теории принятия сложных решений, квалиметрического анализа и теории полезностей предпочтительность альтернатив в самом общем случае определяется по совокупности величин полезностей отдельных элементов подсистем в условиях компромиссных ситуаций.
При этом следует отметить, что единичный вклад любого оценочного показателя можно рассматривать как случайный, а вклад средней статистической (интегральной) величины - как общую закономерность, - в данном контексте интегральный функционал представляется весьма достоверной и устойчивой характеристикой.
Приведение натуральных разноразмерных показателей к однородности осуществляется с использованием формулы вычисления относительных оценок (отклонений)
, (1)
где Iimax и Ijmim - соответственно максимальные и минимальные значения натуральных оценочных показателей,
Ijэт и Iijф - соответственно эталонные и фактические значения натуральных оценочных показателей.
Основным достоинством вышеприведенной формулы вычисления относительных оценок является то, что она однозначно определяет величину интегральных функционалов в условиях различной оптимальности оценочных показателей при одновременном улучшении качества
Кинтj = f(I,) min, (2)
т.е. величина отклонений от показателей условной эталон-шахты сравнения, имеющей самый прогрессивный технический уровень основных технологических подсистем должна стремиться к минимуму.
Интегральный показатель эффективности любого из сравниваемых объектов в этом случае будет отражать степень его ухудшения, удаления от несуществующего, но наилучшего варианта. Наличие среди оценочных показателей групп критериев, эталонные значения которых стремятся к минимальной (JjЭT—>min) и максимальной (JjЭT—>mах) величинам, уже не делает неопределенным оптимальное значение интегрального показателя. В этих условиях увеличение
(3)
показывает ухудшение качества как для первой группы критериев оценки (JiЭT->min) так и для второй (JiЭT—>max). Следует, однако, помнить, что относительные отклонения фактических значений показателей у шахт от эталонных по группе критериев с оптимумом, стремящемся к минимуму, имеет отрицательный знак, а по группе критериев с оптимумом максимумом - положительный. В связи с этим в формуле вычисления относительных отклонений в числителе стоит обозначение модуля величины отклонения.
Второй процедурой итеративного цикла формирования целевых функций интегральных функционалов является определение удельных коэффициентов важности частных оценочных показателей, что связано с учётом их неодинаковой народнохозяйственной важности и актуальности (в этом случае равные относительные отклонения разных оценочных показателей приобретают разную количественную величину и вносят различный вклад в процесс формирования количественной величины интегральных функционалов).
Удельные коэффициенты важности отдельных оценочных показателей использованы по результатам ранее выполненных исследований, остальные были определены при помощи аналогичных процедур экспертного опроса типа "ДЕЛФИ". Изучение обобщенных мнений экспертов производилось с учётом общеметодологических требований.
Удельные коэффициенты важности вычислялись из полученных экспертным путём функций полезности по формулам:
iуд.=
, (4)
где i - функция полезности конкретного i-гo оценочного показателя-критерия;
ср - среднее значение функции полезности по всем оценочным показателям, m - число оценочных показателей, участвующих в оценке технического уровня какой-либо подсистемы шахты;
- относительный вес функции полезности i-гo показателя по сравнению со средней полезностью одного из показателей оценки.
Эти значения могут длительное время использоваться в процедурах оценки без их дальнейшего уточнения и корректировки.
Следующим этапом в разработке целевых функций интегральных функционалов является выбор рациональной функции свёртки, т.е. суммирующей функции частных критериев воедино, так как метод построения интегрального показателя в общем случае заключается в том, что значения частных показателей-критериев оценки Iij(i=1, m; j=1, n)
посредством числовой функции f(i), зависящей от параметров i, -коэффициентов важности i-х критериев приводятся к сопоставимому с точки зрения полезности виду, после чего сворачиваются с помощью симметрической числовой функции m переменных. В результате возникает интегральный критерий
Kинт(J, )={f(J1,1)……f(Jm,m )},=(1……m),J=(J1……Jm), (5)
который функционально связан с исходными показателями и с достаточной степенью точности передаёт всю требуемую информацию.
Анализируя этот вопрос по выполненным в данной области работам, следует отметить, что в большинстве случаев вид суммирующей функции назначается произвольно, без каких либо серьёзных обоснований и исследований.
Возможностью применения в качестве суммирующей степенной средней функции (это семейство свёрток особенно эффективно с позиций численной минимизации) является в большинстве случаев наличие симметрии гистограммы плотности распределения относительных оценок частных показателей - критериев оценки, а в общем случае - подчинение их нормальному закону распределения.
Определение параметров и характеристик, а также вида теоретических кривых распределений было произведено путём применения стандартного пакета прикладных программ аппроксимации различными кривыми распределения.
Результаты, полученные в результате исследований, позволяют принять в качестве функции свертки квадратичную среднеарифметическую функцию вида
. (6)
Интегральные показатели обобщающего уровня всех условий вычисляются по формуле
, (7)
а интегральные показатели обобщающего уровня технико-экономической эффективности
. (8)
После проведения расчетов интегральных показателей, характеризующих горно-геологические, производственно-технические и социальные условия, а также обобщающий уровень всех условий, производственно-техническую и экономическую эффективность работы шахт, обобщающий уровень технико-экономической эффективности, качества схем вскрытия и подготовки, технический уровень очистных и подготовительных работ, схем транспорта-подъема, вентиляции и технологического комплекса поверхности, технического уровня шахты в целом, результативности научно-технического прогресса в технологии ведения горных работ на шахтах, экологического состояния, - формируется довольно большой объем содержательной информации, анализ которой требует соблюдения определенной последовательности, так как конечной целью анализа является выделение структурно-определенных групп шахт и принятия решений по их закрытию, консервации или развитию.
Следует отметить, что в общем случае возможны 2187 сочетаний интегральных показателей Кг.г.инт, Кп.т.усинт, Кс.э.инт.,Кэинт, Кв.пинт, Кп.т.у.р.инт. Кн.т.пинт, которые однозначно предопределяют выбор одного из стратегических направлений развития и совершенствования шахтного фонда (закрытие, путь к закрытию, техническое перевооружение и модернизация, реконструкция, поддержание мощности на достигнутом уровне). Некоторые из сочетаний однозначно никогда не встречаются в практике функционирования горнодобывающих предприятий, поэтому исходя из статистических исследований всю исходную совокупность интегральных функционалов в обобщенном виде можно свести к 15 составляющим.
Сопоставляя интегральные показатели результативности научно-
технического прогресса, качества схем вскрытия и подготовки, очистных и
подготовительных работ, транспорта-подъема, технологического комплекса
поверхности, вентиляции, условий и результатов работы, можно выявить их
относительный дисбаланс, который указывает на резерв совершенствования
технологии за счет ее технического оснащения и обновления инженерных
решений в процессах угледобычи на данном этапе развития техники и
технологии. Конечной целью при этом является внедрение научно-технических
разработок и плановых мероприятий, направленных на совершенствование
технологии разработки угольных пластов, которые являются важнейшей
частью оперативного управления производством.
