Сравнение открытого и подземного способов разработки по критериям экономичности в полном комплексе

Как известно, добыча всех твердых полезных ископаемых в основном осуществляется двумя способами разработки: открытым и подземным, а также их различными комбинациями. В последние годы благодаря успехам горного машиностроения открытые горные работы стали оснащаться высокопроизводительным горнотранспортным оборудованием и их объемы и удельный вес в добыче почти всех полезных ископаемых резко возросли. Так, в последние годы удельный вес открытого способа в добыче угля составил около 60 %, железной руды более 85 %, цветных металлов 67 %, горно-химического сырья 40 % и почти 100 % в добыче строительных материалов. За последние годы введены в строй мощные железорудные карьеры в КМА (Михайловский, Лебединский, Стойленский ГОКи), на Урале (Качканар), в Сибири (Коршуновский), на Севере (Ковдор, Костомукшский и Оленегор-ский) и др. В цветной металлургии действуют такие карьеры как Сорский, Ждановский и др. Много месторождений отрабатываются комбинированным способом (Райское, Тырныаузское и др.) - одновременно открытым и подземным.

В целом, направление на преимущественное развитие открытых горных работ несомненно правильно, так как открытый способ имеет ряд неоспоримых преимуществ. Это, прежде всего, более высокий уровень производительности труда (в А -6 раз больше, чем на подземном) и безопасности работ (травматизм тоже в 5-6 раз меньше, чем на подземном). В ряде случаев открытый способ обеспечивает и более полное использование запасов месторождений. Поэтому он будет и в дальнейшем развиваться высокими темпами. Однако с глубиной разработки преимущества карьеров снижаются, а недостатки растут. Увеличивается ущерб окружающей среде.

В связи с ростом мощностей предприятий возрастает важность правильного выбора в том или ином случае способа разработки или определения границы, с которой наиболее эффективно перейти с открытого на подземный способ или с подземного на открытый. Резко возрастает необходимость и ответственность за правильность выбора и претворения в жизнь того или другого способа разработки.

Вместе с тем, в практике горных работ и проектирования еще нередки случаи неправильного выбора способа разработки. На целом ряде месторождений уже после довольно длительной эксплуатации подземным способом оказывалось, что более целесообразно отрабатывать их открытым способом. Примером могут служить Каджаранское, Никитовское, Лениногорское, Хайдаркан-ское, Зыряновское месторождения и др. На многих из них оказалось выгодным применение открытого способа при повторной разработке, т. е. уже после извлечения основной части запасов подземным способом (Никитовское, Хайдарканское, «Медвежий ручей» в Норильске, Тырныаузское и др.). В ряде случаев открытый способ позволяет значительно расширить запасы руды. Так, на Хайдарканском ртутном месторождении при открытом способе запасы извлекаемой руды были на 40 % (главное поле) больше, чем при подземном способе. Это наблюдается и на многих других месторождениях, в том числе, на Тырныаузском и Джидинском вольфрам-молибденовых. И наоборот, иногда применение открытого способа в неподходящих условиях приводило к ущербу. Примеров тому также достаточно, особенно при отработке жильных и_ маломощных месторождений.

Особенно тщательно должен решаться вопрос о выборе способа разработки на крупных объектах. Из-за неправильной оценки того или иного способа при больших масштабах горных работ наносится огромный, иногда непоправимый ущерб.

В некоторых случаях разработки массивных неглубоко залегающих месторождений типа Качканарского, Кальмакырского и других в районах сравнительно бесплодных почв совершенно очевидно преимущество открытого способа. Однако для глубокозалегающих крутопадающих скрытых рудных тел, например, типа Се-веро-Песчанских железорудных на Урале, ряда жильных месторождений цветных металлов также очевидно преимущество подземного способа.

