Міністерство освіти і науки України

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Григорєв Ігор Євгенійович

УДК 622.271.3

Розробка ефективних методів обґрунтування технологічних параметрів при проектуванні відкритих гірничих робіт

Спеціальність 05.15.03 – "Відкрита розробка родовищ корисних копалин"

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кривий Ріг - 2004

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано на кафедрі відкритих гірничих робіт Криворізького технічного університету Міністерства освіти і науки України .

Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор Завсєгдашній Валентин Олександрович, Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри економічної кібернетики

Офiцiйнi опоненти: | доктор технічних наук, професор Четверик Михайло Сергійович, Інститут геотехнічної механіки ім. М.С.Полякова НАН України, завідувач відділу геомеханічних основ розробки родовищ корисних копалин, м.Дніпропетровськ

доктор технічних наук, професор Жуков Сергій Олександрович, Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри гірничого промислового та цивільного будівництва

Провідна установа – Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ), кафедра відкритих гірничих робіт

Захист дисертації відбудеться " 27 " січня 2005 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої ради Д 09.052.02 Криворізького технічного університету за адресою: 50002, Кривий Ріг, вул. Пушкiна, 37, ауд. 300.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці університету за адресою: 50002, Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.

Автореферат розіслано " 25 " грудня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, професор Г.Т.Фаустов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Гірничодобувна промисловість є провідною галуззю економіки України, яка забезпечує понад 60 % валютних надходжень до державного бюджету. Сучасний стан гірничих робіт переважної більшості кар'єрів можна характеризувати як досить складний. Виробничі потужності провідних залізорудних кар'єрів значно скоротилися, і складають 50-70% від проектних. Велика кількість підприємств промисловості будівельних матеріалів припинила роботу. Подальший розвиток цих негативних явищ може призвести до незворотних порушень у всій інфраструктурі гірничодобувної промисловості. Одним зі шляхів виходу з такого складного становища є підвищення обґрунтованості проектних рішень за рахунок розробки надійних і ефективних методів техніко-економічної оцінки при проектуванні та плануванні відкритих гірничих робіт.

В умовах ринкової економіки ефективність видобутку корисних копалин обумовлюється динамікою змін цін на обладнання, матеріали, енергоносії, станом попиту на ринку мінеральної сировини. При цьому вибір і обґрунтування технологічних параметрів кар’єрів (значення елементів систем розробки, структура комплексної механізації гірничих робіт, схема розкриття) і розрахунок на їх підставі приведених, капітальних і експлуатаційних витрат виконуються в умовах невизначеності вихідної техніко-економічної інформації, обмеженості фінансових ресурсів і у стислі строки. Застосування існуючих методів проектування за таких умов ускладнюється їх статичністю і необхідністю виконання великого обсягу розрахунків, що не завжди дозволяє отримати оптимальне проектне рішення.

Таким чином, обґрунтування наукових основ і розробка ефективних методів розрахунку технологічних параметрів при проектуванні відкритих гірничих робіт є актуальною науково-практичною задачею, яка має важливе народногосподарське значення.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконувалась у межах державного плану Міністерства освіти і науки України Прогнозна оцінка та перспективи розвитку гірничодобувної та металургійної промисловості України в умовах ринкових стосунків з урахуванням екологічної ситуації (№ держреєстрації UA01015085P), відповідно Концепції розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року та планів наукових робіт Криворізького технічного університету.

Мета роботи полягає у розробці методів розрахунку технологічних параметрів кар’єрів, застосування яких забезпечує підвищення обґрунтованості проектних рішень і ефективності відкритої розробки родовищ корисних копалин.

Основна наукова ідея роботи полягає у використанні при проектуванні кар'єрів динамічних методів, заснованих на встановлених залежностях зміни техніко-економічних показників від технічних параметрів гірничо-транспортного обладнання.

Об'єкт досліджень – проектування і планування відкритої розробки родовищ корисних копалин.

Предметом досліджень є методи проектування і моделювання техніко-економічних показників відкритої розробки родовищ корисних копалин.

Методи досліджень. Для досягнення поставленої в роботі мети використано комплексний метод досліджень, який включає: техніко-економічний аналіз результатів роботи гірничодобувних підприємств України; графоаналітичний метод – при дослідженні залежностей техніко-економічних показників і технічних параметрів гірничо-транспортного обладнання; методи системного, статистичного та регресивного аналізу – для розробки розрахункових принципів технологічних параметрів, капітальних, експлуатаційних та приведених витрат; економіко-математичне моделювання – при розробці та обґрунтуванні проектних рішень.

