Методология проектирования технологического развития действующих карьеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Методология проектирования технологического развития действующих карьеров

Специальности

05.02.22 - «Организация производства» (горная промышленность)

Соколовский А.В.

Москва 2009

Работа выполнена в ОАО «Научно-технический центр угольной промышленности по открытым горным разработкам - Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по добыче полезных ископаемых открытым способом».

Научные консультанты:

член-корреспондент РАН, доктор технических наук,

профессор Яковлев Виктор Леонтьевич

доктор технических наук,

профессор Галкин Владимир Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

профессор Рыльникова Марина Владимировна

доктор технических наук, профессор Корнилков Сергей Викторович

доктор технических наук Гавришев Сергей Евгеньевич

Ведущая организация ? ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», г. Екатеринбург

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Происшедшие преобразования социально-экономического устройства государства принципиально изменили внешнюю среду функционирования горнодобывающих предприятий. В 2-5 раз возросли колебания цен на минеральное сырье, в 2-3 раза ? частота обновления производителями модельного ряда горнотранспортного оборудования. Значительно возросла сменяемость нормативных документов, регламентирующих деятельность горнодобывающих предприятий. В отработку вовлекаются месторождения с неблагоприятными горнотехническими условиями - малой мощностью и невыдержанностью пластов, сложной геометрией рудных тел и низким содержанием в них полезного компонента. Для эффективного и безопасного функционирования предприятия в этих условиях необходим темп развития внутренней среды, соответствующий динамике внешней среды. При дальнейшей интеграции России в мировое экономическое сообщество конкурентоспособность отечественных карьеров может быть обеспечена в первую очередь высоким темпом технологического развития.

Требуемый темп преобразований достигается только при постоянном развитии горнотехнической системы, обеспечивающем соответствие ее параметров изменениям внешней среды. Развитие должно сопровождаться разработкой различного уровня проектов по техническому и технологическому преобразованию горнодобывающего предприятия. Необходимость непрерывного проектирования объясняется тем, что изменения внешней среды вызывают снижение устойчивости функционирования предприятия и возрастание угрозы экономических потерь. Возникает противоречие между необходимостью постоянного развития, сопровождающегося изменением основных свойств, и стремлением горнотехнической системы эти свойства сохранять, воспроизводить.

В связи с этим стала очевидной необходимость дополнить теорию проектирования открытых горных работ методологией проектирования технологического развития горнотехнических систем действующих карьеров в направлении повышения эффективности использования имеющихся ресурсов в изменяющихся условиях функционирования предприятий. Особую актуальность приобретают задачи развития теории проектирования горнотехнических систем в части определения закономерностей влияния на эффективность их функционирования параметров развития горных работ и технического комплекса, структуры резервов, вспомогательной инфраструктуры.

Автором была выдвинута гипотеза о том, что обеспечение эффективности действующих карьеров на всех этапах жизненного цикла возможно на основе непрерывного поиска и реализации решений по развитию горнотехнической системы в комплексе с целенаправленным формированием и последующим использованием технологических, технических и организационных резервов. В соответствии с указанной гипотезой сформулированы цель и идея работы.

Цель работы - разработка методологии проектирования технологического развития действующих карьеров для создания условий устойчивого повышения эффективности на всех этапах функционирования горнотехнической системы.

Идея работы - существенное повышение эффективности действующих карьеров достигается периодической корректировкой проектных решений, обусловленной развитием горнотехнической системы в соответствии с этапом ее функционирования и изменениями внешней среды.

Задачи исследования:

Выявить факторы и показатели технологического развития действующих карьеров.

Определить рациональную структуру резервов для каждого этапа функционирования горнотехнической системы.

Обосновать критерии выбора направлений технологического развития действующих карьеров.

Обосновать признаки, определяющие рациональную структуру решений по развитию горнотехнической системы.

Обосновать методы и средства проектирования технологического развития действующих карьеров.

Методы исследований. В диссертации использован комплекс методов, включающий: научное обобщение опыта развития отечественных и зарубежных карьеров, систематизацию результатов исследований в области открытых горных работ; системный анализ горнотехнических систем действующих карьеров для выделения основных подсистем, параметров и факторов развития; экономико-математическое моделирование горнотехнологических процессов в карьере; методы экспертных оценок, теории вероятности, математической статистики и нечетких множеств для обработки результатов.

Защищаемые положения:

1. Увеличение диапазона и частоты изменений параметров внешней и внутренней среды выше значений, заложенных в базовом проекте, значительно снижает эффективность и безопасность функционирования карьеров. Компенсировать негативные последствия возможно посредством проектирования технологического развития действующих карьеров, предусматривающего своевременное формирование и использование технологических, технических и организационных резервов, а также разработку и внедрение решений, направленных как на преобразование элементов системы, подвергшихся наибольшему негативному воздействию изменений внешней и внутренней среды, так и на предотвращение такого влияния в будущем.

2. Технологическая надежность процессов горного производства обеспечивается созданием рациональной структуры технологических, технических и организационных резервов. Объектами технологического резервирования являются параметры системы разработки, структура запасов, схема вскрытия; объектами технического резервирования - мощность основного и вспомогательного оборудования, комплекты оборудования, специализация или функциональное разнообразие оборудования; объектами организационного резервирования - параметры и длительность технологических процессов, численность и квалификация персонала.