Однако, в большинстве случаев для решения задачи о выборе того или иного способа разработки и границах его применения необходимы детальные технико-экономические расчеты. В основном, при решении вопроса о выборе того или иного способа разработки вопрос может стоять так: какую часть месторождения отрабатывать открытым способом и какую часть подземным и в какой очередности их применять (сначала один, потом другой или наоборот, если одновременно, то при какой степени совмещения их во времени и пространстве).

Если месторождение отрабатывается только открытым способом, то его граница вообще устанавливается на пределе экономической целесообразности.

Если месторождение отрабатывается открытым и подземным способами, то граница карьера устанавливается на глубине, дальше которой более экономичным является подземный способ. При этом в зависимости от порядка и последовательности применения открытых и подземных работ известны пять разных вариантов:

1) месторождение отрабатывается сначала открытым способом, затем подземным, и граница карьера устанавливается на глубине, ниже которой экономические показатели работы карьера уступают показателям работы рудника;

2) месторождение отрабатывается сначала одновременно открытым и подземным способами, затем только подземным, и граница карьера устанавливается на глубине, ниже которой показатели открыто-подземного способа уступают показателям подземного способа;

3) месторождение отрабатывается одновременно с начала и до конца открытым способом сверху вниз и подземным способом снизу вверх;

4) месторождение отрабатывается одновременно открытым и подземным способами сверху вниз;

5) месторождение отрабатывается сначала подземным способом, а затем повторная его отработка осуществляется открытым способом.

Если возможно применение какого-то одного способа разработки - открытого или подземного, то возникает задача сравнения этих способов. Если возможна отработка обоими способами вместе или в той или иной последовательности, то должна решаться задача об определении границ оптимального применения обоих способов.

Для вновь осваиваемых месторождений выбор осуществляется на основе сравнения способа последовательной разработки карьером и рудником с вариантами одновременной подземно-открытой разработки.

Эффективность подземно-открытого способа разработки и различных его вариантов при разной последовательности отработки карьерных и рудничных полей или разной степени одновременной и совместной работы карьера и рудника может быть определена на основе методического подхода, учитывающего все положительные и отрицательные последствия их работы. На основе анализа общей модели отработки всего месторождения необходимо сравнить все возможные варианты соотношения запасов для открытого и подземного способов, производственных мощностей карьера и рудника при разных вариантах последовательности отработки карьерного и рудничного полей, а также при разных системах подземной и открытой разработки.

Открытый и подземный способы разработки отличаются практически по всем технико-экономическим показателям, их сравнение может быть правильно осуществлено лишь при комплексной оценке с учетом всех различий по текущим и капитальным затратам, по расходу рабочей силы, производственной мощности предприятия, качеству добываемого полезного ископаемого, величине потерь, ущербу окружающей среде и др. Применительно к горно-рудной промышленности в общем виде условие сравнительной оценки способов разработки рудных месторождении может быть представлено разницей в сумме дисконтированной прибыли за вычетом капитальных затрат при разных способах разработки.

Сумма дисконтированной прибыли при открытом способе разработки определится по формуле (руб.)

,

где А_0t, - производственная мощность карьера в t-й год, т/год; t₀ - срок отработки месторождения открытым способом, лет; t_со - срок строительства карьера (до начала эксплуатации), лет; ц_доt и с_доt - извлекаемая ценность добываемой рудной массы и эксплуатационные затраты на добычу и переработку при открытом способе разработки в г-м году, руб/т; К_0t - капиталовложения в строительство карьера в t-й год, руб/год; Е - коэффициент дисконтирования затрат и прибыли во времени, доли ед.; Е_к - коэффициент, характеризующий величину процентной ставки за кредит, доли ед.

Извлекаемая ценность добываемой рудной массы и затраты на добычу и переработку при обоих сравниваемых способах разработки должны определяться с учетом всех стадий добычи и переработки. Например, при открытой добыче и обогащении затраты определяются по формуле

где а - затраты на очистные работы, руб/т; в - затраты на вскрышные работы, руб/т; К_т - текущий коэффициент вскрыши, т/т; с_о - затраты на обогащение, руб/т.