Наукові положення, що захищаються в дисертаційній роботі:

1. Підвищення достовірності і обґрунтованості проектних рішень щодо інвестування геологорозвідувальних і проектних робіт, будівництва й експлуатації гірничодобувного підприємства забезпечується за рахунок використання динамічних методів оцінки техніко-економічних показників.

2. Розрахунок технологічних показників при проектуванні відкритих гірничих робіт необхідно здійснювати на підставі розроблених розрахункових принципів, які відрізняються від існуючих застосуванням регресивно-статистичного аналізу звітних даних провідних виробників гірничо-транспортного обладнання і досвіду роботи кар'єрів-аналогів.

Наукове значення роботи полягає у розвитку теорії і методів техніко-економічного обґрунтування ефективних технологічних рішень при проектуванні, будівництві та експлуатації гірничодобувних підприємств.

Наукова новизна результатів роботи полягає у наступному:

- розроблено концепцію методичного підходу до моделювання техніко-економічних показників відкритих гірничих робіт, яка заснована на використанні регресивно-статистичного аналізу звітних даних провідних виробників гірничо-транспортного обладнання і досвіду роботи кар'єрів-аналогів;

-

-

-

-

Практичне значення роботи полягає в розробці:

-

-

-

-

Реалізація результатів досліджень. За результатами виконаних досліджень розроблено Методичні вказівки до виконання передпроектної оцінки ефективності відкритої розробки родовищ корисних копалин (затверджені ДАК "Укррудпром" 7.07.2001 р.), застосовані при проектуванні кар'єрів Північний (ДНВП "Укрмеханобр"), Жовтневий (ВАТ Криворізький гранітний кар'єр), Мар'є-Дмитровський (ПП Восход), Павловка ( ВАТ "Христофорівський завод вогнетривких блоків і бетонів") в період 2001-2004 рр. Економічний ефект від упровадження результатів досліджень складає 172 тис. грн.

Особистий внесок здобувача в одержанні наукових результатів, які виносяться на захист, полягає у формулюванні мети, ідеї, наукових положень, задач дослідження, наукового і практичного значення роботи, висновків і рекомендацій; розробці концепції моделювання техніко-економічних показників; отриманні залежностей для розрахунку експлуатаційних та капітальних витрат; розробці критеріїв, моделей, методик і розрахункових принципів техніко-економічного аналізу проектних рішень; впровадженні результатів досліджень у виробництво. Текст дисертації викладено автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи на різних етапах її виконання доповідалися і були позитивно оцінені на III міжнародній науково-практичній конференції "Проблемы геоинформатики при комплексном освоении недр "(м. Дніпропетровськ, 2001 р.), III міжнародному симпозіумі "Качество-2002" (м. Кривий Ріг, 2002 р.), науково-технічній конференції "Проблеми розвитку Криворізького залізорудного басейну" (м. Кривий Ріг, 2002 р.), науково-технічній конференції "Проблемы развития Криворожского железорудного бассейна" (м. Кривий Ріг, 2002), II міжнародній науково-технічній конференції "Сучасні інформаційні технології в освіті та промисловості" (м. Миколаїв, 2003 р.), міжвузівській науково-методичній конференції "Проблеми економічної освіти і науковий прогрес" (м. Кривий Ріг, 2003 р.), міжвузівській науково-методичній конференції "Соціокультурний і постіндустріальний розвиток Кривбасу" (м. Кривий Ріг, 2003 р.), міжнародній науково-технічній конференції "Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості" (м. Кривий Ріг, 2004 р.), наукових семінарах кафедри відкритих гірничих робіт і науково-технічних конференціях Криворізького технічного університету (м. Кривий Ріг, 2000-2004р.).

Публікації. Основні наукові положення дисертаційної роботи опубліковано у 6 статтях у провідних фахових виданнях, 4 збірниках доповідей конференцій і нормативно-методичних вказівках.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновку, списку використаних джерел зі 114 найменувань і 4 додатків. Викладена на 127 сторінках машинописного тексту, включаючи 15 рисунків і 19 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми наукових досліджень. Сформульовано мету, наукову ідею, об'єкт і предмет досліджень, наукове значення і наукову новизну роботи. Викладено основні наукові положення, що виносяться на захист. Визначається особистий внесок здобувача в одержанні наукових результатів. Наведено дані про публікації, апробацію і впровадження результатів досліджень у виробництво.

У першому розділі викладено науково-технічні передумови розрахунків техніко-економічних показників при проектуванні відкритої розробки родовищ корисних копалин.

Розвиток теорії і практики проектування кар'єрів має велике значення, як науковий напрямок для гірничої науки і як апарат управління гірничодобувними підприємствами.

