Концептуальные основы формирования гибких геотехнологических комплексов горных и энергетических предприятий
А.В. Федаш, доцент, к.т.н., проректор Московского государственного горного университета
Мировой кризис является объективной закономерностью. Кроме разрушительной функции, он отсекает всё ненужное, устаревшее, мешающее переходу к обновлению. Это происходит на фазе депрессии посредством замены устаревших технологий, машин и оборудования, форм организации производства. В условиях кризиса попытки переждать, используя старое оборудование, технологии и формы организации производства, являются опасными для развития предприятий в будущие периоды.
На примере угольной промышленности можно выделить следующие инновационные периоды развития отрасли, которые привели к диверсификации производства: ручной труд (до 1940 г.), малая механизация (1941–1964 гг.), комплексная механизация (1965–1991 гг.), автоматизация (1992–2009 гг.), роботизация после 2010 г.
К сожалению, в период реструктуризации угольной отрасли (1996–2003 гг.) её развитие происходило посредством применения импортных технологий и технических устройств. Опыт экономически развитых стран подтверждает, что такой путь совершенствования угольной промышленности не приводит к росту конкурентоспособности угольной продукции. Характерным примером нерационального использования закономерностей спада во время кризисов и подъёма горного производства между кризисами является работа шахт Прокопьевско-Киселёвского геолого-экономического района Кузбасса, на которых в последние 30 лет не проводилась диверсификация производства, что привело к массовому закрытию шахт Киселёвского района во время реструктуризации угольной отрасли и банкротству большинства шахт Прокопьевского района в настоящее время.
На успешно развивающихся горных предприятиях конкурентоспособность угольной продукции достигается обновлением технологий, заменой технических устройств, расширением ассортимента продукции, стратегическим управлением производством в оптимальном режиме и др. Цели управления должны обеспечить более высокие темпы роста по сравнению с конкурентами, увеличение доли рынка, снижение производственных издержек, соблюдение промышленной и экологической безопасности, проникновение на зарубежные рынки, решение социальных проблем трудовых коллективов и прочее.
Так как технологии и технические устройства являются основой технологических систем угледобывающих предприятий, то необходимо применять системный подход комплексной диверсификации горного производства. Для этого предлагается: применить метод декомпозиции существующих технологических систем; осуществить выбор структурных элементов технологических систем, адаптированых к условиям угледобывающих предприятий нового уровня; обосновать новые структурные элементы, базирующиеся на использовании наукоёмких технологий и технических средств; разработать технологические требования для создания новых технологий и технических средств; синтезировать технологические системы угледобывающих предприятий нового уровня; оптимизировать параметры горных предприятий, обеспечивающих конкурентоспособность продукции на мировом рынке.
Указанные цели могут быть достигнуты при наличии методологии перманентно-цикличного проектирования и реализации проектов в рамках крупных структурных агломераций, объединяющих угледобывающие и углеперерабатывающие предприятия; энергетические модули, использующие угольную продукцию для получения электрической и тепловой энергии. Одним из типов такой агломерации может быть гибкий геотехнологический комплекс горных и энергетических предприятий (ГГТК).
Идея создания ГГТК не является новой. Методы оптимального комплексного проектирования и оптимизации вариантов развития угольных бассейнов впервые были разработаны в начале 1960-х годов А.Г. Аганбегяном, А.С. Астаховым, А.С. Бурчаковым, А.С. Малкиным, В.С. Мучником и другими [1–7]. Результаты исследований в указанных работах можно применить и для проектирования и создания ГГТК.
Гибкий геотехнологический комплекс является сложной системой, включающей множество упорядоченных подсистем, элементов и процессов, которые во времени и пространстве осуществляют полный организационно-технологический цикл от поиска и разведки полезных ископаемых до реализации на рынке угольной продукции или энергии. Общая функциональная и структурная схема сложной системы ГГТК представлена на рисунке.
Структурно ГГТК включает организации и предприятия, осуществляющие поиск и разведку перспективных участков угольных бассейнов, технолого-экономическую оценку участков угольных месторождений, подготовку и получение лицензионных документов на право отработки угольных пластов в пределах горных отводов, проектирование предприятий и инфраструктуры, строительство и реконструкцию горных и энергетических предприятий, разработку угольных месторождений открытым, открыто-подземным, подземным, гидравлическим способом, а так же нетрадиционными технологиями. Отдельно включены в состав ГГТК предприятия по переработке угольного метана.
Продукцию угледобывающих и метанодобывающих предприятий перерабатывают и используют на обогатительных фабриках, дробильно-сортировочных комплексах, коксохимических предприятиях с получением концентрата кокса, брикетов, водоугольной суспензии, жидкого топлива; химического сырья, горного воска, адсорбентов; строительных материалов по прогрессивным технологиям глубокой переработки угля.
Предлагается в структуру ГГТК включить энергетические предприятия для получения тепловой и электрической энергии при сжигании угля, метана, водоугольной суспензии (водоугольного топлива) в рамках программы развития локальной энергетики [8].
В настоящее время разработаны и успешно применяются следующие перспективные технологии использования угля и метана для получения тепловой и электрической энергии:
- сжигание угольного топлива с предварительной газификацией;
- сжигание угольного топлива в кипящем слое;
- вихревая технология сжигания угольного топлива;
- сжигание суспензионного угольного топлива;
- переработка метана на когенерационных установках для выработки тепловой и электрической энергии, сжигание метана в котельных, сушилках, калориферах и др.
Использование указанных источников энергии и технологий её получения в угледобывающем регионе соответствует программе развития локальной энергетики.
Производство тепловой и электрической энергии в пределах инфраструктуры ГГТК позволит резко снизить затраты на собственные нужды, реализовать энергию на энергетическом рынке, организовать энергоёмкие производства в регионе, в том числе в структуре ГГТК.