Сумма дисконтированной прибыли при подземном способе разработки должна определяться с учетом тех положений, что по сравнению с открытым способом при подземном могут быть приняты другие величины запасов и кондиций, производственной мощности предприятия, сроков его строительства и т.д.

При подземном способе обычно на одном и том же месторождении меньше запасы и меньше производственная мощность рудника, но больше содержание металлов в руде. Сумма дисконтированной прибыли при этом способе разработки определится по формуле (руб.)

где А_п, - производственная мощность подземного рудника в t-й год, т/год; t_п - срок отработки месторождения подземным способом, лет; t_сп - срок строительства подземного рудника (до начала эксплуатации), лет; ц_дпt и с_дпt - извлекаемая ценность добываемой рудной массы и эксплуатационные затраты на добычу и переработку при подземном способе разработки в t -м году, руб/т; К_пt - капиталовложения в строительство подземного рудника в t-й год, руб/год.

Эти две формулы пригодны для случая, когда строительство и эксплуатация карьера и рудника не потребуют дополнительных капиталовложений для расширения мощностей обогатительных фабрик и металлургических заводов. Если же на стадиях обогащения и металлургического передела для ввода в эксплуатацию карьера или рудника требуется соответственно увеличить производственные мощности на стадиях переработки или транспортирования руд и концентратов, то формулы для сравнительной оценки открытого и подземного способов разработки будут иметь следующий вид (руб.):

а) при открытом способе

б) при подземном способе

где n_о и n_п - число стадий переработки и транспортирования руд и концентратов, при которых необходимы реконструкции действующих или строительство новых дополнительных мощностей для переработки руд и концентратов, получаемых от работы карьера и рудника; К_oit и К_пit - капиталовложения в предприятие i-й стадии переработки в t-й год при открытом и подземном способах разработки, руб/год; t_coi - и t_спi - сроки строительства или реконструкции предприятия i-й стадии добычи, переработки и транспортирования при открытом и подземном способах разработки, лет.

При этом следует иметь в виду, что на стадиях обогащения и металлургического передела капиталовложения при открытом способе могут быть значительно больше, чем при подземном, потому что, как правило, рудная масса с карьера в несколько раз беднее, чем из подземного рудника. Например, в цветной металлургии среднее содержание металлов в рудной массе рудников было в 4 раза выше, чем с карьеров.

Если на перерабатывающих рудную массу карьера и рудника предприятиях имеются резервы производственных мощностей, то в ранее приведенных формулах капитальные вложения учитываются только на стадии добычи (или добычи и транспортирования, если нет достаточной инфраструктуры).

Тем не менее, извлекаемая ценность и эксплуатационные затраты должны определяться с учетом всех стадий добычи и переработки.

Эксплуатационные затраты устанавливаются по формулам (руб.):

а) при открытом способе разработки

б) при подземном способе разработки

где с_оо и с_ор - затраты на обогащение при открытом и подземном способах разработки, руб/т; g_оо и g_оп - выход концентратов при переработке рудной массы открытого и подземного способов, т/т; с_мо и с_мп - затраты на металлургический передел концентратов из рудной массы открытого и подземного способов, руб/т; с_др - затраты на добычу на руднике, руб/т.

При сравнении открытого и подземного способов разработки с учетом ущерба окружающей среде часть эффекта от снижения ущерба окружающей среде будет не у открытого способа, а у подземного и определится он по разнице в ущербе, который устанавливается при двух способах разработки на основе методики, приведенной в предыдущих главах.

Кроме того, могут быть учтены другие эффекты и ущербы, например, эффект от более раннего ввода в эксплуатацию, ущерб от сноса строения предприятия, части города или поселка и т.д.