У цьому напрямку працювала і працює велика кількість видатних вчених. Базові теоретичні і методологічні результати наукових досліджень викладено в роботах: Агошкова М.І., Арсент'єва О.І., Астаф'єва Ю.П., Бизова В.Ф., Близнюкова В.Г., Вілкула Ю.Г., Гуменіка І.Л., Дриженка А.Ю., Жукова С.О., Завсєгдашнього В.О., Ільїна С.О., Ковальчука В.А, Мельникова М.В., Новожилова М.Г., Поліщука А.К., Ржевського В.В., Тартаковського Б.М., Темченка А.Г., Хохрякова В.С., Четверика М.С., Шапара А.Г., Щелканова В.О. та інших.

Виконаний аналіз сучасного стану гірничодобувної промисловості України показує, що зміни, які відбулися в економіці країни за останні 10 років, негативно вплинули на її економічні і технологічні показники.

Ринкові правила господарювання, погіршення гірничо-геологічних і гірничо-технологічних умов розробки потребують розробки і впровадження у практику проектування нових методів, які повинні ґрунтуватися на динамічних розрахунках та економiко-математичному моделюванні технологічних процесів, враховувати динаміку змін цін на обладнання, матеріали, енергоносії, стан попиту на ринку мінеральної сировини, забезпечувати раціональне використання природних, матеріальних та трудових ресурсів.

Вищевикладене дозволяє зробити висновок, що у теперішній час виникла нагальна необхідність у вирішенні важливої науково-практичною задачі – обґрунтуванні наукових основ і розробки ефективних методів розрахунку технологічних параметрів при проектуванні відкритих гірничих робіт.

Для цього у дисертаційній роботі поставлено і вирішено наступні задачі дослідницького, методичного і прикладного характеру:

-

-

-

-

-

У другому розділі наведено методи вирішення поставлених задач дослідження, розроблено методику побудови регресивно-статистичних моделей проектних технологічних показників, обґрунтовані принципи укрупнених розрахунків техніко-економічних показників гірничо-транспортного обладнання.

Існуючий досвід свідчить, що розрахунок проектних технологічних показників при відкритій розробці родовищ корисних копалин виконується за умов невизначеності вихідної техніко-економічної інформації, обмеженості фінансових ресурсів і часу. Застосування існуючих методів техніко-економічного аналізу і критеріїв за таких умов ускладнюється їх статичністю і необхідністю виконання великого обсягу розрахунків, що не завжди дозволяє отримати оптимальне проектне рішення.

На попередній стадії проектування відкритої розробки родовищ необхідно визначити основні технологічні параметри кар’єрів (значення елементів системи розробки, структуру комплексної механізації гірничих робіт, схеми розкриття) і економічні показники проекту (величина прибутку і капітальних витрат за весь період розробки, зміни експлуатаційних витрат у динаміці розвитку гірничих робіт).

Такий підхід до проектування розробки родовищ корисних копалин, заснований на попередній оцінці капітальних і експлуатаційних витрат, повинен розглядатися як початковий етап проектування.

Оцінка витрат для конкретного родовища, насамперед, ґрунтується на заздалегідь відомих усереднених витратах для діючих кар’єрів, техніко-економічних показниках гірничого обладнання, яке експлуатується, з урахуванням відповідних коректив на конкретні гірничо-геологічні, кліматичні, економічні, екологічні і соціальні умови.

Загальні капітальні витрати на розробку родовища, головним чином, залежать від вартості гірничо-транспортного обладнання, яка, у свою чергу, для кожного виду обладнання залежить від значень його основних технічних параметрів

, (1)

де N – кількість видів обладнання, яке використовується;

Ni – кількість обладнання i-го виду;–

основні технічні параметри i-го виду гірничо-транспортного обладнання;

Мi – кількість параметрів, які характеризують i-й вид обладнання.

Так само й експлуатаційні витрати визначаються параметрами обладнання

. (2)

Побудова регресивно-статистичних моделей проектних технологічних показників повинна засновуватись на урахуванні специфіки проектування відкритих гірничих робіт, найважливіших причинно-наслідкових взаємозв'язків технологічних процесів і ретельному аналізі вихідної техніко-економічної інформації.

З урахуванням цих умов доцільно використовувати технічні (конструктивні) параметри гірничо-транспортного обладнання, наведені у табл.1.

