Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Повышение эффективности разработки Харанорского буроугольного месторождения на основе совершенствования ведения вскрышных работ

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности разработки Харанорского буроугольного месторождения на основе совершенствования ведения вскрышных работ"

На правах рукописи

циношкин

Георгий Михайлович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ ХАРАНОРСКОГО БУРОУГОЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВЕДЕНИЯ ВСКРЫШНЫХ РАБОТ

Специальность 25.00.22 — Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 ПАР 2015

005560346

Чита-2015

005560346

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Забайкальский государственный университет»

Научный руководитель:

Овешников Юрий Михайлович, доктор технических наук, профессор, Почетный работник высшего профессионального образования РФ, заведующий кафедрой «Открытые горные работы» Забайкальского государственного университета

Официальные оппоненты:

Заровняев Борис Николаевич, доктор технических наук, профессор, декан горного факультета ФГА ОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова»

Ромашкин Юрий Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры открытых горных работ института горного дела, геологии и геотехнологии ФГАОУ ВПО РФ «Сибирский федеральный университет»

Ведущая организация: Институт горного дела и геосистем ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Защита состоится 22 апреля 2015 г. в 15— час на заседании диссертационного совета Д 212.299.01 при Забайкальском государственном университете (г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30, зал заседаний ученого и диссертационного советов).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 672039, г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30, ЗабГУ, ученому секретарю совета Д212.299.01

Факс:(3022)41-64-44; Web-server: www.zabgu.m; E-mail: root@zabgu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Забайкальский государственный университет» по адресу: 672000, ул. Кастринская, 1 и на сайте ЗабГУ: http://www.zabgu.ru/php/page.php?query=cinoshkin

Автореферат разослан < > февраля 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.299.01

канд. техн. наук, доцент

И.А. Бондарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Объемы добычи угля в России ежегодно возрастают (2010 г. - 323 млн т, 2011г. - 336 млн т, 2012 г. - 352 млн т, 2013 г. -353 млн т), и в перспективе согласно «Энергетической стратегии России на период до 2020 г» они должны увеличиться до 430 млн т / год за счет широкомасштабного вовлечения в открытую разработку крупных угольных месторождений, расположенных в труднодоступных районах страны со слаборазвитой инфраструктурой, неблагоприятным суровым климатом и сложными горно-геологическими условиями. При этом предусматривается вовлечение в хозяйственный оборот местных топливно-энергетических ресурсов Сибири и Дальнего Востока с максимальным использованием потенциала семнадцати приоритетных действующих угольных разрезов, к которым в Забайкальском крае относится «Разрез Харанорский» Сибирской угольной энергетической компании «СУЭК».

Анализ статистического материала, обобщение результатов ранее выполненных исследований, проведенных на действующем предприятии ОАО «Разрез Харанорский» показывают, что основной задачей является увеличение объемов добычи угля и достижение проектной производственной мощности 12 млн т/год. Однако в настоящее время буроугольный разрез находится в состоянии, характеризующимся высоким износом основного горного выемочно-погрузочного и транспортного оборудования, снижением объемов вскрышных работ и их отставанием, а также ограничением готовых к выемке запасов угля. Вопросы, связанные с совершенствованием производства вскрышных работ и разработкой методики их выполнения исследованы недостаточно полно.

Для выхода из создавшегося кризисного положения и повышения экономической эффективности открытой разработки Харанорского буроугольного месторождения, необходимо выполнить техническое перевооружение разреза.

Во-первых, требуется замена железнодорожной вскрыши на автотранспортную, а во-вторых — замена всего существующего парка экскаваторов и самосвалов, применяемых на вскрыше на более производительные. Поэтому создание вскрышного комплекса с применением передовых технологий и современного горнотранспортного оборудования на ОАО «Разрез Харанорский» является актуальной научной задачей.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Федеральной программой «Уголь России в 2010-2020 гг.», а также в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности Минобрнауки РФ № 27. 2479. 2014 К по теме «Управление развитием модульных программ для ведущих отраслей экономики Забайкальского края на основе государственно-частного партнерства» и на основе результатов нескольких хоздоговорных работ, выполненных кафедрой ОГР ЗабГУ совместно с Харанорским разрезом.

Цель работы состоит в повышении эффективности открытой разработки Харанорского буроугольного месторождения путем совершенствования производства вскрышных работ.

Основные задачи исследований:

- выполнить критический анализ применяемых технологий ведения открытых горных работ, дать оценку состояния и перспектив производства при освоении угольных месторождений России и Забайкальского края;

- выполнить анализ производства вскрышных работ на разрезе Хара-норский за период 1992-2013 гг.;

- выполнить статистический анализ динамики вскрышных работ по видам транспорта за последние 10 лет и сменной производительности парка автосамосвалов БелАЗ-7519 и БелАЭ-7523 в течение неустойчивого по климатическим условиям месяца - апреля 2001 года;

- разработать математическую формулировку задачи распределения вскрышных грузопотоков от шести экскаваторных забоев на четыре отвала;

разработать методику оптимизации параметров карьерного автомобильного транспорта методом линейного программирования;

- методом линейного программирования с использованием компьютерной системы электронных таблиц Microsoft Excel вычислить оптимальные распределения вскрышных грузопотоков в зависимости от ограничений по производительности экскаваторов, пропускной способности отвалов и производительности автопарка;

- усовершенствовать существующий вскрышной комплекс на ОАО «Разрез Харанорский» с учетом применения передовых технологий и современного горнотранспортного оборудования;

- дать экономическую и экологическую оценку эффективности применения синтетических геотекстильных материалов для укрепления дорожных покрытий внутрикарьерных автомобильных дорог.