3. Резервы, используемые для компенсации негативного влияния изменений внешней и внутренней среды, определяются этапом функционирования горнотехнической системы и характером изменений среды. На этапе развития производственной мощности приоритетными являются резервы готовых к выемке запасов, создаваемые посредством увеличения на 30-40% протяженности фронта работ или ширины рабочих площадок при сохранении рациональных режимов горных работ. На этапе устойчивого функционирования резервируется (в размере, превышающем нормативный в 1,5-2,0 раза) количество специализированных комплексов вспомогательного оборудования. На этапе реконструкции объектом резервирования является мощность ведущей группы оборудования, которая должна составлять 20-30% от номинальной; кроме того, создаются автономные участки горных работ с суммарной мощностью 15-30% от производственной мощности карьера. На этапе погашения горных работ резервируется (в размере 10-15% от среднесписочной) численность персонала.

4. Направления развития горнотехнической системы определяются следующими условиями:

- если фактическая производительность ведущей группы оборудования составляет менее 30% от нормативной; производительность труда ниже, чем на передовых предприятиях, более чем на 30%; коэффициент ритмичности технологических процессов менее 0,7, то основными должны быть организационные преобразования;

- если эксплуатационная производительность имеющегося бурового, экскаваторного, транспортного и вспомогательного оборудования различается более чем на 30%; интенсивность грузопотоков более чем на 50% не соответствует рациональным значениям, то требуется техническое перевооружение;

- если отсутствует фронт работ более чем для 30% горного оборудования или более 40% оборудования работает на площадках минимальной ширины, то требуются технологические преобразования;

- при значительных изменениях (отклонение более 30%) факторов внешней среды, с учетом которых принимались проектные решения, требуется реконструкция карьера.

5. Методология проектирования технологического развития базируется на комплексе критериев эффективности технологического развития действующих карьеров, которые отражают качественное состояние и уровень использования карьерного пространства; сбалансированность и уровень использования технологической цепочки оборудования; качество и эффективность использования труда. Проектирование осуществляется в следующей последовательности: оценка состояния горнотехнической системы по критериям эффективности технологического развития; определение структуры решений по преобразованию горнотехнической системы; определение структуры, последовательности формирования и использования резервов; документальное закрепление технологических и организационных изменений в виде стандартов предприятия, внесение их в проект предприятия.

Научная новизна исследования состоит в следующем:

Разработана методология проектирования технологического развития действующих карьеров, предусматривающая определение направления и масштаба решений по преобразованию горнотехнической системы, а также создание соответствующей структуры резервов, обеспечивающих устойчивость развития.

Определена рациональная структура резервов для каждого этапа функционирования горнотехнической системы карьеров, включающая технические, технологические и организационные резервы.

Обоснованы критерии выбора направлений технологического развития действующих карьеров, включающие показатели использования карьерного пространства, показатели сбалансированности технологической цепочки оборудования, уровень эффективности использования труда.

Обоснованы признаки, определяющие структуру и масштаб необходимых преобразований: уровень использования технической производительности оборудования; производительность труда; различие в мощности оборудования и интенсивности грузопотоков; параметры фронта работ и рабочих площадок; объем готовых к выемке запасов и величина отклонения факторов внешней среды, с учетом которых принимались проектные решения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждаются представительным объемом исходных данных и широкой апробацией результатов исследований на действующих карьерах; соответствием полученных теоретических результатов фундаментальным положениям теории проектирования горнотехнических систем, эволюции социально-экономических систем; удовлетворительной сходимостью результатов, полученных различными методами исследований, между собой и с данными практики. Информационной базой исследования явились официальные материалы статистической отчетности Госкомстата России, Минпромэнерго России, отраслевая научно-техническая литература, отчеты НИР, материалы отраслевого научно-исследовательского института НТЦ-НИИОГР, материалы отраслевых и территориальных конференций, результаты исследования автора, действующее законодательство РФ.

Научное значение работы состоит в развитии теории проектирования действующих карьеров, которое заключается в определении направлений и масштаба технологических, технических и организационных решений по преобразованию горнотехнической системы; обосновании структуры резервов, обеспечивающих устойчивость развития на всех этапах функционирования горнотехнической системы.

Практическая значимость работы заключается в использовании предложенной методологии при обосновании параметров горнотехнических систем, структуры и величины резервов, а также направлений и масштаба преобразований, обеспечивающих повышение эффективности функционирования действующих карьеров.