Таблиця 1

Основні технічні параметри гірничо-транспортного обладнання

Обладнання | I | II | III | IV

Бурові верстати | потужність двигуна | маса | середній діаметр свердловини

Драглайни | маса | потужність двигуна | об’єм ковша | довжина стріли

Екскаватори гідравлічні (пряма лопата) | маса | об’єм ковша | потужність двигуна | висота

розвантаження

Екскаватори гідравлічні (зворотна лопата) | маса | об’єм ковша | потужність

двигуна | глибина

копання

Екскаватори канатні | об’єм ковша | маса | потужність двигуна | довжина стріли

Навантажувачі колісні | маса | об’єм ковша | потужність

двигуна

Автосамоскиди | вантажопідйомність | потужність

двигуна | об’єм кузова | висота наван-нтаження

Залізничні вагони | вантажопідйомність | об’єм кузова | маса

Локомотиви | потужність двигуна | зчіпна вага

Бульдозери | потужність двигуна | маса | ширина лемеша

При формуванні вихідних даних використовуються:

- дані з експлуатаційних і капітальних витрат, наведених в щорічних звітах і каталогах найбільших світових компаній – виробників і розповсюджувачів гірничого обладнання. При цьому дані щодо стандартних моделей ідентифіковані тільки за специфікаціями, без урахування фірми-виробника;

- звітні статистичні матеріали про роботу кар’єрів – аналогів;

- нормативно-довідкова література.

Формування інформаційних баз даних техніко-економічних показників виконується у середовищі Microsoft Excel. Інформаційні бази і розрахункове забезпечення розроблено з урахуванням можливостей подальшого поповнення інформацією і виконання поточних перерахунків.

З застосуванням методів регресивно-статистичного аналізу для кожного розрахункового показника (капітальні і експлуатаційні витрати, годинні і абсолютні витрати ресурсів) за видами гірничо-транспортного обладнання отримано лінійні багатофакторні моделі у вигляді:

. (3)

Вплив кожного технічного параметра обладнання на значення розрахункового показника витрат в отриманих залежностях є різним. Тому практичний інтерес має визначення параметра, який найбільшим чином впливає на результати розрахунків.

Визначення головного розрахункового параметра, для кожного виду гірничого обладнання і конкретного розрахункового показника витрат , виконується шляхом покрокового виключення найменш впливових параметрів за критерієм Ст’юдента.

У табл. 1, як результат виконаних розрахунків, технічні параметри гірничо-транспортного обладнання наведено у відповідності до ваги їх впливу на значення капітальних витрат.

Аналіз властивостей функцій і досвіду застосування розрахункових методів техніко-економічних показників показує, що достатню точність результатів розрахунків забезпечують методи, засновані на використанні ступеневих емпіричних залежностей.

З використанням розробленої системи електронних таблиць у середовищі MS Excel виконано розрахунки коефіцієнтів однофакторних ступеневих залежностей для розрахунку показників експлуатаційних і капітальних витрат для наведених типів гірничо-транспортного обладнання.

Перевірка моделей на адекватність дійсності виконувалась з застосуванням критерію Фішера. Значення розрахованих коефіцієнтів детермінації знаходиться у діапазоні 0, 87 ? 0,98, що свідчить про достатньо високу точність отриманих результатів.

З використанням сформованих баз даних отримано сукупності однофакторних ступеневих моделей для розрахунку техніко-економічних показників відкритих гірничих робіт. Їх використання дозволяє для кожного виду гірничо-транспортного обладнання виконувати розрахунки: капітальних витрат; укрупнених експлуатаційних витрат; абсолютних витрат паливо-мастильних матеріалів, електроенергії; витрат на запасні частини; нормативної продуктивності обладнання.

Досвід моделювання основних технічних параметрів гірничого обладнання свідчить, що між ними існує тісний кореляційний зв’язок. На рис. 2 наведено результати моделювання значень радіусу черпання на горизонті установки екскаватора (1) і максимальної висоти розвантаження (2) від об’єму ковша. Значення коефіцієнтів детермінації дорівнюють, відповідно, 0,95 і 0,97. На рис.3 наведено залежність ширини автосамоскида від вантажопідйомності. Коефіцієнт детермінації дорівнює 0,985.

З застосуванням методів регресивно-статистичного аналізу для кожного виду гірничо-транспортного обладнання отримано відповідні залежності для розрахунку технічних параметрів від установленого головного розрахункового параметра.

На підставі викладених вище досліджень розроблено Методичні вказівки до виконання передпроектної оцінки ефективності відкритої розробки родовищ корисних копалин (Затверджені ДАК "Укррудпром" 7.07.2001 р.), які застосовані при проектуванні кар'єрів Північний (ДНВП "Укрмеханобр"), Жовтневий (ВАТ Криворізький гранітний кар'єр), Мар'є-Дмитровський (ПП Восход), Павловка (ВАТ "Христофорівський завод вогнетривких блоків і бетонів") у період 2001-2004 рр.

У третьому розділі викладено результати застосування запропонованого апарату динамічного моделювання і регресивно-статистичних моделей для розробки ефективних методів обґрунтування технологічних параметрів при проектуванні відкритих гірничих робіт.