Все вышеизложенное является основой для разработки перспективных планов развития горных работ, планов текущих мероприятий по повышению эффективности функционирования технологических схем угольных шахт, а положив в основу стратегических решений о реконструкции и техническом перевооружении приоритет благоприятных условий работы (горно-геологических, производственно-технических, степень ухудшения технического уровня схем вскрытия и подготовки, очистных и подготовительных работ, схем транспорта-подъема, вентиляции, технологического комплекса поверхности), можно проранжировать все шахты, участвующие в оценке по актуальности и очередности обновления технологических схем и отдельных технологических подсистем и элементов технологии, - остальные же шахты, не попавшие в приоритетный ряд реконструкции, остаются в числе действующих как неэффективные и неперспективные или представляются к консервации.
В интегральную оценку состояния шахтного фонда угольных компаний России были вовлечены 90 шахт, за исключением строящихся.
По результатам оценки лидирующие места в оценке занимают следующие шахты: ш.Распадская, ш/у Есаульское, ш/у Юбилейное, а отстающими являются ш. Подмосковная, ш/у Шахтерское.
Исходные данные (номенклатура всех оценочных показателей-критериев) предоставлены ЗАО «Росинформуголь».
Разбиение шахт по стратегическим направлениям обновления и развития показывает, что около 15% шахтного фонда работает в режиме поддержания мощности на достигнутом уровне, около 70% шахтного фонда нуждается в реконструкции, техническом перевооружении и модернизации и около 15% подлежат закрытию и консервации.
Интегральные функционалы по своей структуре являются обобщающими, поскольку объединяют различные и разнородные частные показатели-критерии оценки, с другой стороны, они являются непривычными для понимания синтетическими показателями, так как являются относительными по значениям, в связи с чем возникает необходимость установления объективной роли и содержательности интегральных показателей.
С этой целью был проведен корреляционно-регрессионный анализ основных показателей производственно-технического и экономического уровней (производственная мощность шахты, производительность труда, себестоимость добычи) в корреляционной функции от интегральных показателей, характеризующих условия и результаты работы действующих шахт, с использованием программного модуля из библиотеки прикладных программ.
Достаточно высокие коэффициенты парных корреляционных моделей (0,76 – 0,94) позволяют утверждать о достаточно высокой объективности и достоверности интегральных показателей, их содержательности и обобщающей роли. Коэффициенты детерминации 0,61 – 0,80.
Проектная мощность шахты является важнейшим количественным параметром, который в решающей степени предопределяет эффективность и рациональное использование вкладываемых в строительство инвестиций и капитальных вложений, в конечном счете формируя прогрессивность и экономичность работы будущего угледобывающего предприятия.
Применение неадекватных математических процедур и расчетных формул приводит к необоснованно высоким или низким уровням производственной мощности, к недоиспользованию как пассивной, так и активной частей промышленно-производственных фондов предприятий, к неэффективному использованию капитальных вложений и увеличению сроков их освоения, в течение длительного промежутка времени не позволяет выйти на прогрессивные и экономичные показатели эффективности работы угольных шахт.
Экономический ущерб от неверно принятой производственной мощности может исчисляться многими сотнями миллионов рублей, поэтому возможности получения дополнительной информации путем сопоставления результатов расчетов с использованием различных методов и подходов для повышения обоснования принимаемых решений, в том числе на основе методов принятия решений в условиях неопределенности информации, имеют бесспорную актуальность как при геолого-экономической оценке месторождения, так и в период реструктуризации шахтного фонда, которая сопровождается необходимостью закрытия убыточных, неперспективных шахт. Потери добычи угля при этом должны в обязательном порядке восполняться другими, стабильно работающими, и это возможно только в случае если перспективные шахты имеют резервы повышения производительности.
Непостоянство значений горно-геологических характеристик на разных участках шахтного поля нарушает стабильность производственной мощности - удержание производственной мощности в условиях неопределенности информации горно-геологического характера приобретает экономический смысл. Анализ показал, что, учитывая высокую цену принятия неправильных решений, следует ориентироваться на применение базовых аналитических формул и минимаксного критерия Сэвиджа.
Методическими положениями обоснования и расчета проектной мощности шахты предусматривается возможность производить расчеты в детерминированной и динамической (вероятностной) постановках.
Динамическая (вероятностная) постановка задачи в условиях неопределенности информации является весьма актуальной в том аспекте, что мощности неперспективных (закрываемых) шахт должны передаваться другим шахтам, имеющим базу для эффективной работы. Важно знать, какую именно “надбавку” по производственной мощности обеспечат, сделают возможной конкретные горно-геологические и технологические решения.
На основании многочисленных экспериментов с достаточным отражением в формуле проектной мощности основных горно-геологических условий шахтных полей и горнотехнических параметров целевая функция в сжатом виде приобретает следующий вид
(9)
В развернутом виде расчетная модель мощности шахты сводится к выражению:
(10)
В качестве составляющих в формулу входят коэффициент надежности технологической цепи шахты: очистной забой – подземный транспорт – подъем – поверхность шахты, число пластов, принятых к отработке, число пластов в шахтном поле, коэффициенты, учитывающие устойчивость кровли и крепость почвы, нарушенность запасов, дегазацию угольных пластов, месячная нагрузка на очистной забой, мощность угольных пластов, объем промышленных запасов, глубина верхней и нижней границ шахтного поля.
При эксплуатации производственную мощность шахты обеспечивают горно-геологические условия залегания угольных пластов и организационно- технические факторы, сложившаяся технологическая схема ведения горных работ и т.д.
При проектировании мощность шахты формируют в основном только горно-геологические условия и потенциальные возможности техники и технологии, которые могут быть заложены в проект строительства шахты.
Естественно, что при проектировании свобода принятия той или иной величины проектной мощности значительно выше.
В пределах реальных возможностей технологических звеньев шахт производственная мощность может принимать достаточно много значений с изменением горно-геологических характеристик в связи с переходом горных работ на новые участки шахтного поля, а также в связи с внедрением новых средств очистных работ и пр. Вписаться в подобные заранее неизвестные изменения параметров технологии (аргументов целевой функции) позволяет процедура расчета мощности шахт в условиях неопределенности информации (метод, основанный на применении критерия Сэвиджа).