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанная методология проектирования технологического развития действующих карьеров рекомендована к использованию при разработке проектов развития горного производства на действующих карьерах. Отдельные результаты работы использованы при обосновании организационно-технологических, функциональных и структурных преобразований, нашедших отражение более чем в 100 бизнес-планах, программах развития, а также проектах строительства и реконструкции предприятий, разработанных при участии автора для компаний «Кузбассразрезуголь» (1995-2001гг.), «Ургалуголь» (1996-2000гг.), «Востсибуголь» (1997г.), «Хакасуголь» (1997-1999гг.), «Челябинскуголь» (1997-2003гг.), «Дальвостуголь» (1999г.), «Прокопьевскуголь» (1999-2000гг.), «Южный Кузбасс» (1999-2000гг.), «ЛуТЭК» (2001-2002гг.), ОАО УК «Мечел» (2006-2008гг.); угольных разрезов «Таежный» (2001-2003гг.), «Красный Брод» (1996-2003гг.), «Энергоресурс» (2002-2003гг.), «Междуреченский» (1996-1999гг.), «Сибиргинский» (2005-2006гг.); ОАО «Коршуновский ГОК» (2006-2007гг.) и др.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались на международных и межрегиональных конференциях и симпозиумах: «Неделя горняка» (Москва, 2002, 2004, 2007гг.), «Российские предприятия: между прошлым и будущим. Стратегия эффективного управления» (Санкт-Петербург, 1996г.), «Россия на пути реформ: экономические и социально-культурные факторы модернизации социальной структуры общества» (Челябинск, 1997г.), «Качество, надежность, эффективная эксплуатация горно-транспортного оборудования: современное состояние и перспектива» (Екатеринбург, 2000г.), «Проблемы геомеханики и геотехнического освоения горных территорий» (Бишкек, 2000г.), «Перспективные технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2001г.), «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово, 2001г.), «Итоги и проблемы производства, науки и образования в сфере добычи полезных ископаемых открытым способом» (Екатеринбург, 2002г.), «Технология ведения горных работ и производство техники для горнодобывающей промышленности» (Пермь, 2008г.); на научных семинарах и научно-практических конференциях НТЦ-НИИОГР (Челябинск, 1995-2008гг.), МГТУ им. Г.И.Носова (Магнитогорск, 2000-2007гг.), ИГД УрО РАН (Екатеринбург, 2005-2008гг.), МГГУ (Москва, 2008г.); на заседаниях технических советов предприятий и компаний ОАО «Востсибуголь» (1997г.), ОАО «Ургалуголь» (1996-2000гг.), ОАО «Кузбассразрезуголь» (1997-2001гг.), ОАО «Челябинскуголь» (1997-2003гг.), ОАО «Прокопьевскуголь» (1999-2000гг.), ОАО «Южный Кузбасс» (1999-2003гг.), ОАО «Дальвостуголь» (1999г.), ОАО «ЛуТЭК» (2001-2002гг.), ОАО «Коршуновский ГОК» (2005-2006гг.), ОАО УК «Мечел» (2005-2008гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 41 работе, в том числе 14 научных статей в изданиях, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки России.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 36 таблиц, 72 рисунка, список использованной литературы из 176 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первые научные подходы к проектированию карьеров были заложены в трудах горных инженеров В.С. Бондаря, М.И. Гобермана, И.А. Кузнецова, С.И.Пилявского, А.И. Стешенко ? сформулированы основные принципы выбора проектных решений, установлены эмпирические зависимости главных параметров карьеров от условий отработки месторождения.

Основы теории проектирования горных предприятий с применением аналитических методов сформированы в трудах профессоров Б.П.Боголюбова, Б.И. Бокия, П.И.Городецкого, П.Э.Зуркова, А.А. Скочинского, М.М. Протодьяконова, А.М. Терпигорева, Л.Д. Шевякова, Е.Ф.Шешко.

Развитие теории проектирования в направлении создания основ горно-геометрического анализа месторождений, динамического подхода к проектированию карьеров и экономической оценки технических решений с учетом фактора времени связано с именами академика В.В.Ржевского, профессоров А.И.Арсентьева, А. С. Астахова, А.А.Старикова, П.И.Томакова А.С.Фиделева, В.С.Хохрякова и др. Эти труды заложили основы проектирования горных предприятий, на которых базируется современная теория проектирования горнотехнических систем, основные положения которой разработаны в трудах академиков М. И. Агошкова, Н.В.Мельникова, К.Н.Трубецкого, член-корреспондентов РАН Д.Р. Каплунова и В.Л.Яковлева, докторов наук Ю.И.Анистратова, В.А.Галкина, А.В.Гальянова, В.В.Истомина, В.С.Коваленко, С.В.Корнилкова, Ю.Н. Кузнецова, Ю.И.Леля, Г.Г. Ломоносова, А.С. Малкина, М.Г.Новожилова, М.Г. Саканцева, Г.А.Холоднякова, Б.П.Юматова и др.

Определению параметров карьера и способов обеспечения надежности его работы в изменяющихся условиях функционирования посвящены труды член-корреспондента РАН А.А. Пешкова, докторов наук В.М. Аленичева, Б.М. Воробьева, С.Е.Гавришева, В. И. Ганицкого, С. Ж. Галиева, А.А.Петросова, С. С. Резниченко, М.В.Рыльниковой и др.

В связи с изменением условий функционирования предприятий потребовалось уточнение ряда положений теории проектирования горнотехнических систем, особенно в части определения путей технологического развития действующих карьеров.

Необходимость достижения приемлемого уровня конкурентоспособности на мировом рынке минерального сырья в условиях возросшей динамики среды и ужесточающейся конкуренции (рис. 1, а, б) вызывает потребность российских горнодобывающих предприятий в повышении эффективности использования ресурсов и в разработке стратегий развития бизнеса, предусматривающих постоянное внедрение решений, обеспечивающих более высокие, чем у конкурентов, результаты.

а) объем добычи

б) мировые цены

Рис. 1. Вариабельность характеристик внешней среды

Это возможно при устойчивом и эффективном технологическом развитии производства, которое понимается как процесс комплексного сбалансированного проектирования и освоения технических, технологических и организационных нововведений, приводящих к преобразованиям элементов и связей горнотехнической системы, что обеспечивает достижение предприятием лидерских позиций в определенных секторах рынка.

Анализ мирового опыта развития горной промышленности показывает, что отечественные горнодобывающие предприятия для обеспечения конкурентоспособности должны повысить эффективность использования ресурсов в 2-3 раза. В условиях высокой динамики внешней и внутренней среды это возможно, если параметры и конструкция горнотехнических систем будут легко регулируемыми и изменяемыми.