У практиці проектування одним із важливіших питань є оцінка проектних рішень з урахуванням динаміки зміни цін на енергоносії, паливо-мастильні матеріали, заробітної плати і ставок оподаткування. Використання існуючих укрупнених методик розрахунку проектних показників для аналізу альтернативних варіантів потребує значних витрат часу і не завжди отримане рішення є оптимальним.

Для подолання цього недоліку необхідно застосовувати динамічні методи розрахунків, засновані на отриманих ступеневих залежностях головних розрахункових параметрів гірничо-транспортного обладнання.

За директивний критерій порівняння альтернативних варіантів проектних рішень прийнято мінімум приведених витрат, який з урахуванням використання встановлених ступеневих залежностей експлуатаційних і капітальних витрат від головних розрахункових параметрів гірничо-транспортного обладнання, має вигляд:

, (4)

де NO – кількість видів обладнання ;

Mi – кількість статей розрахунку експлуатаційних витрат для i-го виду обладнання;

Ен – нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладень;

,, Рij – коефіцієнт, показник ступеня і головний розрахунковий параметр для розрахунку значення j-ї статті експлуатаційних витрат i-го виду обладнання;

, , Рi – коефіцієнт, показник ступеня і головний розрахунковий параметр для розрахунку капітальних витрат i-го виду обладнання.

Величина експлуатаційних витрат при зміні цін на ресурси за j-ми статтями i-го виду обладнання , j=1чMi, розраховується за формулою:

, (5)

де – ціна ресурсу j-ї статті експлуатаційних витрат i-го виду обладнання;

– зміна ціни;

– питома вага статті у структурі витрат.

Аналіз залежностей зміни відносної величини експлуатаційних витрат від відносної зміни ціни ресурсу (рис. 4) свідчить, що чим більшу вагу має стаття у структурі експлуатаційних витрат, тим більшим є її вплив на величину експлуатаційних витрат.

У зв’язку з цим, за сучасних умов, коли по кар’єрному автотранспорту витрати на дизпальне складають 40-50% експлуатаційних витрат і ціни постійно зростають, актуальним є питання формування оптимальних комплектів виймально-навантажувального і транспортного обладнання.

Для цього на всіх стадіях проектування і планування відкритих гірничих робіт виконуються детальні розрахунки по обґрунтуванню доцільності використання різноманітних моделей обладнання.

Основні вимоги при формуванні комплектів гірничо-транспортного обладнання полягають у тому, що вони повинні забезпечувати:

- відповідність паспортних характеристик обладнання гірничо-технологічним характери-тикам гірських порід, кліматичним і гірничо-геологічним умовам розробки;

- використання стандартних моделей обладнання, що виготовляються серійно;

- повне використання потужності і продуктивності обладнання;

- відповідність прийнятим параметрам систем розробки і розкриття, потужності кар'єру, терміну будівництва й експлуатації, організаційним умовам ведення гірничих робіт;

- мінімум використання трудомістких і слабко механізованих допоміжних процесів і операцій;

- відповідність параметрів гірничого обладнання за суміжними технологічними ланками;

- безумовне виконання правил безпеки ведення гірничих робіт;

- мінімальний вплив на оточуюче природне середовище;

- резерв потужності і технічної продуктивності гірничого обладнання.

Цільова функція мінімуму річних приведених витрат на навантажувально-транспортні роботи при обґрунтуванні оптимальної структури комплексної механізації, з урахуванням отриманих ступеневих залежностей, має вигляд:

, (6)

де АГМ – продуктивність кар’єру , або ділянки по гірничій масі, м3/рік;

, – годинні експлуатаційні витрати по екскаваторам і автосамоскидам на навантажувальні і транспортні роботи, грн/год.;

, – годинна продуктивність обладнання, м3/год.;

, – кількість машино-годин роботи обладнання на рік, з урахуванням кліматичного району і прийнятої організації праці на підприємстві;

Е – об’єм ковша екскаватора, м3;

G – вантажопідйомність автосамоскида, т;

ОКРУГЛ( ) – функція округлення до найбільшого цілого.

У зв’язку з тим, що гірничо-транспортне обладнання, яке виготовляється серійно, має обмежений діапазон типорозмірів, альтернативні варіанти комплексної механізації формуються шляхом повного перебору технологічно доцільних сполучень різних типорозмірів екскаваторів та автосамоскидів.

При цьому, з розгляду виключаються варіанти для яких не виконуються вимоги відповідності параметрів гірничого обладнання за суміжними технологічними процесами.