Основные функции и цели ГГТК следуют из его миссии, которую для угледобывающих регионов можно сформулировать в соответствии с «Энергетической стратегией Российской федерации на период до 2030 года» [9], как максимально эффективное использования природных ресурсов угля для устойчивого роста российской и региональной экономики и повышения качества жизни населения региона и страны.
В соответствии с результатами научных исследований, анализа состояния и перспектив развития технологии проектирования и строительства предприятий, добычи, переработки и использования угля выделены следующие основные функции гибкого геотехнологического комплекса:
- комплексное освоение недр посредством применения современных технологий добычи, переработки и использования угля;
- устойчивый рост российской и региональной экономики;
- повышение качества жизни населения региона и страны;
- обеспечение промышленной и экологической безопасности в регионе посредством снижения вредного воздействия опасных производственных объектов, техногенных процессов и рисков на людей, животных и окружающую среду.
Основная научная идея разработки методологии принятия решений состоит в том, что стратегия создания и развития ГГТК формируется не условными сценариями, а в модели поэтапного перспективного развития топливноэнергетического сектора угледобывающего региона в базовом прогнозном поле с учётом рисков [9]. Базовое прогнозное поле идентифицируется результатами работы ГГТК в предыдущие периоды, наличием ресурсов и ограничений (см. рис.).
Ресурсы и ограничения в разные периоды функционирования ГГТК могут быть представлены детерминированными или стохастическими величинами и характеристиками. В этой связи одним из принципов создания, эксплуатации и интеграции структурных элементов в структуру ГГТК является учёт в методологии принятия и реализации технологических и организационных решений результатов мониторинга и возможности оперативного изменения траектории развития комплекса в стохастической среде.
Таким образом, ГГТК рассматривается как динамически развивающийся в стохастической среде объект, для прогнозирования параметров и выбора оптимальной стратегии развития которого можно применить научные основы теории управления сложными организационными системами [10–12].
Для выполнения миссии ГГТК необходимо решить следующие основные научно-практические задачи:
- разработать концепцию и принципы структуризации горных и энергетических предприятий и интеграции их в гибкий геотехнологический комплекс.
- синтезировать альтернативные варианты гибких геотехнологических комплексов горных и энергетических предприятий.
- разработать и реализовать стохастическую имитационную модель гибкого геотехнологического комплекса горных и энергетических предприятий.
- обосновать прогрессивные технологические и технические решения для синтеза и предпроектной проработки оптимальных вариантов проектирования гибкого геотехнологического комплекса для конкретных геологических районов угольных бассейнов.
- разработать организационную систему оптимального управления горными и энергетическими предприятиями гибкого геотехнологического комплекса в стохастической среде.
Указанные задачи успешно решаются в Московском государственном горном университете в рамках научной школы «Подземные горные системы» (научный руководитель членкорр. РАН Л.А. Пучков). За последние годы выполнены исследования по возможности разработки Апсатского месторождения Забайкальского каменно-угольного бассейна. Целый ряд исследований по указанной тематике был проведен в Кузбассе и Воркуте, на основании которых издана монография «Динамические проявления горного давления», под редакцией профессор, д.т.н. В.В. Мельника, при участии ведущих специалистов в горном деле В.Б. Артемьева, Г.И. Коршунова, А.К. Логинова, В.М. Шика.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Малкин А.С. Проектирование шахт: Учеб. для вузов/ А.С. Малкин, Л.А. Пучков, А.Г. Саламатин, В.М. Еремеев – М: Изд(во Академии горных наук, 2000. – 375 с.
2. Методы оптимального проектирования угольных шахт/А.М. Курносов, М.И. Усти( нов, И.П. Набродов, Л.А. Ликальтер и др. – М.: Недра, 1974. – 368 с.
3. Сагинов А.С. Методы анализа и оптимизации технологических схем угольных шахт/ А.С. Сагинов, С.С. Квон, К.Н. Адилов. – М.: Недра, 1974. – 296 с.
4. Антонов А.А. Варианты развития горных работ на шахтах при наличии резервных участков/ А.А. Антонов// Уголь. №12/2000. – с. 20–21.
5. Астахов А.С. Геоэкономика (системная экономика промышленного недропользова( ния) – М.: ООО «МИГЭК», 2004. – 488с.
6. Экономические и правовые основы природопользования/ А.С. Астахов, В.Е. Зайден( варг, М.Е. Певзнер, В.А. Харченко. – М.: МГГУ, 2002. – 527 с.
7. Мучник В.С. Подземная гидравлическая добыча угля/ В.С. Мучник, Э.Б. Голланд, М.Н. Маркус. – М.: Недра, 1986. – 223 с.
8. Мазикин В.П. Углеэнергетическая модель комплексного предприятия с мини(ТЭС / В.П. Мазикин, В.Н. Вылегжанин, Г.П. Гладышев. // Вестник ТЭК Кузбасса. №2/2000. – с. 18–20.
9. Энергетическая стратегия Российской федерации на период до 2030 года. Утвер( ждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. №1715(р.
10. Каплунов Д.Р. Развитие теории проектирования и реализации идей комплексного освоения недр/ Д.Р. Каплунов, М.В. Рыльникова// Горный информационно(аналити( ческий бюллетень. Изд(во Московского государственного горного университета, №4/ 2008. – с. 20–41.
11. Бурков В.Н. Механизмы управления эколого(экономическими системами / В.Н. Бур( ков, Д.А. Новиков, А.В. Щепкин. – М.: Изд(во физ.(мат. лит., 2008. – 244 с.
12. Новиков Д.А. Теория управления организационными системами/ Д.А. Новиков – М.: МПСИ, 2005. – 584 с.