Современные подходы к проектированию горнотехнических систем основаны на допущении, что параметры внешней и внутренней среды будут относительно постоянными, а следовательно, не предусматривается значительных изменений конструкции и параметров горнотехнической системы в длительной перспективе. Помимо этого, определение проектных параметров горнотехнической системы осуществляется на основе ограниченного объема исходной информации, существенная часть которой характеризуется значительной неопределенностью. Это предопределяет применение в проекте известных и апробированных технологических и организационных решений и ориентацию на наиболее вероятные значения производительности оборудования.

При сроке службы карьера не менее 20-30 лет внешние и внутренние условия его функционирования неизбежно меняются, в результате значения основных параметров отклоняются от проектных в несколько раз. Это приводит к необходимости постоянного поиска и внедрения решений по адекватному изменению параметров горнотехнической системы (табл. 1).

Существенные отклонения фактических параметров внешней и внутренней среды от значений, заложенных в проекте, приводят к низкому использованию возможностей системы: коэффициент использования оборудования составляет 0,2-0,3; материальных ресурсов - 0,3-0,5; трудовых ресурсов - 0,2-0,4. В карьере создаются избыточные рабочие площади, в 1,5-3,0 раза превышающие необходимый уровень. Нерациональные параметры горнотехнической системы, в свою очередь, приводят к ухудшению основных показателей эффективности горнотехнической системы - производительности труда и затрат на добычу полезного ископаемого (рис. 2, а,б).

а) производительность труда б) затраты на добычу

Рис. 2. Показатели эффективности угольных разрезов при различном отклонении от проектной мощности

По укрупненным оценкам, потери предприятия при отклонении от проектных значений производственной мощности из-за недоиспользования возможностей оборудования, персонала и роста затрат могут составлять от 30 до 50% получаемого дохода

Отклонения проектной мощности в сторону уменьшения значений показателя связаны, в основном, с нерациональными проектными решениями или изменением условий, для которых эти решения были рациональны. Отклонения в сторону возрастания обусловлены применением избыточного, по сравнению с рациональным, количества горнотранспортного оборудования. Данный вывод подтверждается результатами анализа и детальной оценки структуры календарного фонда времени выемочного оборудования в горнотехнической системе действующих карьеров.

Установлено, что на российских карьерах более 50% времени работы оборудование эксплуатируется на уровне 0,1-0,2 технологических возможностей и только 3-6% рабочего времени оборудование используется на номинальном режиме (0,7-0,8 технологических возможностей) (рис. 3).

Рис. 3. Структура календарного фонда времени основного горного оборудования на российских карьерах

Такая структура календарного фонда времени свидетельствует о необходимости технологического развития, с учетом организационных аспектов действующих карьеров.

Однако при осуществлении преобразований, как правило, снижается устойчивость функционирования предприятия и возрастает риск ухудшения состояния горнотехнической системы. Следовательно, необходимы решения, обеспечивающие эффективность и устойчивость функционирования ГТС на переходных этапах.

Таблица 1

Зависимости влияния отклонений значений показателей ГТС на эффективность ее работы

Показатель	Возможный уровень отклонений	Уровень отклонений по проекту	Влияние на текущую эффективность ГТС	Влияние на эффективность проекта в целом
Параметры технической подсистемы:
Эксплуатационная производительность оборудования*	До 1,5-2,0 раз	До 1,0-1,1 раза
Техническая надежность оборудования*	До 1,5-3,0 раз	Не учитывается
Функциональность оборудования**	До 2,0-3,0 раз	До 1,1-1,3 раза
Параметры технологической подсистемы:
Протяженность фронта**	До 1,5-2,0 раз	1,0-1,2 раза
Параметры рабочих площадок**	До 2,0-2,5 раз	До 1,5 раз
Текущее соотношение вскрышных и добычных работ**	До 1,5-2,0 раз	До 1,2-1,3 раза
Параметры организационной подсистемы:
Параметры и длительность технологических процессов**	До 2,0-3,5 раз	Не учитывается
Численность персонала**	До 1,5-2,0 раз	Не учитывается
Квалификация персонала*	До 2 раз	Не учитывается
* данные справочников, **- фактические и проектные данные предприятий, - Область неэффективности проекта

Эффективность преобразований достигается при условии их проектирования, заключающегося в разработке решений, направленных как на изменение элементов системы, подвергшихся наибольшему негативному влиянию внешней и внутренней среды, так и на предупреждение такого воздействия в будущем посредством соответствующих структурных изменений горнотехнической системы. Устойчивость достигается в том случае, если создана рациональная структура резервов, соответствующая каждому этапу жизненного цикла горнотехнической системы.

Таким образом, предметом проектирования должны стать:
1) направление устойчивого технологического развития, обеспечивающего постоянный рост эффективности производства; 2) структура резервов, обеспечивающих приемлемую надежность работы карьера на всех этапах его жизненного цикла.

Надежность ? это свойство системы сохранять значения своих основных параметров в пределах, соответствующих заданным режимам и условиям функционирования. Одним из основных способов обеспечения надежности является резервирование.

Определение рациональной структуры резервов и направлений развития действующего карьера предусматривает декомпозицию горнотехнической системы на подсистемы; оценку состояния элементов, подвергшихся наибольшему отрицательному воздействию внешней и внутренней среды; разработку конкретных решений по изменению элементов во избежание подобного влияния в будущем.

С целью определения рациональной структуры резервов в горнотехнической системе действующего карьера выделены техническая, технологическая и организационная подсистемы, уровень развития которых определяет эффективность производственного процесса и конкурентоспособность получаемого продукта (рис. 4).