Результати моделювання зміни приведених витрат, з використанням запропонованого методичного підходу для різноманітних сполучень екскаваторів і автосамоскидів наведено на рис. 5.

Аналіз отриманих результатів свідчить, що зміна приведених витрат для суміжних технологічних процесів, за умов, коли для фіксованого одного з типів обладнання відбувається покрокове збільшення головного розрахункового параметра другого, має хвильоподібний характер з лінійним обернено пропорційним трендом. Приведені витрати є найбільшими тоді, коли для забезпечення роботи фіксованого виду обладнання у суміжній технологічній ланці утворюються "залишкові" технологічні потужності, і мінімальні, коли потужності і продуктивності обладнання використовуються повністю.

При збільшенні обсягів видобутку гірничої маси мінімум приведених витрат по комплектам навантажувального і транспортного обладнання досягається при збільшенні параметрів обладнання (об’єма ковша екскаватора і вантажопідйомності автосамоскида).

При фіксованій продуктивності кар’єру по гірничій масі зростання витрат за статтями експлуатаційних витрат (насамперед, цін на пальне, мастильні матеріали, електроенергію) обмежує ефективність застосування потужного гірничого обладнання.

На стадії проектування і при обґрунтуванні зміни структури комплексної механізації гірничих робіт одним із важливіших питань є оцінка зміни величини обсягів гірничої маси у контурах кар’єру. Використання методу варіантів для розрахунку техніко-економічних показників не завжди є можливим і доцільним тому, що дані, які використовуються, мають низьку точність і необхідно нести великі витрати часу і людських ресурсів для виконання розрахунків.

У зв’язку з цим виправданим є використання аналітичних методів розрахунків.

Кут ухилу борта кар’єру обумовлює об'єми гірничої маси у його контурах (рис. 6). У свою чергу, кути відкосів і висота уступів, ширина робочих площадок, транспортних і запобіжних берм залежать від фізико-механічних властивостей гірських порід і параметрів гірничо-транспортного обладнання.

Зміна параметрів гірничо-транспортного обладнання обумовлює зміну ширини робочих площадок і транспортних берм. У цьому випадку зміна об'ємів гірничої маси у контурах кар’єру на 1 км периметра розраховується за формулою:

, тис.м3/км, (7)

де NР.П, NТ.Б – кількість робочих площадок і транспортних берм.

ВЗ.Б – ширина запобіжної берми, м; ВТ.Б, В'ТБ – ширина транспортної берми, м; ВР.П , В'Р.П – ширина робочої площадки, м; hУ – висота уступу, м; НК – глибина кар’єру, м.

При застосуванні автомобільного транспорту ширина робочих площадок і транспортних берм залежить від ширини автомобільних доріг, яка головним чином залежить від ширини автосамоскида.

У випадку, коли інші параметри робочих площадок і транспортних берм не змінюються, залежність величини обсягів гірничої маси на 1 км периметру кар’єра при зміні ширини автосамоскида з А до А', має вигляд:

, тис.м3/км. (8)

Ширина робочої площадки залежить від ширини забою екскаватора. Зміна величини радіусу черпання екскаватора з на за рахунок застосування моделі екскаватора з іншими технічними параметрами обумовлює зміну ширини робочої площадки, і відповідно обсягів гірничої маси у контурах кар’єру

, тис.м3/км. (9)

Остаточно, зміна основних технічних параметрів навантажувального і транспортного обладнання обумовлює зміну об'єму гірничої маси у контурах кар’єру, яка розраховується за формулою

, тис.м3/км. (10)

Використовуючи отримані залежності ширини автосамоскида від вантажопідйомності і радіусу черпання екскаватора на горизонті установки від об’єму ковша (рис.2,3)

, м, R2=0.984, (11)

, м, R2=0.947 (12)

де G – вантажопідйомність автосамоскида, т;

E – об’єм ковша екскаватора, м3;

R2 – значення коефіцієнта детермінації,

формула для розрахунку зміни об'ємів гірничої маси у контурах кар’єру при застосуванні моделей екскаваторів і автосамоскидів з іншими технічними параметрами (10) має вигляд:

, тис.м3/км. (13)

Використання отриманих залежностей при проектуванні і плануванні відкритих гірничих робіт дозволяє з достатньою точністю виконувати розрахунки проектних технологічних показників ширини робочих площадок, транспортних берм, об'ємів гірничої маси в контурах кар’єру, експлуатаційних, капітальних і приведених витрат.

Четвертий розділ присвячено аналізу економічної ефективності впровадження результатів досліджень.

Розроблені методи розрахунку проектних технологічних показників і отримані розрахункові ступеневі залежності використано для обґрунтування структури комплексної механізації навантажувально-транспортних робіт при видобутку скельних розкривних порід у кар'єрі ?Північний?.