При решении этой задачи пользуются принципом “минимальных максимумов” отрицательных последствий ошибочных (из-за незнания горно-геологических и технологических условий будущей работы шахты) решений, принимаемых параметров. Процедура применения данного принципа выбора оптимальных решений (с точки зрения критерия - мощности шахты) основана на построении и анализе матриц альтернативных потерь (рисков) Сэвиджа. Всю информацию, необходимую для расчета мощности шахты, группируют в двух матрицах.
В матрице горно-геологических данных группируют исходные данные, в основном горно-геологические характеристики, значения которых принимаются в интервале от 0,8 до 1,2 некоторого наиболее вероятностного значения, т.е.
(Y
) = 0,8y
; y
;1, 2 y
. (11)
В этой матрице априори не варьируются параметры, которые определены однозначно (количество пластов в шахтном поле, количество пластов в одновременной работе и т.д.).
В матрице горнотехнических параметров группируют значения параметров, по которым принимают варьируемые решения, управляемые параметры, входящие в расчетную формулу мощности шахты. Отдельные управляемые параметры (средняя и суммарная мощности угольных пластов, нагрузка на очистной забой и др.) формируют в зависимости от исходных данных.
Матрица альтернативных потерь (рисков) Сэвиджа содержит основную конечную информацию для принятия решения по выбору значения мощности шахты. Использование массива информации (Y
) в j-м варианте и массива информации (X
) в i-м варианте позволяет вычислить мощность шахты в A
в ij-м варианте. В результате получаем число значений мощности шахты, равное произведению n вариантов условий залегания пластов и m вариантов принимаемых решений для параметров, влияющих на мощность шахты.
Для каждого варианта условий (Yi) устанавливают экстремальное (для нашей задачи - максимальное) значение функции, т.е. мощности шахты:
A
max
= max A (X
; Y
). (12)
Диапазон получаемых в результате расчета значений целевой функции мощности шахты оказывается представленным областью от минимально возможного в данных условиях значения А
min до максимального А
max (от наименее вероятного до наиболее вероятного), что позволяет исследовать влияние на целевую функцию любой горно-геологической характеристики и горнотехнического параметра в любом диапазоне изменения.
По отношению к этим максимальным значениям вычисляют отклонения мощности при любом сочетании условий разработки (Yi) и технологических решений (Xj):
A
= A
max
(X
; Y
) - A
(X
; Y
). (13)
Эти отклонения являются, по существу, потерей добычи возможной неопределенности условий разработки и зависимых от них технологических решений. Величины отклонений заносят в таблицу альтернативных потерь, которая служит основой для принятия решений. Классический принцип достижения минимальных из всех максимальных потерь при соответствующих вариантах технологических решений сводится к следующему условию:
min/max (A
max
(X
; Y
) - A
(X
; Y
) = A
(X
; Y
). (14)
Оптимальный вариант технологических решений X
; Y
соответствует минимуму из максимальных потерь добычи. Соответственно мощность шахты в диапазоне колебаний при оптимальных технологических решениях является также оптимальной. Практика проектирования шахт с оптимизацией параметров свидетельствует, что ошибочные представления о природных условиях более вероятны при малых отклонениях от фактических значений, нежели при больших. Следовательно, вероятность принятия решений, вызывающих более значительные потери, меньше, чем решений, вызывающих меньшие потери. Поэтому в предложенном методе выбора оптимальных решений (параметров) в условиях неопределенности информации в ряде случаев целесообразно изменить целевую функцию выбора. Следует добиваться не “минимума максимальных потерь”, а “минимума средних потерь”:
min sred(A
max
(X
; Y
) - A
(X
; Y
) = A
(X
; Y
). (15)
Для этого определяют
A
=( 
(X
; Y
) /n. (16)
В результате различной вероятности всех собранных в матрице альтернативных потерь (рисков) Сэвиджа значений мощности шахты процедура выбора оптимального и в то же время наиболее вероятного значения становится несколько неоднозначной, для чего в процедуру необходимо ввести коэффициент корректировки, который будет учитывать вероятность различных расчетных вариантов и однозначно формировать оптимальную величину проектной мощности шахты.
При этом наиболее вероятным и оптимальным вариантом будет считаться тот, для которого произведение величины мощности шахты на коэффициент корректировки будет максимальным.
Коэффициент корректировки в смысловой интерпретации отражает в себе следующие ключевые параметры:
- f
- коэффициент начальной вероятности (исходный вариант) - отражает достоверность исходной информации;
- 
- величина шага изменении j-го параметра, - отражает степень неопределенности (неоднозначности) исходной информации;
- h
- количество изменяющихся параметров в i-м расчетном варианте;
- h
- общее количество характеристик и параметров (горно-геологических и горнотехнических).
Коэффициент корректировки определяется при помощи регрессионного анализа статистических отчетных данных угольных шахт с использованием динамических моделей регрессии.
Параметры уравнения (эмпирической формулы) определяются методом наименьших квадратов, которые показывают, как изменяются коэффициенты регрессии во времени и как это изменение следует учитывать при расчете прогноза.
Путем реализации вышеприведенной процедуры выбора оптимального коэффициента корректировки применительно к группе стабильных шахт были определены резервы увеличения производственной мощности, которые сведены в табл. 1.
Таким образом, принимая во внимание горно-геологические условия эксплуатации и эксплуатационные технические возможности применяемой горнодобывающей техники резерв повышения (нагружения) производственной мощности шахтного фонда угольных компаний России составляет 11.5 млн. т/год.
Разработка и оптимизация структурно-технологических решений, обеспечивающих длительную конкурентоспособность шахтного фонда
Анализ основных нетрадиционных технологических решений при отработке шахтных полей показал, что наиболее весомыми нетрадиционными решениями, которые конкретно служили объектами глубоких исследований, являются решения, связанные с обратным порядком отработки шахтных полей, извлечением угольных запасов из целиков, с использованием технологического выработанного подземного пространства для размещения отходов производства т. д.
Резервы нагружения производственной мощности шахтного фонда угольных компаний России
Таблица 1
| № п/п | Наименование шахт | Аш г.факт., млн. т/ год | Резерв повышения производственной мощности |
| 1 | ш. Воргашорская | 3,309 | 0,943 |
| 2 | ш. им. Кирова | 2,484 | 0,762 |
| 3 | ш. Октябрьская | 1,846 | 0,435 |
| 4 | ш. Полысаевская | 1,681 | 0,323 |
| 5 | ш. им. 7-го Ноября | 2,472 | 0,661 |
| 6 | ш/у Котинское | 1,666 | 0,387 |
| 7 | ш. Талдинская-Западная 1 | 1,331 | 0,224 |
| 8 | ш. Талдинская-Западная 2 | 1,919 | 0,432 |
| 9 | ш. Заречная | 3,911 | 0,835 |
| 10 | ш. Кыргайская | 3,001 | 0,432 |
| 11 | ш. Абашевская | 3,453 | 0,836 |
| 12 | ш/у Юбилейное | 4,23 | 0,812 |
| 13 | ш/у Есаульское | 4,911 | 0,801 |
| 14 | ш/у «Грамотеинское» | 1,66 | 0,535 |
| 15 | ш. Распадская | 9,72 | 1,875 |
| 16 | ш. Полосухинская | 3,15 | 0,686 |
| 17 | ш. им. Ленина | 2,24 | 0,542 |
| Итого: | 11,521 |
Примечательно, что скоординированное и обоснованное совместное применение всех или нескольких из перечисленных решений позволяет добиваться вместе с экономическими выгодами принципиально нового, более высокого уровня технологической безопасности.