Идея работы заключается в том, что повышение эффективности открытой разработки Харанорского месторождения обеспечивается путем создания вскрышного комплекса с применением передовых технологий и современного горнотранспортного оборудования.

Методы исследований. Использованы современные методы исследований включая:

- анализ статистических данных и обобщение результатов ранее выполненных исследований по проблемам технологии открытой разработки угольных месторождений;

- патентно-информационные, теоретические и натурные исследования;

- методы математической статистики и программные средства расчетов на ЭВМ;

- опытно-промышленные испытания;

- технико-экономический анализ результатов.

Объект исследования - Харанорское буроугольное месторождение Забайкальского края, ОАО «Разрез Харанорский» СУЭК.

Предмет исследования - технология производства вскрышных работ и карьерный транспорт на вскрыше.

Защищаемые научные положения.

1. Выявленные закономерности снижения среднегодового объема железнодорожной вскрыши на 3 % в год и увеличения доли использования автомобильного транспорта на 5 % в год за 1992-2013 гг. требуют усовершенствования технологических процессов автотранспортной вскрыши на основе замены устаревших автосамосвалов малой грузоподъемности новыми -большегрузными моделями, позволяющей - увеличить производительность среднестатического автосамосвала на 690 м3 / смену.

2. Разработанная методика оптимизации параметров карьерного автотранспорта позволяет оперативно методом линейного программирования с использованием стандартной системы электронных таблиц Microsoft Excel находить оптимальные сменные планы загрузки экскаваторов и направление грузопотоков в зависимости от ограничений по сменной производительности экскаваторов (включая возможные простои одного или нескольких экскаваторов), ограничений по пропускной способности отвалов и возможной производительности парка автосамосвалов.

3. Создание вскрышного комплекса с применением передовых технологий и современного горнотранспортного оборудования на ОАО «Разрез Хара-норский» позволяет повысить производительность труда на вскрышных работах на 190 %, снизить затраты по вскрыше на 26 % и сократить численность трудящихся в три раза.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- корректным решением поставленных задач;

- необходимым и представительным объемом выполненных исследований;

- удовлетворительной сходимостью результатов, экспериментальных и теоретических исследований;

- положительными результатами внедрения новых технологий и рекомендаций в рабочие проекты и горное производство (основные выводы и предложения проверены и подтверждены в промышленных условиях ОАО СУЭК «Разрез Харанорский»).

Научная новизна работы.

1. Установлено, что износ автосамосвалов в целом составляет 79,5 %, более изношенными являются большегрузные автосамосвалы БелАЗ-7519 - 92 %. Почти половина (42 %) автосамосвалов имеют износ более 80 %, при этом три четверти автосамосвалов БелАЗ-7519 имеют критический износ более 80 %.

2. Установлены закономерности снижения железнодорожной вскрыши и увеличения доли автомобильного транспорта при производстве вскрышных работ в период с 1992 по 2013 гг.

3. Установлены основные закономерности повышения производительности труда на вскрышных работах на 190 %, снижения затрат по вскрыше на 26 % и сокращения численности трудящихся в три раза путем создания вскрышно-

го комплекса с применением передовых технологий и современного горнотранспортного оборудования на ОАО «Разрез Харанорский».

4. Разработана методика системной оценки и оптимизации параметров карьерного автотранспорта, позволяющая оперативно методом линейного программирования с использованием стандартной системы электронных таблиц Microsoft Excel находить оптимальные сменные планы загрузки экскаваторов и направление грузопотоков в зависимости от ограничений по сменной производительности экскаваторов (включая возможные простои одного или нескольких экскаваторов) ограничений по пропускной способно-сти отвалов и возможной производительности парка автосамосвалов.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Обоснована целесообразность замены железнодорожной вскрыши на автомобильную (ОАО «Разрез Харанорский» СУЭК), обеспечивающей повышение объемов добычи угля и в целом эффективности ОГР.

2. Разработан вскрышной комплекс с применением передовых технологий и современного горнотранспортного оборудования на ОАО «Разрез Харанорский», позволяющий повысить производительность труда на вскрышных работах на 190 %, снизить затраты по вскрыше на 26 % и сократить численность трудящихся в три раза.

4. Личный вклад автора:

- разработка идеи и определение цели работы;

- постановка задач исследования, разработка теоретической основы методов их решения и анализ результатов;

- организация и проведение экспериментальных исследований, опытно-промышленных испытаний и внедрения в промышленное производство предложенных технологий и вскрышного комплекса;

- статистическая обработка результатов исследований и проведение математических расчетов с помощью ЭВМ.

Автор является исполнителем научно-исследовательских работ, включенных в отраслевые комплексные программы. Практическое внедрение теоретических разработок осуществлялось при непосредственном участии автора на предприятии ОАО «Разрез Харанорский» СУЭК.

Реализация результатов исследований.

1. Результаты исследований по созданию вскрышного комплекса с применением передовых технологий и современного горнотранспортного оборудования внедрены в производство на предприятии ОАО СУЭК «Разрез Харанорский» и в учебный процесс ФГБОУ ВПО РФ «ЗабГУ».

2. Разработанная методика оценки и оптимизации параметров карьерного автомобильного транспорта при производстве вскрышных работ на угольных разрезах внедрена в учебный процесс на Горном факультете ФГБОУ ВПО РФ «ЗабГУ».