У зв’язку з нарощуванням обсягів видобутку корисних копалин і підвищенням об'ємів скельних розкривних порід виникла потреба у поповненні парку і заміні зношених автосамоскидів та екскаваторів.

З урахуванням того, що кар’єр "Північний" розташований у середньому кліматичному районі, гірничі роботи виконуються у три зміни за безперервним робочим тижнем, середня відстань транспортування дорівнює 2,0 км і продуктивність кар’єру по видобутку скельних розкривних порід дорівнює А=1800000 м3/рік, функція мінімуму річних приведених витрат на навантажувально-транспорті роботи (6) має вигляд:

, грн./рік. (14)

Альтернативні варіанти комплексної механізації формуються шляхом повного перебору технологічно доцільних варіантів сполучення різних типів екскаваторів та самоскидів. Діапазони зміни головних параметрів обладнання наступні:

об’єм ковша екскаватора – 4,6 м 3 ч 20 ? 3;

вантажопідйомність автосамоскидів – 30 т ? 180 т.

Аналіз отриманих результатів розрахунків (рис.8) свідчить, що застосування комплекту обладнання, який включає екскаватори ЕКГ-10 (Е=10 м3) і автосамоскиди БелАЗ-7549 (G=80т), у порівнянні з базовим (екскаватори ЕКГ-5А (Е=5 м3 ) і автосамоскиди БелАЗ-7548 (G=40 т)), дозволяє зменшити витрати на навантажувально-транспорті роботи при видобутку скельних розкривних порід. Річний економічний ефект, підтверджений відповідними документами, складає 172568 грн.

висновки

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій вирішено актуальну науково-практичну задачу, що полягає в обґрунтуванні наукових основ і розробці ефективних методів розрахунку технологічних параметрів при проектуванні відкритих гірничих робіт. Вирішення цієї задачі має велике народногосподарське значення, оскільки воно забезпечує підвищення техніко-економічних показників гірничодобувних підприємств.

Основні наукові і практичні результати досліджень:

1.

2.

3.

- бурові верстати – потужність двигуна;

- драглайни – маса;

- екскаватори гідравлічні (пряма лопата) – маса ;

- екскаватори гідравлічні (зворотна лопата) – маса;

- екскаватори канатні – об’єм ковша;

- автосамоскиди – вантажопідйомність;

- залізничні вагони – вантажопідйомність;

- навантажувачі колісні – маса;

- локомотиви – потужність двигуна;

- бульдозери – потужність двигуна.

4.

5.

6.

7.

Основні положення і результати дисертації опубліковано в роботах:

Статті у наукових фахових виданнях:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Матеріали конференцій

7. Слободянюк В.К., Григорьев И.Е. Совершенствование циклично-поточной технологии на глубоких железорудных карьерах // Доклады III Международной научно-практической конференции "Проблемы геоинформатики при комплексном освоении недр". –Днепропетровск: - 2001. - С. 118-121.

8. Григорьев И.Е., Завсегдашняя И.В. Информационное обеспечение управления проектами горных работ // Матеріали II міжнародної науково-технічної конференції "Сучасні інформаційні технології в освіті та промисловості".- Миколаїв: УДМТУ, 2003. - С .21-22.

9. Завсєгдашній В.О., Григорєв І.Є. Системний підхід до моделювання діяльності гірничих підприємств // Матеріали міжвузівської науково-методичної конференції “Проблеми економічної освіти і науковий прогрес”- Кривий Ріг: Мінерал. -2003. - С. 188-190.

10. Завсєгдашній В.О., Попов С.О., Григорєв І.Є. Удосконалення методів пошуку проектних рішень при проектуванні промислових обєктів // Матеріали міжвузівської науково-методичної конференції "Соціокультурний і постіндустріальний розвиток Кривбасу". - Кривий Ріг: Мінерал. -2003. - С. 304-306.

Нормативно-методичні матеріали

11. Методичні вказівки до виконання передпроектної оцінки ефективності відкритої розробки родовищ корисних копалин: Затв. ДАК "Укррудпром" 7.07.2001 / І.Є.Григорєв. –Кривий Ріг: Мінерал. -2001. - 16 с.

Особистий внесок здобувача в роботах, опублікованих у співавторстві:

[1] – обґрунтування критерію вибору раціональної схеми розкриття; [2,3] – формування ідеї, постановка задач досліджень, розробка моделей; [7] – обґрунтування методів розрахунку технологічних показників; [8,9,10] – формування ідеї, обґрунтування новизни, аналіз результатів досліджень, висновки.