Определяющим нетрадиционным решением в проведенном комплексе является перевод отработки запасов шахтного поля на обратный порядок как по простиранию и падению, так и по глубине, тесно увязанного с определенными технологическими решениями в области вскрытия шахтных полей и новых горизонтов.
Именно при обратном порядке отработки шахтного поля становится удобно и надежно избегать неблагоприятного воздействия горного давления на процесс поддержания горных выработок.
При обратном порядке отработки шахтного поля удобно погашать выработанное пространство очистных забоев и горных выработок с размещением в выработанном пространстве отходов производства и в первую очередь шахтной породы.
Практика применения обратного хода отработки выемочных столбов, ярусов, этажей подтвердила бесспорные выгоды большей части вариантов технологических схем.
Выбор прямого или обратного порядка отработки шахтного поля стал по существу выбором между начальными кратковременными преимуществами прямого и последующими стратегическими, долговременными – обратного порядка отработки.
При обратном порядке отработки достижение проектного уровня добычи связано с начальным максимальным абсолютным объемом проведения вскрывающих и подготавливающих выработок, который в дальнейшем сокращается. Практически через 15-20 лет эксплуатации объем проведения и поддержания выработок становится примерно равным при обоих вариантах порядка отработки. Дальнейшая эксплуатация шахты приводит к возрастанию объема поддержания вскрывающих и подготавливающих выработок при прямом порядке отработки и к сокращению - при обратном.
Обратный порядок отработки шахтного поля предполагает проектирование начального положения горных работ в самом отдаленном по глубине и простиранию участке. Все вскрывающие и подготавливающие выработки находятся в нетронутом массиве.
Таким образом, проектируя шахту экономичной в наиболее сложном исходном положении при отработке самых отдаленных от центра запасов шахтного поля, можно сохранить ее экономичность и прогрессивность и впредь, так как состояние технологической схемы не ухудшается со временем. Очень важно подчеркнуть аспект технологической безопасности. Технологические схемы с обратным порядком отработки запасов шахтного поля отличаются большей степенью безопасности в отношении обрушения породы в горных выработках, взрывов метана и возникновения подземных пожаров. При обратном порядке значительно легче обеспечить такие конструктивные варианты схем вентиляции, при которых “вымывание” метана из выработанного пространства существенно снижается, а проникновение чистого потока воздуха (кислорода) в разрушенный массив угля (предохранительные целики, потери угля в выработанном пространстве и др.) исключается.
В условиях рыночных отношений, нестабильности цен на различные виды работ, материалов, энергии, в целом на различные виды ресурсов надежность результатов моделирования, выводов, вытекающих из полученных результатов, потеряла смысл. В этом плане совершенно неопределенной становится процедура учета фактора времени не только на десять лет и более, но и на один-два года. Отсутствует процедура согласования по величине ценности продукции, затрат, фондов, попутных ресурсов шахт в перспективе на несколько лет.
Удачным выходом из этой ситуации может стать моделирование объемов горных, строительных и монтажных работ на любой период строительства и эксплуатации шахт. Осуществить оценку вариантов технологических схем на конкретный момент времени несложно.
Определяющую роль при моделировании вариантов технологических схем следует отводить горным работам: проведению и поддержанию горных выработок, транспортированию грузов.
Таким образом, основными элементами математической модели выбора технологической схемы шахты (порядка отработки шахтных полей) выступают объемы горных работ по проведению и поддержанию горных выработок, а также на транспортирование грузов. Сопоставление вариантов технологических схем по этим основным элементам математической модели позволяет выделить наиболее технологичные варианты. Кроме того, появляется возможность производить обобщающую интегральную оценку по всем элементам горных работ. Математическая модель, включающая три важнейших и определяющих элемента выполняемых в шахте горных работ, гарантирует объективность выбора оптимального варианта технологической схемы шахты.
Исходные горно-геологические характеристики и параметры приняты для шахты им. 7 ноября филиала СУЭК в г. Ленинск-Кузнецке.
Значения интегральных показателей, полученных в результате реализации программного модуля на алгоритмическом языке Basic версии 6.0 в операционной среде Windows свидетельствуют о фактическом преимуществе технологической схемы отработки запасов шахтного поля обратным ходом: Кинт.обр. = 0,84, Кинт.прям. = 1,16, Кинт.действ. = 1.42.
Одним из способов существенного увеличения срока службы горизонтов является обязательная отработка на каждом из них бремсбергового и бесступенчатого уклонного полей длиной по падению до 2 км. В большинстве случаев это позволяет довести срок службы горизонта до 25 – 30 лет и обеспечить гораздо больший резерв времени для вскрытия и подготовки новых горизонтов.
Ниже рассмотрены предлагаемые для этих целей технические решения, реализуемые в настоящее время при строительстве новых и реконструкции действующих шахт, которые делятся на две группы.
В схемах первой группы вскрытие нового горизонта предусматривается путем проходки нового главного и углубки действующего главного ствола с последующим переоборудованием его во вспомогательный. При таком способе имеется возможность увеличения производственной мощности на новом горизонте, а также полного разделения работ по строительству нового и эксплуатации действующего горизонтов. При этом в случае переоборудования действующего главного ствола во вспомогательный допустима углубка действующего вспомогательного ствола, однако при этом возникает необходимость его одновременного использования для строительства нового и эксплуатации действующего горизонтов, а также вынужденной остановки вспомогательного ствола на определенный период для его переоснащения при переходе на новый горизонт.
В схемах второй группы новый горизонт вскрывается путем проходки нового вертикального вспомогательного ствола на существующей либо отнесенной промышленной площадках и проведения слепого наклонного конвейерного ствола между новым и действующим горизонтами, предназначенного для выдачи угля в загрузочное устройство действующего главного ствола.
На основе логического и структурного анализа различных критериев оптимальности, выявления их сильных и слабых сторон, а также учитывая то обстоятельство, что в поставленной задаче объемы добычи угля и эксплуатационные затраты по годам для одного и того же расчетного варианта сравнительно стабильны, в качестве критерия оптимальности при оптимизации основных параметров схем вскрытия шахтных полей принят чистый дисконтированный доход ЧДД (NPV), который учитывает приведение разновременных капитальных вложений к фиксированному промежутку времени, что обусловливает поэтапную оптимизацию с логической увязкой промежуточных решений.