Апробация работы. Основные положения, результаты, выводы и рекомендации, полученные в результате выполненных научно-исследовательских работ и вошедшие в диссертацию, докладывались на: научно-практиче-

ской конференции главных специалистов горных предприятий Забайкалья, научно-технических и научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава сотрудников и студентов ЗабГУ (Чита, 2010-2014 гг.), научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2010, 2013, 2014 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ. Из них 5 в реферируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка - 130 наименований и включает 138 с. машинописного текста, 35 таблиц, 17 рисунков и 6 приложений.

В первой главе представлена оценка состояния угледобывающей отрасли промышленности РФ и перспективы использования различных видов карьерного транспорта при добыче угля в России и Забайкальском крае. Определены цель, задачи, объект и предмет исследований.

Во второй главе представлены особенности объекта исследования - Ха-ранорского буроугольного месторождения. Выполнен анализ современного состояния выемочно-погрузочных и транспортных работ и анализ месячной работы экскаваторно-автомобильного комплекса. Обоснована замена железнодорожного транспорта на автомобильный при выполнении вскрышных работ и создание вскрышного комплекса с применением передовых технологий и современного горнотранспортного оборудования на ОАО «Разрез Харанорский»

В третьей главе приведена методика расчета и оптимизации параметров карьерного автотранспорта, выполнено моделирование карьерного автотранспорта методом линейного программирования.

В четвертой главе представлены основные технико-экономические показатели, пять вариантов комплектации оборудования вскрышного комплекса при разработке Харанорского буроугольного месторождения, рассмотрены вопросы использования геотекстильных материалов для укрепления автомобильных дорог и железнодорожного полотна.

В заключении обобщены основные результаты исследований, полученные в соответствии с поставленными задачами.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору, д-ру техн. наук Ю.М. Овешникову, а также всему коллективу кафедры открытых горных работ ЗабГУ за конструктивные предложения и поддержку при проведении теоретических, экспериментальных исследований, их практической реализации и внедрении в производство. Особую благодарность автор выражает д-ру техн. наук, профессору кафедры открытых горных работ ЗабГУ Ю.В. Субботину за научные консультации.

Разработка ряда практических рекомендаций, проведение экспериментальных исследований в натурных условиях, промышленные испытания и внедрение были бы невозможны без помощи и поддержки специалистов и руководителей ОАО «Разрез Харанорский», которым автор выражает свою признательность.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Существенный вклад в теорию и практику разработки твердых полезных ископаемых - бурого и каменного угля, руд цветных и черных металлов внесли известные ученые: М.И. Агошков, А.И. Арсентьев, Ю.И. Анистратов, В.А. Боярский, М.В. Васильев, К.Е. Винницкий, B.C. Коваленко, А.И. Косолапов, H.A. Кулешов, Г.Г. Ломоносов, Н.В. Мельников, В.В. Манкевич, O.A. Мисевра, М.Г. Новожилов, В.В. Ржевский, К.Н. Трубецкой, П.И. Томаков, B.C. Хохряков, Г.А. Холодняков, Е.Е. Шешко, М.И. Щадов, Б.П. Юматов и др.

Значительный вклад в решение проблем транспортирования горных пород, руды и угля внесли коллективы научно-исследовательских, проектно-конструкторских институтов и вузов - Гипроуглемашобогащение, УкрНИИ-углеобогащение, НИИОГР, КузбассНИОГР, МГГУ, Санкт-Петербургский, Иркутский, Забайкальский государственные технические университеты и др.

Угольное топливо было и остается основным и наиболее надежным первичным энергоресурсом потребителей Забайкальского края. Разработка месторождений угля здесь осуществляется пятью крупными и пятью малыми разрезами.

Наиболее важным и перспективным для промышленного освоения является Харанорское месторождение бурых углей.

В настоящее время отработка основного участка карьерного поля №2 осуществляется по транспортной системе разработки, а основного участка карьерного поля №3 - по комбинированной системе разработки с использованием:

- на бестранспортной вскрыше - драглайнов ЭШ-15/80 и ЭШ-10/70;

- на автотранспортной вскрыше - экскаваторов ЭКГ-12,5 и ЭКГ-8И, автосамосвалов грузоподъемностью 42 и 110 т;

- на железнодорожной вскрыше - экскаваторов ЭКГ-12,5 и ЭКГ 4У, тепловозов ТЭМ-7 и думпкаров 2ВС-105;

- на железнодорожных отвалах - экскаваторов ЭШ-13/50, ЭШ-10/70 и ЭКГ-4У;

- на добычных работах - роторных экскаваторов ЭР-1250 (ЭРП-1600) и К-650, тепловозов ТЭМ-7 и 2ТЭ-10В, вагонов МПС.

Транспортирование вскрышных пород на Харанорском разрезе является одним из наиболее напряженных технологических процессов и от него в значительной степени зависят технико-экономические показатели добычи угля.

Соотношение средних объемов вскрыши выполненной за период с 1992 по 2013 гг. при использовании бестранспортной и транспортной (автомобильный и железнодорожный транспорт) системам разработки представлены на рис.1.

В связи с падением объемов добычи угля после 2001 года период производства вскрышных работ с 1992 по 2013 гг. характеризуется двумя этапами: 1 - (1992-2001 гг.) и 2 - (2001 -2013 гг.).

□ Автотранспортная ■ Железнодорожная В Бестранспортная

Рис.1. Доля производства вскрышных работ по видам (1992-2013 гг.), %

На первом этапе с 1992 по 2001 гг. среднегодовые объемы вскрыши составили 17,4 млн м3 / год (рис. 2).

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

Годы

план по разрезу — "-------------- ' -----

- факт а/т

Я факт по разрезу — план ж/д

план а/т - факт ж/д

Рис. 2. Динамика вскрышных работ на Харанорском разрезе в 1992-2001 гг.