Техническая подсистема карьера - это структурный элемент горнотехнической системы, который включает совокупность технических средств, функционирующих в карьерном пространстве и обеспечивающих выполнение основных и вспомогательных работ по добыче полезного ископаемого.

Технологическая подсистема карьера - это структурный элемент горнотехнической системы, который состоит из техногенных, изменяющихся во времени и пространстве, объектов, обеспечивающих доступ к георесурсам и размещение технических средств, используемых в целях их извлечения.

Техническая и технологическая подсистемы предопределяют предельные возможности горнотехнической системы для выполнения производственного процесса.

Организационная подсистема карьера - это структурный элемент горнотехнической системы, который определяет связи и отношения технических и технологических элементов, задает необходимую численность и квалификацию персонала. Организационная подсистема определяет условия для использования возможностей технической и технологической подсистем.

Рис. 4. Декомпозиция горнотехнической системы

С использованием факторного анализа выявлены элементы подсистем, формирование резервов в которых обеспечивает технологическую надежность производственного процесса и эффективность горнотехнической системы в целом (табл. 2).

Таблица 2

Объекты резервирования горнотехнической системы действующего карьера

Основные элементы подсистемы	Основная функция	Объект резервирования
Техническая подсистема
Технические средства - основное и вспомогательное горнотранспортное оборудование	Определяет технически возможный объем выполняемых работ	Мощность оборудования и функциональное разнообразие
Технологическая подсистема
Участок недр, элементы карьерного пространства, режим горных работ	Определяют объем и качество получаемого продукта в зависимости от технологических режимов	Параметры системы разработки
Организационная подсистема
Связи и отношения, квалификация и численность персонала	Определяет эффективность выполняемых функций в производственном процессе в зависимости от качества связей и отношений, численности и квалификации персонала	Численность и квалификация персонала

Определение необходимой структуры резервов можно показать на примере работы экскаваторно-автомобильных комплексов. По существующей на предприятиях системе учета из 8760 ч календарного фонда времени (КФВ) среднесписочный автосамосвал работает на линии 85-90% времени, в плановом ремонте находится 5-10% времени, в аварийном ремонте - 3-5%, в режимных простоях - 2-3%, в прочих простоях - 3-4% КФВ (рис. 5,I). В результате резервы повышения производительности автосамосвала, к которым отнесено время прочих простоев и 50% времени в аварийных ремонтах, не превышают 5-7%.

Резервы производительности экскаваторов, по отчетности предприятий, не превышают 10-15%. Таким образом, по действующей на предприятии системе учета требуемый рост объемов производства может быть обеспечен только за счет приобретения нового оборудования.

Оценка резервов производительности оборудования исходя из его технико-технологических возможностей показывает, что возможность повышения производительности автосамосвалов составляет не менее 30-35%, экскаваторов - до 55-60% (рис. 5, II).

I) по существующей на предприятии системе учета

II) по системе учета исходя из возможностей оборудования

Рис. 5. Структура календарного фонда времени работы оборудования: а) автосамосвала; б) экскаватора

Основными факторами, обусловливающими потери рабочего времени каждой единицы оборудования, являются:

нарушение технологических регламентов по причине несбалан-сированности основных и вспомогательных технологических процессов - 600-900 ч/год;

функциональное несоответствие оборудования выполняемой работе
- 500-1200 ч/год;

несоответствие параметров оборудования выполняемой функции - 300-800 ч/год;

организационное нарушение взаимодействия основных и обеспечивающих технологических процессов - 900-1100 ч/год.

Современное состояние большинства ГТС действующих карьеров таково, что около 40% всех резервов находятся в технической и технологической подсистемах и около 60% - в организационной подсистеме (табл. 3).

Таблица 3

Факторы роста производительности автомобильно-экскаваторного комплекса

Влияющий фактор	Технико-технологические резервы, ч/год	Организационные резервы, ч/год
Техническая готовность	40-45	135-145
Сбалансированность погрузочных и транспортных емкостей () (длительность погрузки)	70-85	30-35
Сбалансированность погрузочных и транспортных мощностей (ожидание погрузки)	45-50	115-125
Параметры рабочей площадки	170-210	50-100
Качество взрыва	200-250	150-200
Периодичность взрывания	75-85	210-250
Параметры автодорог	200-250	90-110
Квалификация персонала	40-50	260-290
Мотивация персонала	-	230-320
Всего	840-1015	1270-1575
Итого	2110-2590

Декомпозиция горнотехнической системы на основные элементы, анализ факторов роста производительности оборудования и потерь рабочего времени позволили установить, что объектами технологического резервирования являются параметры системы разработки; объектами технического резервирования - мощность, количество и функциональное разнообразие основного и вспомогательного оборудования; объектами организационного резервирования - численность и квалификация персонала.

Разработка механизмов формирования и эффективного использования резервов на каждом этапе функционирования карьера является предметом проектирования развития горнотехнической системы.

Жизненный цикл карьеров включает следующие технологически обусловленные этапы, различающиеся структурой и величиной резервов: развитие производственной мощности, устойчивое функционирование, реконструкция, погашение горных работ. Принципиальные организационные, технические и технологические различия этапов приведены в табл. 4.