Решение задачи в рассматриваемой постановке ввиду возникающих сложностей при большой размерности (числе варьируемых величин параметров) создает определенные трудности в ее реализации, поэтому организация работ в соответствии с логическим порядком (алгоритмом) осуществлялась с применением программного продукта стратегического планирования «Альт-Инвест», предназначенного для проведения оценки привлекательности инвестиционных проектов.
В результате реализации программного обеспечения с использованием электронной таблицы Excel (листы MAIN, SENSITIVITI) были получены численные значения ЧДД, что дало возможность оценить и проранжировать альтернативные варианты вскрытия шахтных полей в различных горно-геологических и горнотехнических условиях эксплуатации и установить допустимые области применения последних. Анализ результатов оптимизационных расчетов и комплексная оценка способов вскрытия шахтных полей позволили получить следующую обобщенную информацию:
- для способов вскрытия шахтных полей с делением на независимо проветриваемые блоки при газоносности угольных пластов 5м3/т наименее эффективной оказывается блоковая схема вскрытия, а ЧДД при фланговой схеме на 10-15% ниже, чем при центральной схеме проветривания; при газоносности 10м3/т более выгодной становится фланговая схема проветривания, ЧДД при которой на 15-17% больше, чем при центральной, и на 8-10% больше, чем при блоковой. Проведенные оптимизационные расчеты дают основания считать, что при газоносности 20м3/т и более для всех сочетаний числа разрабатываемых пластов и глубины разработки наиболее эффективной является блоковая схема вскрытия, а наименее эффективной – центральная, фланговая схема занимает промежуточное положение;
- при ограниченных размерах шахтного поля ( размер по простиранию не более 4-6км) следует ориентироваться на центральную схему проветривания, ЧДД в этом случае на 10-15% выше, чем при фланговой схеме. Фланговое расположение вентиляционных стволов целесообразно применять при газообильности шахт не более 10-15м3/т и размерах шахтного поля по простиранию, не превышающих 8 км. ЧДД при этой схеме на 15-17% выше, чем при центральной схеме и на 8-10% выше, чем при блоковой схеме вскрытия шахтного поля. При газообильности 15-20м3/т и более в случае необходимости обеспечения значительной производственной мощности ( более 1500 тыс.т/год) и размерах шахтного поля по простиранию 8-12 км следует ориентироваться только на блоковое вскрытие шахтных полей, где ЧДД на 12-17% выше в сравнении с вариантами без деления на блоки;
- для шахт индивидуального типа, учитывая весь диапазон изменения исходных данных наиболее прогрессивными, надежными и экономичными являются схемы вскрытия шахтных полей, основанных на применении центрально-сдвоенных стволов с проходкой их до отметки 1-го горизонта в период строительства шахты и углубляемых по мере развития горных работ до отметки следующего капитального горизонта, отнесенными вентиляционными (воздухоподающими) стволами и погоризонтными квершлагами с отработкой на каждом горизонте бремсбергового и уклонного бесступенчатого полей и с проходкой центрально-сдвоенных стволов сразу до конечной отметки ведения горных работ.
В результате завершения исследований получена конкретная процедура оптимизации параметров технологических схем в области вскрытия и выбора порядка отработки шахтных полей.
Не теряют в последнее время, а наоборот приобретают все большую актуальность вопросы и задачи рационального использования всех имеющихся внутренних резервов горно-геологических и технологических ресурсов, поддержания соответствующего уровня эффективности и экономичности работы шахт.
При этом одним из важных резервов повышения эффективности отработки угольных пластов и вторым по значимости следует считать более полное извлечение запасов за счет последующей выемки предохранительных и охранных целиков.
Анализ структуры потерь на шахтах свидетельствует о том, что в предохранительных целиках только около горных выработок остается до 10-15% всех запасов.
На шахтах с легкостью оставляют весьма значительные по размерам барьерные (между соседними частями шахтного поля) и предохранительные (около горизонтальных и наклонных выработок) целики, ничего не предпринимая для облегчения их последующей (через 5-10 лет) выемки.
Между тем эти запасы вскрыты, подготовлены, законсервированы в работающей шахте. Не нужно осваивать районы, подводить энергию, строить дороги и многое другое, что сопутствует вовлечению месторождений в отработку, и на что расходуют огромные денежные, материальные и трудовые ресурсы и, конечно, время.
Очень часто экономическая невыгодность более полного извлечения угольных запасов на действующих шахтах проистекает или от неверных расчетов получаемого эффекта, или из-за трудностей отработки когда-то оставленных целиков ввиду того, что не были предусмотрены элементарные технологические условия для их последующего извлечения.
Анализ показал, что исходя из сложившейся ситуации на рынке энергоносителей, когда уголь является замыкающим после нефти и газа, проверка эффективности отработки целиков становится рациональной, благодаря критерию оптимальности, предусматривающему сопоставление затрат на выемку целиков на конкретной шахте с суммарными (замыкающими) затратами в данном регионе на добычу угля данной марки, данного качества, поставляемого конкретным потребителям и др.
Дело в том, что замыкающие затраты по бассейну (региону) устанавливаются из условий рентабельности шахт, из соответствия стоимости их продукции оптовой цене,поэтому установленные по критерию замыкающих затрат оптимальные параметры целиков для последующей их отработки обладают значительным резервом выгодности, экономической надежности.
В каждом конкретном случае проверку эффективности отработки целиков следует проводить с использованием в качестве базовой следующей формулы:
Э
= Z
(С
+ S
(А
- А
) Ц
– С
+ Са+ С
- C
- С
), тыс. руб., (17)
где Э
- эффект, получаемый вследствие извлечения предохранительного или охранного целика, руб.;
Z
- объем извлекаемых из целика запасов, т;
С
-замыкающие затраты по бассейну (региону), руб.;
А
-средняя зольность угля, принятая при установлении замыкающих затрат по бассейну (региону), %;
S
-коэффициент снижения (повышения) тарифа оптовой цены угля в регионе с повышением (снижением) зольности;
А
-средняя зольность угля, добываемого на данной шахте, %;
Ц
-оптовая цена 1 т угля на данной шахте, руб/т;
С
-себестоимость добычи 1 т угля по шахте, руб/т;
С
-капитальные затраты, приходящиеся на 1 т промышленных запасов (принимают на уровне потонной ставки амортизации основных фондов шахты), руб/т;
С
-затраты на проведение дополнительных подготовительных и нарезных выработок, отнесенные к 1 т добычи угля из целика, руб/т;
C
- разница в себестоимости 1 т угля при выемке в очистных забоях шахтных промышленных запасов и запасов из целика, руб/т;
С
- разница в стоимости поддержания горной выработки, охраняемой целиками меньшей и большей ширины, руб/м.