Бестранспортная вскрыша 1,86...4,85 млн м3 / год, транспортная 9... 15 млн м3 / год (в том числе с применением автомобильного транспорта -7,35...13,7 млн м3 / год и железнодорожного транспорта - 1,14...6,4 млн м3 / год). Общий объем вскрышных работ за десять лет составил 174,13 млн. м3 — на 0,5 % меньше планового из-за кризисных лет в 1998-2000 гг., в том числе автотранспортная вскрыша - 102,7 млн. м3 или 59 % от общего объема, железнодорожная вскрыша - 39,0 млн. м3 (22 %) и вскрыша по бестранспортной системе разработки - 32,4 млн. м3 (19 %).

Максимальные годовые объемы вскрыши были достигнуты в 1992 году -22,25 млн. м3, минимальный объем вскрышных работ - 11,63 млн. м3 приходится на первый кризисный 1998 год (табл. 1).

Таблица 1

Объёмы вскрышных работ по видам транспорта за период 1992-2001 гг.

Вид транспорта на вскрыше Объем вскрыши, млн. м /год./%

Среднегодовой шах - 1992 г. тт- 1998 г.

Автомобильный 10,27/59 11.0 7,35

Железнодорожный 3,9/22 6,4 2,42

Бестранспортный 3,24/19 4,85 1,86

Всего 17,41/100 22,25 11,63

Наблюдается тенденция к снижению объемов железнодорожной вскрыши. Так, в 1992 г доля железнодорожной вскрыши составляла 28,4 % от общего объема вскрышных работ, в 1997 г она снизилась до 16,7 %, в 1999 г - до 9,0 % и только в 2000 и 2001 гг. повысилась до 15,3 % и 17,2 %, соответственно. Доля автотранспортной вскрыши напротив неуклонно возрастает: в 1992 г она составляла 49,4 %, в 1997 г - 66,2 %, несколько снизилась в 2000 г - 58,8% и в 2001 г - 64,4 %. Изменение объёмов бестранспортной вскрыши не имеет устойчивого тренда, они колеблются относительно средней её доли 19 % от 13,8 % в 1995 г до 21,8 % в 1992 г и до 25,9 % в 2000 г (рис. 2).

По автотранспортной вскрыше минимальный 7,35 млн. м3 и максимальный 13,7 млн. м3 показатели были достигнуты в 1998 и 2001 годах, соответственно, по железнодорожной вскрыше минимальный 1,14 млн. м3 и максимальный 6,4 млн. м3 — в 1999 и 1992 годах соответственно, и по бестранспортной вскрыше 1,86 млн. м3 и 4,85 млн. м3 - в 1998 и 1992 годах, соответственно.

Плановые и фактические объёмы вскрышных работ по видам транспорта заметно различаются (рис. 2): если фактические объёмы бестранспортной вскрыши всегда были выше плановых (иногда в несколько раз), то фактические объёмы железнодорожной вскрыши были всегда ниже плановых (в отдельные годы в несколько раз).

Фактические объёмы автотранспортной вскрыши были на 5...7 % выше плановых в период 1992-1997 гг. В кризисные 1998-2000 гг. фактические объёмы этого вида транспорта были существенно ниже плановых, что отразилось на соотношении плановых и фактических показателей вскрышных работ в целом по разрезу.

Начиная с 2001 г и по настоящее время Харанорский буроугольный разрез находится в состоянии, характеризующимся высоким износом основного горного выемочно-погрузочного и транспортного оборудования, снижением объемов вскрышных работ и их отставанием, а также ограничением готовых к выемке запасов угля.

График изменения объемов вскрышных работ с 2001 по 2013 год приведен на рис.3.

Рис. 3. Динамика вскрышных работ на Харанорском разрезе в 2001-2013 гг.

10

Максимум по автотранспортной вскрыше - 64,4 % или 13,7 млн. м3 / год достигнут в 2001 г.

При годовой добыче угля роторными экскаваторами с погрузкой угля в железнодорожные вагоны МПС достигшей в 2001 г 9,5 млн т, общие годовые объемы вскрыши составили 21,95 млн м3, из них: бестранспортная - 4,85 млн м3, транспортная - 17,1 млн м3 (в том числе с применением автотранспорта 13,7 млн м3 и железнодорожного транспорта 3,4 млн м3).

В период 2002-2013 гг. на разрезе начался процесс технического перевооружения - старое, выработавшее свой ресурс горное оборудование (экскаваторы, тепловозы, автосамосвалы) списывается. Поэтому начиная с 2002 г среднегодовые объемы вскрыши снизились в 2,5 раза по сравнению с 2001 г и в среднем за год составили 8,8 млн м3.

Колебания объемов бестранспортной вскрыши за эти годы незначительные от 0 до 1,98 млн м3 / год, объемы транспортной вскрыши изменяются с возрастанием от 2,9 до 13,5 млн м3 / год (в том числе с применением автомобильного транспорта от 2,2 до 8,7 млн м3 / год и железнодорожного транспорта от 0,7 до 4,8 млн м3 / год).

Минимальный годовой объем вскрыши (рис.3) приходится на 2005 г - 2,9 млн м3: автотранспортная — 2,2 млн м3, железнодорожная - 0,7 млн м3, бестранспортная - 0.

В 2011 г объемы вскрыши достигли максимального значения - 14,5 млн м3: автотранспортная - 8,7 млн м3, железнодорожная - 4,7 млн м3, бестранспортная — 1,1 млн м3. При этом сохранилась тенденция увеличения автотранспортной вскрыши.