Таблица 4

Этапы жизненного цикла карьера

Этап	Технологическая характеристика	Организационная характеристика	Преобладающие резервы
Развитие производственной мощности	Тэ - 3 -6 лет Nт 3-4	Nо 5-10	Технологические
Устойчивое функционирование	Тэ - 10-30 лет Nт 3-10	Nо 10-30	Технические и организационные
Реконструкция	Тэ - 2 - 5 лет Nт 3-5	Nо 20-40	Технологические и организационные
Погашение горных работ	Тэ - 1 - 5 лет Nт 2-3	Nо 10-20	Организационные

Тэ ? длительность этапа; Nт ? технологическая единица, в зависимости от масштаба рассмотрения ? операция, рабочий процесс и т.д.; Nо ? организационная единица, в зависимости от масштаба рассмотрения ? бригада, участок, цех и т.д.

Опыт масштабной реструктуризации горной промышленности России в 1994-2005 гг. показал, что процесс развития в 1,8-2,0 раза эффективнее, а риск неполучения ожидаемых результатов в 2-3 раза меньше, если на предприятии сформирована рациональная структура резервов. Для компенсации краткосрочных изменений внешней и внутренней среды и незначительных изменений условий эксплуатации месторождения должны быть задействованы технологические и технические резервы, в условиях роста цен на ресурсы и ужесточения конкуренции должны использоваться организационные резервы.

Величина и структура резервов определяются этапом функционирования горнотехнической системы и характером изменения среды. Для подтверждения данного тезиса выполнен корреляционный анализ, цель которого заключается в определении параметров горнотехнической системы, оказывающих наибольшее влияние на эффективность ее функционирования на разных этапах развития. В качестве критерия эффективности использован показатель себестоимости добываемого полезного ископаемого.

Для установления статистических связей между рядами данных построены корреляционные матрицы Y с элементами yij, определяющие парные корреляционные отношения между функцией (критерием) и одним аргументом. Матрицы были построены для 50 карьеров, находящихся на разных этапах жизненного цикла. В качестве элементов матриц рассмотрены ряды переменных за период 2000-2006 гг.

По результатам корреляционного анализа получены значения парной корреляции, отражающие тесноту взаимосвязи между выбранным критерием эффективности функционирования горнотехнической системы и ее параметрами. Корреляционные связи выделены при коэффициенте корреляции . Результаты были сгруппированы в таблицу, содержащую коэффициенты корреляции параметров ГТС и себестоимости получаемого продукта на различных этапах функционирования карьера (табл. 5).

Таблица 5

Коэффициенты корреляции параметров ГТС и себестоимости получаемого продукта на различных этапах жизненного цикла системы

Подсистема	Параметры, факторы	Этапы жизненного цикла карьера
		Развитие производственной мощности	Устойчивое функциониро-вание	Реконст-рукция	Погашение горных работ
Техническая	Количество экскаваторов	0,67-0,92	0,86-0,92	0,25-0,44	0,85-0,97
	Произв-ть экскаваторов	0,81-0,91	0,89-0,97	0,19-0,45	0,24-0,36
	Кол-во вспомогат. экскаваторов	0,33-0,45	0,70-0,96	0,22-0,32	0,15-0,24
Технологическая	Проектная мощность	0,81-0,85	0,28-0,46	0,82-0,92	0,26-0,46
	Макс. глубина разработки	0,27-0,32	0,20-0,38	0,12-0,45	0,15-0,48
	Коэффициент вскрыши	0,26-0,35	0,28-0,48	0,23-0,30	0,15-0,20
Организационная	Объем добычи	0,08-0,31	0,83-0,96	0,91-0,94	0,82-0,92
	Численность трудящихся	0,18-0,49	0,34-0,50	0,29-0,48	0,83-0,98
	Произв-ть труда рабочего по добыче	0,52-0,57	0,24-0,54	0,22-0,47	0,63-0,69
Горно-геологические условия	Промыш. запасы	0,17-0,37	0,21-0,63	0,89-0,99	0,89-0,93
	Качество полезного ископаемого	0,11-0,27	0,08-0,37	0,80-0,90	0,18-0,21

Этап развития производственной мощности - этап, эффективность которого в наибольшей степени определяется темпом освоения мощности. Недостаточный объем подготовленных запасов, необходимых для соблюдения запланированного темпа развития горных работ, приводит к недостижению заданной производительности оборудования и, соответственно, производственной мощности. Следовательно, на этом этапе приоритетным резервом являются готовые к выемке запасы.

Величина резервов определяется исходя из планируемого прироста производственной мощности, норматива готовых к выемке запасов и отклонения мощности рудного тела от математического ожидания.

В зависимости от условий залегания полезного ископаемого (крутопадающее или наклонное) резервы создаются либо посредством увеличения на 30-40% протяженности фронта работ, либо аналогичным увеличением ширины рабочих площадок при сохранении рациональных режимов горных работ.

карьер горнотехнический резерв

, (1)

где ДL_Г - увеличение длины фронта работ для создания резерва готовых к выемке запасов, м; ДВ - увеличение ширины рабочих площадок, для создания резерва готовых к выемке запасов, м; m_у - математическое ожидание мощности рудного тела (пласта),м; L_д - длина фронта работ, м; n_z - норматив готовых к выемке запасов, м3/мес; V_ф - скорость подвигания фронта, м/мес.

На этапе устойчивого функционирования основным фактором эффективности ГТС является производительность основного горнотранспортного оборудования. Потери производительности происходят главным образом из-за организационных дефектов, выражающихся в нарушении взаимодействия основных и обеспечивающих технологических процессов, что приводит к нефункциональному использованию основного оборудования и неподготовленности рабочей зоны к работе. Для устранения этих дефектов резервируются специализированные комплексы вспомогательного оборудования.