Положительное значение эффекта говорит о выгодности оставления целика увеличенных размеров и его последующей отработки.
Существует реальная возможность не только повысить на 5 - 7 % полноту выемки запасов на шахтах, но и получить при этом значительный экономический эффект.
Оставление предохранительных и охранных целиков больших размеров, нежели требуется по геомеханическим соображениям, является превентивной мерой, позволяющей отрабатывать запасы забоями с оптимальной или близкой к оптимальной длиной лавы, оснащаемой производительными комплексами.
Постановка задачи возможна в двух вариантах.
Детерминированная (однозначная) постановка используется в том случае, когда возникает необходимость определения экономичности извлечения целика в некоторых однозначно известных условиях конкретной шахты. Вероятностная (или многовариантная) постановка используется в том случае, когда определяется область значений параметров целиков и стоимостных характеристик, которая соответствует области оптимальных значений целевой функции. Такая постановка позволяет выполнять всесторонний анализ влияния тех или иных параметров целиков и технологии на оптимальность отработки запасов угля в целиках.
С учетом силы влияния соответствующих факторов на целевую функцию эффективности извлечения угольных запасов из целиков формируется многофакторная зависимость (модель).
Расчеты произведены на ЭВМ с использованием прикладной программы имитационного моделирования и корреляционно-регрессионного анализа. В результате реализации программного модуля получено многофакторное уравнение регрессии
Э = О.28 т + 1.О61 l
+ 48.23 L
+ 95.62 А
+ 0.31 у - 455.76. (18)
Коэффициент корреляции RR = 0.865, коэффициент детерминации r = 0.748.
Анализ полученных результатов позволяет утверждать, что в среднем 75% сформированных вариаций связаны с вариациями отобранных горно-геологических и технологических исходных данных.
Перечень факторов в аналитической модели определяется силой влияния каждого из них на целевую функцию. Для оценки точного влияния каждого из факторов - аргументов применен метод парной корреляции.
На основании данных корреляционно-регрессионного анализа построена гистограмма, отображающая влияние каждого из факторов на величину экономического эффекта при выемке запасов из целиков, которое распределилось следующим образом:
1. Вынимаемая мощность пласта, m - 22%.
2. Ширина целика, lц - 20%.
3. Длина целика, Lц - 17%.
4. Зольность по шахте, Аш - 15%.
5. Плотность угля, у- 10%.
6. Прочие факторы - 16%.
Производственная и экономическая оценка отработки целиков разных групп позволяет разделить целики на группы экономически выгодных, перспективных и неэкономичных при применении той или иной технологии их выемки.
Выбор технических средств для извлечения угольных запасов из целиков производился методом экономико-математического моделирования. В результате реализации экономико-математической модели были определены экономически целесообразные технические средства выемки запасов.
По результатам моделирования были построены номограммы, позволяющие определить экономически целесообразные параметры вынимаемого целика соответствующими средствами выемки и установить их экономическую эффективность.
Проведенные расчеты выявили следующие основные аспекты:
- оставление предохранительных целиков больших размеров, чем необходимо по геомеханическим требованиям, предопределяет техническую и экономическую целесообразность их последующей выемки. Целики, оставляемые между основными наклонными выработками, сохранившими свое сечение, как правило, выгодно отрабатывать даже при обычных размерах, если себестоимость добычи на шахте ниже региональных замыкающих затрат. При увеличении же их размеров до 100 - 200 м эта выгодность становится особенно значительной;
- отработка целиков, примыкающих к выработанному пространству и имеющих малые (соответствующие геомеханическим требованиям) размеры, как правило, не сопровождается экономическим эффектом, а наоборот связана с ущербом. Увеличение их размеров до 60 - 100 м приводит при последующей выемке к региональному экономическому эффекту, и отработка всего комплекса целиков у наклонных выработок становится оправданной;
- особенно важно то обстоятельство, что увеличение размеров целиков дает возможность отрабатывать их забоями с оптимальной или близкой к оптимальной длиной лавы, оснащаемой современными очистными комплексами, что в свою очередь приводит к выравниванию себестоимостей угля из очистных забоев целиков и из обычных очистных забоев.
Наиболее характерные технологические схемы выемки целиков, применение которых целесообразно на пластах мощностью от 0,7 до 2,5 (3) м с углами падения до 18°, установлены в результате обобщения производственного опыта и аналитической оценки:
1. Отработку предохранительных целиков, расположенных между существующими наклонными выработками, между выработкой и выработанным пространством, осуществляют бурошнековыми установками, располагаемыми в существующих наклонных выработках. Отработку запасов угля в целиках осуществляют по восстанию (падению) пласта с бурением скважин по простиранию. Угол падения пласта может составлять 0 - 10°. Этот вариант требует проведения дополнительной выемочной выработки в тех случаях, когда ширина целиков превышает технически допустимую (60 м) или оптимальную длину буримой скважины.
2. Отработку предохранительных целиков, расположенных между существующими наклонными выработками, между выработкой и выработанным пространством, осуществляют комбайном с механизированной или индивидуальной крепью. При подготовке к отработке целиков между наклонной выработкой и выработанным пространством необходимо кроме разрезной печи для монтажа очистного оборудования проводить дополнительную вентиляционную выработку. Отработку целиков осуществляют по падению (восстанию) пласта длинными столбами. Допустимый угол падения пласта от 0 до 15°.
3. Отработку целиков, расположенных между выработанным пространством и существующей горизонтальной (капитальной) выработкой, осуществляют бурошнековыми установками из этой выработки. Разработку запасов угля в целиках осуществляют столбами по простиранию пласта с бурением скважин по падению (восстанию). Технологическая схема выемки предполагает проведение дополнительной вентиляционной выработки. Угол падения пласта 0 - 15°. В тех случаях, когда ширина целика превышает технически возможную длину скважины не менее чем в 1,5 раза, проводят дополнительную выемочную выработку, из которой бурят скважины.
4. Отработку предохранительных целиков, расположенных между выработанным пространством и горизонтальной (капитальной) горной выработкой, осуществляют комбайном с механизированной или индивидуальной крепью. Для отработки целика необходимо проведение дополнительной вентиляционной выработки и разрезной печи. Отработку запасов целиков осуществляют по простиранию пласта с возможным переходом старых выработок, которые закрепляют усиленной крепью или засыпают углем. Эта схема допускает угол падения пласта 0-18°.