Анализ выполненных исследований показал, что для повышения экономической эффективности открытой разработки Харанорского буроугольного месторождения, необходимо выполнить техническое перевооружение. Во-первых, требуется замена железнодорожной вскрыши на автотранспортную, а во-вторых - замена всего существующего парка экскаваторов и самосвалов, применяемых на вскрыше на более производительные.

Создание вскрышного комплекса с применением передовых технологий и современного горнотранспортного оборудования на ОАО «Разрез Харанор-ский» является актуальной научной задачей. Поэтому к 2013 году на разрезе произведена частичная замена устаревших автосамосвалов используемых на автотранспортной вскрыше на новые автосамосвалы большей грузоподъемности - БелАЗ-7512 (120 т), БелАЗ-75131 (130 т) и БелАЗ-75302 (220 т) (табл. 2).

Таблица 2

Автопарк новых автосамосвалов на вскрыше (1.01.2013 г)_

Оборудование Количество

БелАЗ-7512 (грузоподъемность 120 т) 5

БелАЭ-75131 (грузоподъемность 130 т) 2

БелАЗ-75135 (грузоподъемность 130 т) 2

БелАЗ-75302 (грузоподъемность 220 т) 1

Итого 10

Выполненные исследования подтверждают первое научное положение: Выявленные закономерности снижения среднегодового объема железнодорожной вскрыши на 3 % в год и увеличения доли использования автомобильного транспорта на 5 % в год за 1992-2013 гг. требуют усовершенствования технологических процессов автотранспортной вскрыши на основе замены устаревших автосамосвалов малой грузоподъемности новыми - большегрузными моделями, позволяющей увеличить производительность среднестатического автосамосвала на 690 м3 / смену.

Задача минимизировать транспортную работу по автомобильной вскрыше заключается в строгой математической формулировке целевой функции и ограничений.

Обозначим объемы перевозок от 1-ого забоя до ]-ого отвала (Ху > 0) Целевая функция минимизирует объем транспортной работы, в общем виде она представляет следующее оптимизационное уравнение:

Ъ= ЕХу. Ц -итнп (1)

где Ху - объемы перевозок от 1-ого забоя до ^ого отвала, м3/смену;

Ц - расстояние 1-ого забоя (экскаватора) до >ого отвала (табл. 3), км.

Таблица 3

_Расстояния транспортирования от забоев до отвалов (Ь, км)_

Экскаватор и номер забоя Отвалы

1 2 3 4

ЭКГ-12.5

№ 92 (№ 1) 1,5 3,0 3,2 3,7

№ 69 (№ 2) 2,5 2,0 2,2 2,7

№ 93 (№ 3) 2,7 1,8 2,0 2,5

ЭКГ-8и

№2169 (№4) 3,5 1,7 2,0 1,7

№ 2039 (№ 5) 3,8 1,8 2,2 2,0

№ 1508 (№ 6) 4,8 2,8 3,2 3,0

Для конкретных условий Харанорского разреза (6 экскаваторов и 4 отвала) целевую функцию представим в следующем виде:

2=Х11*Ь11+Х12*Ь12+Х1З*Ь1З+Х14*Ь14+Х21*Ь21+Х22*Ь22+Х2З*Ь2З+Х24*Ь24+ХЗ

1*Ь31+Х32*ЬЗ2+ХЗЗ!,!ЬЗЗ+ХЗ4*ЬЗ4+Х4,*Ь41+Х42*Ь42+Х4З*Ь4З+Х44*Ь44+Х51*Ь51+Х52*5

2+Х53 * Ь5з+Х54 * Ь54+Х61 * Ь61+Х62* Ь62+Х6з * Ь6з+Х64 * Ь64—»тт. (2)

С учетом данных табл.3 целевая функция представляется в виде: 2=1,5*Х11+3*Х12+3,2*Х1З+3,7*Х14+2,5*Х21+2*Х22+2,2*Х2З+2,7*Х24+2,7*Х З1+1,8*ХЗ2+2*Хзз+2,5*ХЗ4+3,5*Х4,+1)7*Х42+2*Х4З+1,7*Х44+3,8*Х51+1,8*Х52+2,2 *Х5З+2*Х54+4,8*Х61+2,8*Х62+3,2*Х6З+3*Х64 -НТМП. (3)

Здесь Хп означает объем вскрыши от экскаватора ЭКГ -12,5 № 92 (в целевой функции имеет индекс № 1) до отвала № 1, Х!2 то же, но до отвала № 2 и т.д. Хб4 - то же, но уже от экскаватора ЭКГ-8и №1508 до отвала № 4 (в целевой функции имеет индекс № 6). Для поиска оптимального решения, ми-нимизирующего объем транспортной работы, необходимо ввести ограничения:

Ограничения по сменной производительности экскаватора:

Ху = А! 0= 1,2,3......ш), (4)

где А; — сменная производительность ¡-го экскаватора, тогда:

1.ХП+Х12+Х,з+Х14>2550

2.Х21+Х22+Х23+Х24 > 2550

3.Хз,+Хз2+Хзз+Хз4 > 2550

4.Х41+Х42+Х43+Х44 > 1907

5.Х51+Х52+Х5з+Х54 > 1907 б-Ха.+Хвг+Хвз+Хм > 1907

Ограничения приняты по фактическим данным работы экскаваторов за 2010 г для экскаваторов ЭКГ-12,5 и ЭКГ-8И, соответственно, 2550 м3/смену и 1907 м3/смену.

Ограничения по пропускной способности отвала:

Ху<В^=1,2,3...п), (5)

где Вц - пропускная способность ^го отвала.