В последние годы на карьерах сложились следующие нормативы обеспечения вспомогательными комплексами (табл.6).

Таблица 6

Количество вспомогательного оборудования,
приходящегося на один забойный экскаватор

Оборудование	Емкость (Ек) ковша забойного экскаватора
	4-6 м3	8-12м3	15-30 м3
Экскаваторы:
Ек - 1,5-4 м3	0,1-0,2	0,2-0,3	0,5-1,0
Ек - 5-6м3		0,1-0,2	0,3-0,5
Ек - 8-10м3			0,1-0,2
Бульдозеры:
среднего класса	0,5 - 0,8	0,8-1,0
тяжелого класса		05-0,6	1,0-1,5
Бурстанки легкого класса	0,1	0,3	0,5-0,8
Экскаватор строительный		0,5	1,0
Машины для строительства и ремонта и содержания технологических автодорог (тип покрытия переходный и низший)	количество машин на 100 тыс.м2
Бульдозеры класса 25 тс	0,8-1,0
Бульдозеры класса 15 тс	0,5-0,7
Бульдозеры колесные класса 5 тс	1,0-1,4
Автогрейдеры тяжелого типа	0,8-1,2
Автогрейдеры среднего типа	0,5-0,7
Поливочная машина	0,5
Автоскреперы	0,3
Экскаватор-кюветокопатель	0,5

На основе анализа потерь рабочего времени забойных экскаваторов, с учетом экспертных оценок, было установлено, что указанные нормативы необходимо увеличить в 1,3-1,8 раза. Указанное увеличение является резервом вспомогательного оборудования, обеспечивающим высокопроизводительную работу основного.

На этапе реконструкции объектом резервирования является мощность ведущей группы оборудования, которая должна составлять 20-30% от номинальной. Кроме того, создаются автономные участки горных работ с благоприятными условиями отработки и суммарной мощностью 15-30% от производственной мощности карьера (рис. 6).

А) Коршуновский карьер	Б) Сибиргинский разрез (участок 1-2)
1- объем добычы полезного ископаемого; 2 - объем вскрыши без резервных участков; 3 - объем вскрыши с резервными участками
Показатель	Коршуновский карьер	Сибиргинский разрез (участок 1-2)
Объем запасов всего, млн.т,	120	38,5
- в т.ч. на резервных участках	47,0	2,7
Коэффициент вскрыши средний в контуре, м3/т	1,4	9,4
- в т.ч. на резервных участках	0,3	5,8
Коэффициент вскрыши в период реконструкции при использовании резервных участков, м3/т	2,0-2,2	16,0-17,0
Коэффициент вскрыши в период реконструкции без использования резервных участков, м3/т	3,8-4,1	19,0-23,0
Срок реконструкции карьера (участка) , лет	6,0-7,0	3,0
Срок отработки резервных участков, лет	7,0-8,0	2,5-3,0

Рис. 6. Влияние резервов ГТС на эффективность реконструкции

Резервные участки формируются либо по фронту, либо по глубине работ (рис.7 и 8).

Указанные резервы позволяют сгладить пик объемов вскрышных работ, обеспечивают сохранение присутствия предприятия на рынке и надежность поставок продукции потребителям в заданном объеме и нужного качества в случае превышения запланированных сроков реконструкции.

На этапе погашения горных работ резервируется (в размере 10-15% от среднесписочной) численность персонала. Необходимость резервирования численности связана с заблаговременным началом производства работ по подготовке и проведению рекультивации. С целью снижения себестоимости продукции должна осуществляться диверсификация производства, которая также предусматривает определенную численность персонала. Подобного рода работы позволяют сократить интенсивное и групповое выбытие персонала, приводящее к непрогнозируемому снижению эффективности функционирования карьера.



РЕЗЕРВНЫЙ УЧАСТОК (1-1) ФРОНТ РЕКОНСТРУКЦИИ (2-2)

Рис. 7. Резервирование участков по фронту работ (Сибиргинский разрез)

Рис. 8. Резервирование участков по фронту работ (Коршуновский карьер)

Если созданные резервы не компенсируют негативные воздействия внешней среды, то необходимо развитие горнотехнической системы.

Показатели, на основе которых определяется направление и масштаб преобразований горнотехнической системы, могут быть сведены в три группы:

технологические - режим горных работ и конструкция карьерного пространства;

технические - сбалансированность технологической цепочки и интенсивности грузопотоков;

организационные - структура персонала по функциям и квалификации и ритмичность технологических процессов.

Совокупность представленных показателей обеспечивает полноту и достоверность оценки состояния горнотехнической системы и выбор направления ее преобразований.

При значительных изменениях факторов внешней среды, особенно тех, с учетом которых принимались проектные решения, необходимо рассматривать экономическую и технологическую целесообразность реконструкции горнотехнической системы.

Взаимосвязь режима горных работ и конструкции рабочего пространства может быть выражена отношением среднего коэффициента вскрыши (Квср) к текущему (Квт). Чем больше значение этого отношения, тем больше вероятность того, что рабочая зона имеет геометрические параметры, отличающиеся от рациональных.

Известно, что наибольшее влияние на оперативные результаты деятельности предприятия оказывают отклонения таких параметров рабочей зоны, как ширина рабочей площадки и длина фронта работ. При неподготовленности фронта работ более чем для 30% горного оборудования и при работе более 40% оборудования на площадках минимальной ширины требуются технологические преобразования. Данный вывод сделан на основе зависимости производительности экскаватора и затрат от ширины рабочей площадки (рис.9) и обобщения автором деятельности карьеров и результатов исследований других специалистов.