Эффекты (ущербы) у потребителя могут быть определены аналогично, например: эффект за счет снижения затрат у потребителя в случае, если открытый способ позволяет увеличить объем производства или улучшить качество руд и концентратов; экономия (руб/т), которую будет иметь потребитель продукции горнообогатительного предприятия, металлургический завод, где благодаря более полной загрузке и лучшему качеству концентратов улучшается использование производственных фондов и снижаются текущие затраты (руб/т). Например, если ввод в эксплуатацию карьера или рудника позволит более полно использовать производственные мощности обогатительной фабрики и металлургического завода, то на этих предприятиях по-разному уменьшатся эксплуатационные затраты на переработку. Так, на обогащении они снизятся с какой-то базовой величины, равной с_об, до

при открытом способе и до

при подземном способе,

где j_о - доля условно-постоянных затрат на обогатительной фабрике при ее базовой производственной мощности А_об, доли ед.

При металлургическом переделе эксплуатационные затраты сократятся с какой-то базовой величины с_мб до

при открытом способе

и до

при подземном способе,

где j_м - доля условно-постоянных затрат в общих затратах на переработку концентратов, доли ед.; А_зб - базовая производственная мощность металлургического завода по переработке концентратов, т/год.

Аналогично может быть определена экономия за счет более полного использования производственных фондов, например, по формуле

где ц_кб и ц_к - ценность концентратов при базовом и новом вариантах технологии, руб/т; e_о -извлечение металлов в концентраты при обогащении, доли ед.; с_зб и с_з - затраты на переработку концентратов на металлургическом заводе при базовом и другом вариантах, руб/т; Ф_з и Ф_з+ D К_з - производственные фонды завода при старом и новом вариантах, руб; D К_з -дополнительные капиталовложения, необходимые для переработки дополнительного количества концентратов, руб; А_бз - производительность металлургического завода по переработке концентратов при базовом варианте, т/год; ц_дб и ц_д - извлекаемая ценность добываемой рудной массы при базовом варианте и другом; и - выход концентрата из 1 т рудной массы при базовом и другом вариантах, т/т; q - доля увеличения производственной мощности.

В случае, если металлургический завод работает с недогрузкой, эти составляющие эффекта могут оказаться очень большими без каких-либо дополнительных капиталовложений.

Иногда бывает очень важно (особенно при богатых рудах и большой производительности) учитывать при сравнении открытого и подземного способов разработки экономию за счет более раннего ввода предприятия в эксплуатацию и освоения его проектной производственной мощности. Эта экономия с учетом фактора времени может быть определена следующим образом. Допустим, что при одном из способов разработки срок строительства рудника и освоения проектной производственной мощности на D t лет меньше, что неравнозначно для народного хозяйства. Разницу в прибыли от реализации продукции, получаемой за весь срок отработки месторождения или его части при первом способе разработки (подземном), и прибыли, получаемой при втором способе (открытых работ) спустя D t лет с учетом фактора времени, можно определить как

где Е - норматив приведения разновременных затрат во времени. В частном случае, когда А_п=А_о и t_рп=t_ро или А_пt_рп=А_o t_ро, т.е. производственные мощности и сроки отработки месторождения равны при обоих способах, формула упрощается

,

а в расчете на 1 т руды балансовых запасов

или в расчете на 1 т добываемой рудной массы

Эти формулы могут применяться при сравнительно небольшой разнице в сроках эксплуатации при открытом и подземном способах.

Для полного учета фактора времени может быть применена формула, в которой сумма ежегодно получаемой рудником прибыли выражается также с учетом фактора времени. В этом случае эффект от более раннего ввода рудника в эксплуатацию может быть определен в расчете на 1т рудной массы при каком-то базовом варианте (в данном случае вариант подземных работ) по формуле

где - коэффициент, учитывающий фактор времени.

Этот эффект будет иметь место при варианте с меньшим сроком строительства и освоения рудником проектной мощности (в данном случае подземный способ), поэтому при сравнении он должен быть прибавлен к сумме затрат при открытом способе или вычтен из суммы затрат при подземном способе разработки. Если срок строительства при открытом способе будет меньше, чем при подземном, то наоборот.

Дата добавления: 2014-11-25