Тогда: 7.Х„+Х21+Хз1+Х41+Х51+Х61 <3350

8.Х12+Х22+Хз2+Х42+Х52+Х62 < 3350

9.Х1З+Х23+Хзз+Х4З+Х5З+Х6З < 3350 Ю.ХН+Х24+Х34+Х44+Х54+Х64 < 3350

Результаты расчетов приведены в табл. 4.

Таблица 4

Объем транспортной работы (вариант 9)__

Марка экска- Номер экскаватора Отвал Сумма

ватора (забоя) 1 2 3 4

ЭКГ-12,5 92(1) 2550 0 0 0 2550

69(2) 0 2550 0 0 2550

93 (3) 0 2550 0 0 2550

ЭКГ-8И 2169(4) 0 0 0 1907 1907

2039(5) 0 1907 0 0 1907

1508(6) 0 0 0 0 1907

Сумма объемов перевозок на отвал 2550 8914 0 1907

Ъ = 25529,1 м'.км.

Фактическое распределение объемов вскрыши на разрезе приведено в табл.5.

Таблица 5

_Фактическое распределение объемов вскрыши на разрезе_

Марка экска- Номер экскаватора Отвал Сум-

ватора (забоя) 1 2 3 4 ма

ЭКГ-12,5 92(1) 2550 0 0 0 2550

69(2) 0 2550 0 0 2550

93 (3) 0 2550 0 0 2550

ЭКГ-8И 2169(4) 0 0 1907 0 1907

2039 (5) 0 0 0 1907 1907

1508(6) 0 0 0 1907 1907

Сумма объемов перевозок на отвал 2550 5100 1907 3914

Ъ = 26864м3. км.

Как видно из табл. 5 оптимальный план предусматривает производить перевозку в конкретных объемах в основном на кратчайшие расстояния от экскаваторов до отвалов, при этом производительность экскаваторов не превышает средних фактических данных.

Все отвалы загружены до предельно допустимой пропускной способности. Изменение плана перевозок не происходит, экскаваторы будут работать с максимально возможной производительностью: ЭКГ-12,5 - 8500 м3/смену, ЭКГ-8И - 6500 м3/смену при соответствующей пропускной способности отвалов В = (8500*3+6500*3)/4 = 11250 м3/смену.

В настоящее время на разрезе парк автосамосвалов составляет 19 БелАЗ-7519, на вскрышных работах в среднем работают 12 автосамосвалов, остальные находятся в ремонте или используются на других работах. Общее число автосамосвалов БелАЗ-7523 составляет 20 машин, из них на вскрыше работают в среднем 12 машин.

Исходя из этого, предельная производительность автопарка составляет 27 тыс. м3/смену. Поэтому к ограничениям по второму варианту, т.е. при максимальной возможной производительности экскаваторов дополнительно введено ограничение:

Ху < 27 тыс. м3/смену.

Для этого варианта получен план вскрыши (вариант 6), по которому практически выводится из работы отвал № 4 и 2 экскаватора ЭКГ-8И (№ 2039 и № 1508), а экскаватор № 2169 загружен частично - 1500 м3/смену. При этом, естественно, объем транспортной работы уменьшается на 18,35 тыс.м км или на 25 %. В реальной ситуации один из отвалов не может принимать автосамосвалы и поэтому необходимо перераспределить объемы вскрыши. Для случая, когда отвал № 1 не используется, а ограничения соответствуют первому варианту, получен соответствующий план (вариант 7), согласно которому объем транспортной работы возрастает по сравнению с первым вариантом на 3880 м3 км или на 14 %.

Любопытно, что при распределении автосамосвалов по забоям и маршрутам на отвалы, которое применяется в условиях разреза, а именно - от экскаваторов ЭКГ-12,5 № 92 на отвал № 1, № 69 и № 93 на отвал № 2 по 2550 м3/смену и от экскаваторов ЭКГ -8 № 2169 на отвал № 3, № 2039 и № 1508 на отвал № 4. Объем транспортной работы составляет Ъ = 26864 м3.км, т.е. очень близок к оптимальному по варианту 1, более того объем транспортной работы здесь меньше на 9,2 м3.км (менее 0,1 %). Это свидетельствует о том, что существует план вскрыши, по которому объем транспортной работы должен быть еще меньше. После анализа полученных результатов приходим к выводу, что если в первом варианте снять ограничения на пропускную способность отвалов, т. е. ограничения 7-10 представить в виде следующего неравенства:

Ххч > 0, (6)

то получим, очевидно, наилучший план автомобильной вскрыши, обеспечивающий минимальный объем транспортной работы - 25529,1 м3.км (5,2 %) (ва-

риант 9), что на 1134,9 м3.км меньше объема транспортной работы по фактическому распределению потоков вскрыши.

Вышеизложенное является доказательством второго научного положения, выносимого на защиту, а именно: разработанная методика оптимизации параметров карьерного автотранспорта позволяет оперативно методом линейного программирования с использованием стандартной системы электронных таблиц Microsoft Excel находить оптимальные сменные планы загрузки экскаваторов и направление грузопотоков в зависимости от ограничений по сменной производительности экскаваторов (включая возможные простои одного или нескольких экскаваторов) ограничений по пропускной способности отвалов и возможной производительности парка автосамосвалов.

Анализ технического состояния автосамосвалов показывает, что средневзвешенный процент износа в целом по парку автосамосвалов составляет 70,47 %, в том числе по БелАЗ-7519 - 72 %, а по БелАЗ-7523 - 63 %.