5. Просчитаны и проанализированы варианты технологии выемки целиков различной длины, ширины, объема запасов при различных технических средствах (бурошнековые установки, механизированные комплексы, комбайны с индивидуальной крепью) на пологих пластах, мощных, средней мощности и тонких, при проведении дополнительных выемочных выработок и при полном оконтуривании запасов ранее проведенными выработками. Расчеты подтвердили экономическую выгодность выемки целиков бурошнековыми установками на тонких пластах для 90% запасов, если при этом не требуется проводить дополнительные выемочные выработки. В условиях, когда нельзя обойтись без дополнительных выемочных выработок, сохраняется выгодность отработки 50% запасов в предохранительных и охранных целиках. Этот вывод касается целиков шириной более 40 м и длиной более 300 м.
Технология извлечения целиков комбайнами технически приемлема для пластов тонких и средней мощности.
6. Область экономически выгодных вариантов лежит в пределах 40 - 60 м и более по ширине, 300 - 400 м и более по длине. Практически 60% оставленных предохранительных и охранных целиков на действующих шахтах экономически выгодно извлекать с применением комбайнов. Важно отметить, что из результатов расчетов следует рекомендация оставлять предохранительные целики не с минимально необходимой, а с оптимальной шириной, которая соответствует длине лавы, оборудованной используемыми на шахте средствами механизации, в частности, для тонких и средней мощности пластов равной 80 - 200 м. Целики указанной ширины в большей мере обеспечивают надежность охраны горных выработок и последующую экономичность извлечения из них угля с применением традиционного очистного оборудования.
Россия располагает достаточным объемом подземного технологического пространства, находящегося в разнообразных геологических условиях и характеризующихся многообразием физико-механических пространственных свойств. Проведенная инвентаризация технологического подземного пространства шахт и рудников показала, что широкая гамма существующих видов производственных отходов (шлаки, зола, порода, остатки от переработки бытовых и строительных отходов и пр.) могут быть надежно размещены под землей без осуществления специальной подготовки вмещающего массива.
Основные комплексы решений по использованию технологического подземного пространства и размещению в нем промышленно-хозяйственных отходов фокусируются вокруг следующих основных направлений:
1. Оставление (размещение) шахтной породы в подземном пространстве (не выдавая на поверхность).
2. Размещение породы, поступающей от обогащения угля и руд («хвосты»), в подземном пространстве.
3. Размещение шахтной породы, отвалов и террикоников в выработанном пространстве шахт и рудников.
4. Размещение отходов ТЭЦ (котельни), металлургических и коксохимических заводов, жилищно-строительных и железобетонных комбинатов в подземном технологическом пространстве.
5. Размещение промышленно-бытовых отходов городов и рабочих поселков в подземном технологическом пространстве.
6. Складирование и захоронение химически вредных продуктов, отходов промышленности в подземном специально подготовленном технологическом пространстве.
7. Складирование и захоронение биологически вредных отходов промышленности в специально подготовленном технологическом пространстве.
8. Складирование и захоронение радиоактивных отходов промышленности в специально подготовленном технологическом пространстве.
9. Складирование отходов в целях последующего использования и переработки в будущем.
Каждое из перечисленных основных направлений использования подземного технологического пространства характеризуется своим комплексом научных и инженерных задач, имеющих или не имеющих удовлетворительного решения.
Освоенные в научном и промышленном плане способы воздействия на массив пород, окружающих горные выработки (инъекция твердеющих и вяжущих смесей), делают возможным размещать в подземном технологическом пространстве отходы различной степени вредности.
Проработаны эффективные технологии пространственного рассеивания вредности отходов по глубине и площади подземного пространства. Предложенные решения значительно снижают, а в отдельных случаях полностью исключают риск вредного влияния захороненных отходов на окружающую среду.
В зависимости от вида отходов реализуются следующие технологические схемы:
- сортирование, измельчение, механическое транспортирование и размещение в горных выработках без специальной подготовки пространства;
- сортирование, переработка, механическое транспортирование и захоронение отходов в горных выработках шахт;
- сортирование, сжигание, измельчение остатков, шихтование, гидротранспорт в выработанное пространство очистных забоев пастообразной массы отходов;
- шихтование, приготовление и гидротранспорт пастообразной массы из мелкофракционных отходов в выработанное пространство шахт.
В зависимости от степени вредности отходов должна предусматриваться соответствующая технология специальной подготовки вмещающего (горные выработки) массива, которая исключает возможное вредное воздействие отходов на человека и окружающую среду.
Заключение
Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные технологические решения по повышению уровней прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ на базе реализации стратегических направлений поэтапного развития технологических систем угольных шахт и шахтного фонда, имеющих важное значение для теории и практики проектирования горнодобывающих предприятий.
Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором, заключаются в следующем:
1. В результате анализа теоретических предпосылок, причинно-следственных связей, практики структурной и технологической перестройки технологических систем действующих угольных шахт установлено, что среди основных факторов, предопределивших начало процесса реформирования угольной отрасли, особое место в теоретическом плане отводится игнорированию поэтапности обновления и развития шахтного фонда, поэтапного подхода к проектированию параметров шахт, поэтапного инвестирования и развития горных работ, технического перевооружения и модернизации.
2. В ходе исследований установлено, что одним из решающих принципов проведения реформирования технологических систем явился необоснованный подход к закрытию шахт в силу отсутствия общеметодологических основ, нормативной базы и проверенных типовых решений, позволяющих количественно обосновать процедуру их закрытия, что подтверждается примерами реанимации и возвращения в действующий шахтный фонд ряда шахт, закрытых во время реструктуризации.
3. Показано, что теоретической основой принятия стратегических решений по повышению уровней прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ должны служить методы квалиметрической интегральной оценки, позволяющие объективно ранжировать шахты по технологичности условий разработки, эффективности результатов работы, техническому уровню схем вскрытия и подготовки, основных технологических подсистем, уровню научно-технического прогресса и экологического состояния с последующим группированием их по стратегическим направлениям поэтапного развития технологических систем.
4. На базе методов квалиметрии и теории принятия сложных решений разработаны концепция, механизм и принципы интегральной оценки технологических систем угольных шахт и шахтного фонда, обоснованы комплексы точных показателей-критериев оценки природных, технологических, социальных условий работы шахт, технологического и экономического ресурсного потенциалов, технического уровня схем вскрытия и подготовки, основных технологических подсистем, научно-технического прогресса и экологического состояния, обеспечивающие соответствующую надежность, объективность и достоверность.
5. Осуществлена интегральная оценка шахтного фонда угольных компаний России, результаты которой позволили разработать основные стратегические направления их форм развития (поддержание мощности на достигнутом уровне, техническое перевооружение и модернизация, реконструкция, закрытие и консервация) и сгруппировать шахты по целевой направленности стратегии.