АНОТАЦІЯ

Григорєв І.Є. Розробка ефективних методів обґрунтування технологічних параметрів при проектуванні відкритих гірничих робіт. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.03 – "Відкрита розробка родовищ корисних копалин". – Криворізький технічний університет. Кривий Ріг, 2004.

Дисертацію присвячено вирішенню актуальної науково-практичної задачі, яка полягає в обґрунтуванні наукових основ і розробці ефективних методів розрахунку технологічних параметрів при проектуванні відкритих гірничих робіт.

Розроблено концепцію методичного підходу до моделювання техніко-економічних показників відкритих гірничих робіт, яка заснована на використанні регресивно-статистичного аналізу звітних даних провідних виробників гірничо-транспортного обладнання і досвіду роботи кар'єрів-аналогів. Обґрунтовано й установлено головні параметри гірничого обладнання, на підставі яких отримано сукупності залежностей для розрахунку основних технологічних параметрів при проектуванні відкритої розробки родовищ корисних копалин.

Розроблено методику розрахунку технологічних параметрів, яка застосована при проектуванні кар'єрів по видобутку залізної руди і будівельних матеріалів.

Економічний ефект від упровадження результатів досліджень складає 172 тис. грн.

Ключові слова: проектування кар’єрів, головні параметри гірничого обладнання, моделювання технологічних показників, структура комплексної механізації.

АННОТАЦИЯ

Григорьев И.Е. Разработка эффективных методов обоснования технологических параметров при проектировании открытых горных работ. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.03 – "Открытая разработка месторождений полезных ископаемых". -Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2004.

Диссертация посвящена решению актуальной научно-практической задачи, которая заключается в обосновании методологии и разработке эффективных методов расчета технологических параметров при проектировании открытых горных работ.

Одним из основных путей повышения экономической эффективности работы горнодобывающих предприятий Украины является применение при проектировании и планировании открытых горных работ методов, которые позволяют учитывать динамику изменения цен на оборудование, материалы, энергоносители, состояние спроса на минеральное сырье и обеспечивают рациональное использование природных, материальных и трудовых ресурсов.

Обосновано, что при расчетах проектных технологических показателей параметры горно-транспортного оборудования имеют разное влияние и потому необходимо использовать степенные зависимости, которые основаны на использовании главных расчетных параметров оборудования.

Установлены главные параметры для расчета проектных технологических показателей горно-транспортного оборудования.

Разработана методика укрупненных расчетов проектных технологических показателей, основанная на формировании открытых нормативно-статистических баз данных и использовании методов регрессионно-статистического анализа для определения главных расчетных параметров горно-транспортного оборудования и укрупненных расчетов технико-экономических показателей. Использование полученных зависимостей при проектировании и планировании открытых горных работ позволяет с достаточной точностью выполнять расчеты проектных технологических показателей: ширину рабочих площадок, транспортных берм, объемов горной массы в контурах карьера, эксплуатационных, капитальных и приведенных затрат.

Доказано, что выбор структуры комплексной механизации открытых горных работ должен выполняться по критерию "минимум приведенных затрат", главным показателем является максимальное использование ресурсов оборудования по смежным технологическим процессам.

Установлено, что изменение приведенных затрат для смежных технологических процессов, в условиях когда для фиксированного одного из типов оборудования происходит пошаговое увеличение главного расчетного параметра второго, имеет волноообразный характер с линейным обратно пропорциональным трендом. Минимум затрат достигается в условиях полного использования мощности и производительности горно-транспортного оборудования.

Экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет 172 тыс. грн.

Ключевые слова: проектирование карьеров, главные параметры горного оборудования, моделирование технологических показателей, структура комплексной механизации.

ABSTRACT

Grigoriev I.E. Development of effective methods of a substantiation of technological parameters at designing open mining works. The manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.15.03 - " Open-cast mining of deposits of minerals ".- Krivoy Rog Technical University, Krivoi Rog, 2004.

The dissertation is devoted to the decision of an actual scientific - practical problem which consists in a substantiation of methodology and development of effective methods of calculation technological parameters at designing open mining works.

The concept of the methodological approach to modeling technical and economic parameters of open mining works which is based on use of the regression-statistical analysis of accounting given conducting manufacturers of mining - transport equipment and an operational experience of careers-analogues is developed. The main parameters of the mining equipment on the basis of which sets of dependences for calculation of the basic technological parameters are received at designing open-cast mining deposits of minerals are proved and established.

The design procedure of technological parameters which is applied at designing careers on extraction of iron ore and building materials is developed.

Economic benefit of introduction of results of researches makes 172 thousand hrivnas.

Key words: designing of careers, the main parameters of the mining equipment, modeling of technological parameters, structure of complex mechanization.