На основе анализа работы предприятия за период 1992-2013 гг. предлагаются следующие технические и технологические решения:

- замена железнодорожной вскрыши на автотранспортную;

- замена всего существующего парка экскаваторов и самосвалов на вскрыше на более производительные.

Предложены варианты комплектации оборудования вскрышного комплекса (табл. 6), наиболее оптимальным из которых является V вариант.

Таблица б

Варианты комплектации оборудования вскрышного комплекса

Варианты набора оборудования Номер варианта I II 1 III 1 IV 1 V

Тип воспроизводства Локальное воспроизвд- ство Комплексное воспроизводство

Экскаватор Существующий набор оборудования + БелАЗ-75131 (4 ед.) ЭКГ-18 (2 ед.) РС-5500 (2 ед.) Р&Н-2800 Хар-нешфегер (1 ед.) Р&Н-2800 Хар-нешфегер (1 ед.)

Автосамосвал БелАЗ-75306 (9 ед.) Холпак 830Е (6 ед.) БелАЗ-75306 (9 ед.) Холпак 830Е (6 ед.)

Критерии оценки Суммарные капитальные затраты, млн.руб. 216 1310 1574 1151 1447

Суммарные эксплуатационные затраты, млн.руб. 2154 1895 1685 1682 1596

Себестоимость 1 мЗ вскрыши.руб. 42,0 37,8 32,34 32,29 30,6

Чистый дисконтированный доход (ЫРУ), тыс.руб. 76 817 77 269 140 929 409177 389 850

ОТУ к базовому варианту, тыс.руб. 0 452 64 112 332 359 313 032

Оптимальный вариант Вариант V

В основе принципа выбора нового оборудования заложены: высокая производительность, технико-экономические показатели, опыт работы предлагаемого оборудования на других предприятиях России.

Себестоимость вскрышных работ по существующей и предлагаемой схеме разработки представлена на рис. 4.

Ожидаемые результаты инвестирования: ликвидация железнодорожной вскрыши, оптимизация численности персонала вскрышного комплекса, исключение затрат на производство БВР, увеличение коэффициента использования оборудования, снижение затрат на вспомогательные и ремонтные работы, в связанных с эксплуатацией железнодорожного транспорта, увеличение производительности труда вскрышного комплекса на участке «Объединенный фронт». _______

Вариант 1 Вариант 2

Существующая схема Предлагаемая схема

Рис. 4. Величина затрат на производство вскрыши по вариантам

Производственно-технические показатели по предлагаемой схеме производства вскрыши (оптимальный вариант вскрышного комплекса) приведены в табл. 7.

Таблица 7

Основные производственно-технические показатели по вскрышному ком-

плексу на 2010-2014 гг.

Показатели 2010 2011 2012 2013 2014

Автосамосвал Е830 Холпак,шт. 2 1 1 1 1

Экскаватор Р&Н2800 ХРС,шт. 1 - - - -

Потребности в капитальных затратах по предлагаемому варианту окупаются за счет чистой прибыли и реализации высвобождаемой базовой техники за 2,1 года.

Внутренняя норма доходности IRR для данного варианта равна 72,4 %. Интегральный экономический эффект NPV равен 313 032 тыс. р.

В сравнении с существующей технологией и традиционным набором горнотранспортного оборудования экономическая эффективность предлагаемого варианта существенна, что видно из графика основных денежных потоков (рис. 5).........................................................

313 032

-Капиталовложения по проекту (без НДС), тыс.руб.

-Чистый дисконтированный доход накопленным итогом, тыс.руб. ^РУ)

Показатель EBITDA

600 ООО 400 000 200 ООО О

-17Г. fiM п/1 rnnn а—'n 462 973 (по базовому варианту)

ГП 71П j -EBITDA (по проекту)

2010 2011 2012 2013 2014

Рис. 5. График основных денежных потоков

Приведенные показатели свидетельствуют об экономической целесообразности замены базовой техники на вскрыше на новую.

Вышеизложенное является доказательством третьего научного положения, выносимого на защиту, а именно: создание вскрышного комплекса с применением передовых технологий и современного горнотранспортного оборудования на ОАО «Разрез Харанорский» позволяет повысить производительность труда на вскрышных работах на 190 %, снизить затраты по вскрыше на 26 % и сократить численность трудящихся в три раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований в диссертационной работе решена научно-техническая задача повышения эффективности разработки Харанорского буроугольного месторождения Забайкальского края за счет совершенствования вскрышных работ.

Основные научные и практические результаты проведенных исследований заключаются в следующем:

1. Анализ технического состояния парка автосамосвалов показал, что износ автосамосвалов в целом составляет 79,5 %, более изношенными являются большегрузные автосамосвалы БелАЗ-7519 - 92 %. Почти половина (42 %) ав-

тосамосвалов имеют износ более 80 %, при этом три четверти автосамосвалов БелАЗ-7519 имеют критический износ более 80 %.

2. Выполнен анализ динамики вскрышных работ за период с 1992 по 2013 гг. При этом наблюдается устойчивая тенденция к уменьшению доли железнодорожной вскрыши и увеличению доли автотранспортной вскрыши. При сравнительно стабильной добыче угля (план — 7,9...7,97 млн т, факт - 8,4...9,5 млн тонн в год) годовые объемы вскрыши колеблюблются от 11,63 млн м3 до 22,25 млн м3 в год (при среднем объеме - 17,48 млн м3/год). Резкое снижение объемов вскрыши отмечено в кризисные годы 1998 - 2000 гг. Доля автотранспортной вскрыши составила в среднем 59 % от общего объема, железнодорожная вскрыша - 22 % и вскрыша по бестранспортной системе разработки - 19 %.