6. В условиях перманентного выбывания убыточных шахт необходимо восполнять потерю добычи соответствующим нагружением перспективных, причем пределы такого нагружения зависят от большого количества горно-геологических, технологических и экономических факторов, учет которых обеспечивается путем применения разработанного современного метода расчета мощности шахты и процедуры принятия рациональных решений в условиях риска.. Оригинальность и достоинство предложенной аналитической модели для решения поставленной программой исследований задачи состоит в том, что она адекватно отражает влияние основных горно-геологических условий и технического оснащения очистных забоев шахт с известной долей неопределенности и неоднозначности исходных данных.
7. Разработан комплекс научно-обоснованных прогрессивных структурно-технологических решений по повышению эффективности функционирования технологических систем угольных шахт в конкурентной среде. В качестве эффективных резервов повышения конкурентоспособности и инвестиционной привлекательности действующих шахт обоснованы технологические схемы отработки запасов шахтных полей обратным ходом, технологические решения в области вскрытия новых горизонтов, обеспечивающих увеличение сроков службы и сокращение сроков их строительства, технологические схемы оставления и последующего извлечения охранных и предохранительных целиков, технологические схемы использования подземного пространства шахт для размещения отходов производства и устранения экологически негативных последствий.
8. Сформулирована и разработана стратегическая концепция развития шахтного фонда угольных компаний России, основанная на стремлении повышения доли угля в ТЭ балансе, соответствующего финансирования, а также использованию решений по повышению конкурентоспособности добычи и потребления угля. Доказано, что современное структурное, ресурсное, технологическое и экономическое состояние технологических систем угольных шахт и шахтного фонда требует необходимости поиска и использования нетрадиционных структурно-технологических решений для повышения конкурентоспособности и инвестиционной привлекательности в условиях рыночной экономики.
Основные положения и результаты диссертационных исследований отражены в следующих опубликованных работах: - 11 в изданиях, включенных в Перечень ВАК Минобрнауки России:
1. Агафонов В.В., Малкин А.С., Есенков И.С. Фундаментальные причины реструктуризации шахтного фонда. – Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2002. - №10. – С. 139-140.
2. Агафонов В.В., Малкин А.С., Саламатин А.Г. Оценка стратегии глобального развития промышленных регионов Сибири в интересах энергетических и технологических потребностей государства. – Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2002. - №10. - С.141.
3. Агафонов В.В. Фундаментальные аспекты создания информационной системы непрерывного обновления шахтного фонда. – Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2004. - №4. - С.186-187.
4.Агафонов В.В., Малкин А.С. Оценка социально-экономических последствий реструктуризации шахтного фонда и анализ процессов ее обоснования. – Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2004. - №3. - С.110-112.
5.. Агафонов В.В., Абрамов В.А., Шавров П.В. Выбор стратегических направлений обновления шахтного фонда. – Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2006. - №4. - С.200-208.
6. Агафонов В.В., Лопушанская О.Я., Сошников С.Д. Анализ процессов обоснования реструктуризации шахтного фонда. – Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2006. - №5. - С. 204-208.
7. Агафонов В.В. Оптимизация технологических решений в области вскрытия шахтных полей при новом строительстве.- Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2006. - №10. - С.206-215.
8. Агафонов В.В. Интегральное обоснование и оценка постоянных кондиций угольных запасов. – Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2007. - №8. - С. 160-164.
9. Агафонов В.В., Малкин А.С. Обоснование процедуры выбора основных стратегических направлений развития шахтного фонда России. – Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2007. - №9. - С. 250-255.
10. Агафонов В.В., Абрамов В.А., Антонов М.А. Интегральное обоснование выбора порядка отработки шахтных полей. – Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2008. - №8. - С.212-215.
11. Агафонов В.В., Тихонов А.В. Классификация технических решений и технических средств для извлечения запасов из угольных целиков. – Горный информационно-аналитический бюллетень. -2008.- №11. – С.176-179.
12. Агафонов В.В. Структура задач интегральной оценки технологии действующих шахт – М.: - Деп. в ЦНИЭИуголь 03.11. 1987. №4318. – 8с.
13. Агафонов В.В. Выделение однородных групп шахт при интегральной оценке технологии. - В сб.: «Вскрытие и отработка шахтного поля блок-стволами, обеспечивающими снижение объемов горных работ». – М.: МГИ, 1987. – С.45.
14. Агафонов В.В., Станис Е.В. Оценка технического уровня вскрытия и подготовки шахт п.о. Свердловантрацит. - В сб.: «Технология подготовки шахтных полей с добычей угля и метана». – М.: МГИ, 1987. - С.34.
15. Агафонов В.В., Астров Г.К., Худяков А.Н., Малкин А.С., Станис Е.В., Грунь В.Д. Состояние и перспективы развития шахтного фонда п/о «Ровенькиантрацит». Обзор по информационному обеспечению отраслевых научно-технических программ. – М.: ЦНИЭИуголь, 1987. – вып.24 – 25с.
16. Агафонов В.В., Малкин А.С., Тучков Е.Н., Качур И.А. Основные направления анализа шахтного фонда и коренные проблемы его развития. - М.: МГИ, 1988. - 86с.
17. Агафонов В.В., Станис Е.В. Определение горно-геологических характеристик, требующих высокой надежности оценки при развитии шахт. - В сб.: «Нетрадиционные технологии разработки угольных месторождений». – М.: МГИ, 1988. - С.32.
18. Агафонов В.В., Устинов М.И., Загородний А.А., Федоров В.П. Применение полевых выработок при вскрытии и подготовке шахтных полей.
– М.: ВНТИЦ, 1988 – 59с.
19. Агафонов В.В. Выбор целевой функции интегральных функционалов при оценке технологии действующих шахт. – М.: Деп. в ЦНИЭИуголь 05.04.1988. - №4497-уп. – 9 с.
20. Агафонов В.В., Малкин А.С. Принципиальные направления и перспективы развития угольной промышленности. - Материалы общероссийской инженерно-технологической конференции « Резервы ускорения экономического роста и удвоения ВВП России». – М.: 2006. - С.152- 153.
21. Агафонов В.В., Сошников С.Д. Обоснование и выбор технических решений в области извлечения угольных запасов из целиков в динамической постановке. - В сб. научных трудов факультета РПМ «Горное дело, промышленная безопасность и экология». - М.: МГГУ, 2006 - С.45-48.
22. A.S. MALKIN, V.V. AGAFONOV. Principal Quidelinesand prospects of Development in coal industries. - Proceedings of all-Russian Technological Engineering Conference Reserves accelerating economic growth and doubling Gross domestic product. - М.: 2006. – С.152.
Подписано в печать ____________________ Формат 90х60/16
Объем 2 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № _______
___________________________________________________________
Отдел печати Московского государственного горного университета,
М., Ленинский пр-т, д.6.