Рис. 9. Зависимость производительности экскаватора и затрат от ширины рабочей площадки

Сбалансированность технологических цепочек (К_Т1) характеризует соответствие производительности горнотранспортных машин в цепи рабочих процессов:

. (2)

Чем ближе значение К_Т1к единице, тем более сбалансирована технологическая цепочка по мощности оборудования.

Результаты расчетов по разрезу «Сибиргинский» представлены в графическом виде на рис. 10.

Помимо сбалансированности оборудования в технологической цепочке требуется, чтобы была сбалансирована интенсивность смежных грузопотоков. При различии в интенсивности грузопотоков более 50% возникает либо сдерживание работ на нижележащих уступах, либо нерациональное увеличение угла рабочего борта и ухудшение параметров рабочей зоны.

Рис. 10. Соотношение производительности горнотранспортного оборудования в технологических цепочках разреза «Сибиргинский»

Следующими показателями, определяющими состояние горно-технической системы и направление преобразования, являются уровень использования технической производительности оборудования, производительность труда и ритмичность технологических процессов. Если уровень использования технической производительности оборудования менее 40%, производительность труда ниже, чем на передовых предприятиях более чем на 30% при сопоставимом техническом оснащении, а ритмичность технологических процессов менее 0,7, то основными должны быть организационные преобразования.

Сравнительный анализ показателей производительности оборудования и персонала на отечественных и зарубежных угольных разрезах показал существенное отставание российских предприятий, что свидетельствует о необходимости организационных преобразований (табл. 7).

Таблица 7

Использование оборудования и производительность труда
на действующих угольных разрезах

Показатель	Российский	Зарубежный
	средний	Лучший	средний	лучший
Время работы основного горнотранспортного оборудования, ч/год	календарное	4000-7000	5500-6800	6000-75000	6000-7800
	производительное	1000-2500	2500-3300	5000-6000	6800-7200
Производительное время труда персонала за год, ч	200-450	500-800	1400-1500	1600-1700
Часовая производительность труда, т	1,2-1,8	2-3	3-4	18-20
Годовая производительность труда, тыс. т	1,2-1,8	4,5-6	10-15	20-40

Ритмичность технологических процессов характеризует равномерность выполнения рабочих процессов во времени и свидетельствует об уровне организации процессов:

. (3)

Чем ближе значение отношения К_ритм к единице, тем меньше величина отклонений в течение процесса и выше его организация.

Зависимость производительности экскаваторов от ритмичности работы представлена на рис. 11.



Рис. 11. Зависимость производительности экскаваторов от ритмичности процесса

Устойчивое и эффективное развитие карьера происходит при нахождении вышеперечисленных параметров в заданных границах. Отклонение параметров от оптимальных приводит к возникновению «узких звеньев» в процессах горного производства, что ограничивает их пропускную способность и приводит к ухудшению производственных показателей.

В зависимости от величины отклонения параметров подсистем от рациональных горнотехническая система находится на эталонном, среднем, допустимом и недопустимом уровнях развития. Эталонный уровень характеризуется минимальными - до 5% - отклонениями контролируемых параметров от рациональных значений. Этот уровень достигнут мировыми лидерами горного бизнеса.

Средний уровень характеризуется заметным возрастанием величины отклонений параметров - но не более 25% - и устойчиво достигается основным составом горнодобывающих предприятий в экономически развитых странах.

Допустимый уровень характеризуется величиной отклонения контролируемых параметров до 50%, а недопустимый - до 70% от их рациональных значений (табл. 8).

Таблица 8

Уровни развития горнотехнической системы

Уровень	Вариабельность процессов	Коэффициент использования потенциальных технологических возможностей
Эталонный	? 5%	>0,8
Средний	5 ? ? 25 %	0,4 - 0,8
Допустимый	25 ? ? 50 %	0,2 - 0,4
Недопустимый	50 ? ? 70 %	< 0,2

При эталонном уровне развития горнотехнической системы коэффициент использования технических и технологических возможностей составляет более 0,8, при среднем - находится в границах 0,4-0,8, при допустимом - 0,2-0,4, при недопустимом - не превышает 0,2. На большинстве карьеров России преобладают допустимый и недопустимый уровни развития горнотехнических систем.

Обеспечение устойчивости технологического развития обусловлено реализуемостью планируемых преобразований.

Для определения реализуемости преобразований использованы показатели инвестиционного риска (R) и инвестиционной привлекательности (Д/М), как отношения доходности преобразований к их масштабности. Доходность - отношение эффекта от преобразований к величине дохода от реализации продукции. Под масштабностью понимается доля элементов горнотехнической системы, подвергшихся изменениям. Инвестиционный риск отражает вероятность неэффективности преобразований.

Фактические данные и результаты экспертных оценок реализуемости преобразований, в зависимости от их масштабности, доходности и риска обработаны с помощью регрессионного анализа. В результате получены области реализуемости преобразований для каждого этапа функционирования карьера, границы которых описываются системой регрессионных уравнений:

;

;

,

где . (4)

Уравнения регрессии и регрессионные коэффициенты получены с помощью пакета анализа, встроенного в приложение MSExcel. Качество полученных уравнений регрессии оценено с использованием коэффициента детерминации R², отражающего близость между фактическими результатами и предсказанными по уравнению регрессии значениями в заданных точках пространства...