4. Разработана программа расчетов на компьютере загрузки автосамосвалов, скоростей движения на трассе, длительности элементов оборота, производительности и парка машин. Выполнены расчеты для варианта распределения грузопотоков, близкого к оптимальному и применяемого на разрезе. Установлено, что сменная производительность автосамосвалов БелАЗ-7519 (110 т) выше сменной производительности БелАЗ-7523 (42 т) в 2,7 раза при погрузке экскаватором ЭКГ-12,5 и в 2,2 раза при погрузке экскаватором ЭКГ-8И.

5. Разработана математическая модель оптимизации распределения грузопотоков на вскрыше (от трех забоев с экскаваторами ЭКГ-12,5 и трех забоев с экскаваторами ЭКГ-8И на четыре отвала, всего двадцать четыре переменных), позволяющая оперативно методом линейного программирования с использованием стандартной системы электронных таблиц Microsoft Excel находить оптимальные сменные планы загрузки экскаваторов и направление грузопотоков в зависимости от ограничений по сменной производительности экскаваторов (включая возможные простои одного или нескольких экскаваторов), ограничений по пропускной способности отвалов и возможной производительности парка автосамосвалов.

6. По критерию минимума транспортной работы выявлены оптимальные планы распределения грузопотоков по девяти вариантам. Установлено, что применяемый на разрезе план обеспечивает объем транспортной работы 26864 м3*км и очень близок к наилучшему плану автомобильной вскрыши, обеспечивающего минимальный объем транспортной работы 25529 м3*км или на 5,2 % меньше объема транспортной работы по применяемой на разрезе схеме (плану) автотранспортной вскрыши.

7. Предельная сменная производительность автопарка составляет 27 тыс.м3, что на 18 тыс.м3 меньше возможной сменной производительности вскрышных экскаваторов ЭКГ-8И (3 шт) и ЭКГ-12,5 (3 шт) - 45,0 тыс.м3, поэтому для повышения производительности экскаваторно-автомобильного комплекса в целом необходимо увеличить производительность автосамосвалов и численность автопарка.

8. Создание вскрышного комплекса с применением передовых технологий и современного горнотранспортного оборудования на ОАО «Разрез Хара-норский» позволит: повысить производительность труда на вскрышных рабо-

тах на 190 %; снизить затраты по вскрыше на 26 %; окупить увеличение потребности в капитальных затратах за счет чистой прибыли и реализации высвобождаемой базовой техники за 2,1 года; получить внутреннюю норму доходности IRR для данного варианта равной 72,4 %.

9. Фактическая экономическая эффективность от реализации предложенных технических решений составила 103 млн. руб/год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России:

1. Циношкин Г.М. Анализ производства вскрышных работ на Харанор-ском угольном разрезе в период 1992-2001 гг. / Г.М. Циношкин // Вестник Забайкальского государственного университета. № 6 (109). - Чита: ЗабГУ, 2014. -С. 57-66.

2. Субботин Ю.В. Технологические методы совершенствования работы Харанорского разреза в 2001-2013 гг. / Субботин Ю.В., Ю.М. Овешников, Г.М. Циношкин // Вестник Забайкальского государственного университета. № 12 (115). - Чита: ЗабГУ, 2014. - С. 40-50.

3. Авдеев П.Б. Геотехнологические проблемы разработки Харанорского буроугольного месторождения / П.Б. Авдеев, Ю.М. Овешников, Г.М. Циношкин, А.Г. Самойленко // Горный информационно аналитический бюллетень, № 4 - М.: Издательство «Горная книга», 2012. С. 24-28.

4. Субботин Ю.В. / Управление качеством бурых углей Харанорского месторождения. / Ю.В. Субботин, Ю.М. Овешников, Г.М. Циношкин. А.Г. Самойленко // Горный информационно аналитический бюллетень, № 4 - М.: Издательство «Горная книга». 2012. С. 64-72.

5. Авдеев П.Б. Пути повышения эффективности разработки Харанорского буроугольного месторождения / П.Б. Авдеев, Ю.М. Овешников, Г.М. Циношкин, А.Г. Самойленко // Научный симпозиум «Неделя горняка-2009», посвящен 90-летию со дня образования МГА-МГИ-МГГУ, 26-30 января 2009 года, г. Москва, С. 193-198.

- в прочих изданиях:

1. Циношкин Г.М. К вопросу о современном состоянии ведения вскрышных работ на Харанорском угольном разрезе / Г.М. Циношкин, Ю.М. Овешников, Ю.В. Субботин // Кулагинские чтения: XIV Международная научно-практическая конференция. Чита: ЗабГУ, 2014. -Ч. I. - С. 31-35.

2. Овешников Ю.М. Взаимосвязь вскрышных и добычных работ на Харанорском угольном месторождении / Ю.М. Овешников, Г.М. Циношкин, А.Г. Самойленко // Кулагинские чтения: XI Международная научно-практическая конференция. Чита: ЗабГУ, 2011. -Ч. III. - С. 35-37.

3. Циношкин Г.М. Изыскания путей совершенствования технологии освоения Харанорского буроугольного месторождения / Г.М. Циношкин, Ю.М. Овешников // Кулагинские чтения: VIII Всероссийская научно-практическая конференция. Чита: ЧитГУ, 2008. - Ч. I. - С. 205-208.

Лицензия ЛР № 020525 от 02.06.97 Подписано в печать 2015 г. Формат 60x84x1/16

Усл. печ. л. 2_Тираж 100 экз._Заказ №€>

ул. Александро-Заводская 30, г. Чита, 672039 РИК ЗабГУ