Метод формирования структуры парка карьерной техники на действующем предприятии

М.И. Щадов, профессор, д.т.н., действительный член РАЕН
 К.Ю.Анистратов, к.т.н., Генеральный директор ООО НТЦ «Горное Дело»
А.В. Федоров, Генеральный директор ОАО «СУЭК-Красноярск»

На протяжении последних семи лет группа специалистов Научно-технического центра «Горное Дело» и других предприятий под руководством профессора, действительного члена РАЕН, лауреата Государственных премий СССР и РФ М.И. Щадова ведут работы в рамках нового научного направления: «Разработка системы формирования и управления структурой комплекта карьерной техники на горнодобывающих предприятиях».

Научная проблема состоит в создании метода формирования оптимальных комплектов карьерной техники горного предприятия в изменяющихся природно-технологичес-ких условиях разработки месторождения на основе анализа и управления техническим состоянием каждой машины.

Журнал «Горная Промышленность», продолжая серию публикаций, посвященных этой проблеме, предлагает свои страницы для размещения всем заинтересованным лицам тематических материалов и статей в данной области.

Введение

В настоящее время на карьерах России и стран СНГ парк карьерных экскаваторов с ковшами вместимостью от 5 до 50 м3 насчитывает 7000 ед., парк карьерных самосвалов 15000 ед. Общий объем экскавируемой и транспортируемой горной массы на российских предприятиях с открытым способом добычи твердых полезных ископаемых оценивается на сегодняшний день более 2.0 млрд. т в год.

Анализ состояния горного оборудования показывает, что износ парка карьерной техники и, в частности, экскаватор-

ного парка России составляет более 85%. Массовый выпуск отечественных экскаваторов прекратился в начале 1990-х годов.

Рост объемов производства в горной промышленности, наметившийся в период 2005-2008 годы, обусловил возрастание спроса на карьерную технику, что в свою очередь определило увеличение выпуска карьерных экскаваторов на отечественных заводах (например, на заводе «ИЗ-КАРТЭКС» в 2008 г. изготовлено 46 экскаваторов с ковшами вместимостью 10-15 м3) и рост объема импорта гидравлических экскаваторов (за 2003-2008 годы в Россию было ввезено порядка 60 ед. гидравлических экскаваторов с ковшами от 8 до 36 м3). Годовой объем производства РУПП «БелАЗ» в течение 2006-2008 годов составил в среднем 1700 ед. карьерных самосвалов грузоподъемностью 30-320 т.

Разразившийся в конце 2008 г. мировой экономический кризис резко затормозил наметившуюся тенденцию на техническое переоснащение горнодобывающих предприятий России и стран СНГ.

Рост объемов производства с одной стороны и старение парка горного оборудования с другой, поставили перед собственниками и руководителями ряд задач, связанных с принятием решений по техническому и технологическому переоснащению практически всех переделов горных предприятий и, соответственно, необходимостью определения объема и динамики привлечения инвестиций для обеспечения эффективной работы предприятий в ближайшие 10-20 лет.

Основные принципы проектирования карьеров и формирования структур комплексной механизации на открытых горных работах были заложены в работах советских ученых в 1960-х годах [1-16].

Признавая значительный вклад основоположников отечественной горной науки, их учеников и последователей в создании методов формирования структуры комплексной механизации, следует отметить, что применяемые методы определяют структуру парка на, так называемый, «расчетный год» и не решают эту задачу в динамике. При этом они не учитывают всего многообразия современной карьерной техники, представленной на рынке в настоящее время от различных производителей и влияния экономики обеспечения конструктивных возможностей машин и в целом комплекта карьерной техники на производственные показатели работы и, в конце концов, на прибыль, получаемую горным предприятием.

Рис. 1 Главная таблица программного модуля «Жизнь машины»
(на примере эксплуатации самосвала БелАЗ-75131 в период с 2009 по 2012 годы)


Рис. 2 Динамика изменения средних удельных затрат на владение
и технический сервис самосвалов БелАЗ-75131 за срок их службы

Таким образом, проблема разработки метода формирования структуры парка карьерной техники для конкретных природно-технологических условий разработки месторождений на основе анализа и управления техническим состоянием каждой машины является весьма актуальной.

Метод обоснования структуры парка карьерой техники

В рамках решения основных задач рассматриваемого научного направления специалистами НТЦ «Горное Дело» реализуется комплекс работ, целью которого является создание метода выбора и обоснования парка карьерной техники из широкого спектра предложений машиностроительных фирм, обеспечивающего эффективность эксплуатации комплекта оборудования в целом и каждой машины в отдельности при заданных объемах производства в изменяющихся природно-технологических условиях разработки месторождения с учетом динамики изменения технико-экономических показателей работы каждой единицы карьерной техники в течение срока ее эксплуатации.

Идея, заложенная в основу выполнения работы, заключается в том, что структура парка карьерной техники и график ее ввода и списания, определяются с учетом изменения природно-технологических условий разработки месторождения и динамики изменения технико-экономических по-

казателей работы каждой единицы карьерной техники в соответствии с ее жизненными циклами в течение срока эксплуатации, который можно назвать «жизнью машины», и принятой формой технического обслуживания парка.

Критерием обоснования структуры парка является минимум суммарных затрат на эксплуатацию и владения парком карьерной техники в течение рассматриваемого периода времени.

Парк карьерной техники представляет собой совокупность горного оборудования одного типа на горном предприятии, обеспечивающего выполнение одного технологического процесса горных работ в заданных объемах. Например, парк карьерных самосвалов обеспечивает транспортирование горной массы в объеме 100 млн. т-км. Парк карьерных одноковшовых экскаваторов обеспечивает экскавацию 15 млн. м3 горной массы в год.

Структуру парка на момент времени можно описать следующим выражением:

где:

- количество моделей, входящих в парк карьерной техники на момент времени t;
  - количество единиц карьерной техники i-ой модели на момент времени t.

Поскольку парк карьерной техники представляет собой совокупность горного оборудования одного типа на горном предприятии, обеспечивающего выполнение одного технологического процесса горных работ в заданных объемах, то мощность парка за t-ый год:

где:

- объем работ, выполняемых у-ой единицей карьерной техники i-ой модели за t-ый год;

- заданный объем работ на t-ый год.

Комплект карьерной техники - совокупность парков карьерной техники, обеспечивающих выполнение календарного графика добычных и вскрышных работ в соответствии с принятой технологией и планами развития горных работ в конкретных природно-технологических условиях разработки месторождения в течение заданного периода времени.

Комплект карьерной техники характеризуется структурой составляющих его парков и динамикой изменения структур парков в течение заданного периода времени, производственной мощностью комплекта в целом и отдельных парков, удельными затратами на единицу производственной мощности комплекта и отдельных парков.

Последовательность работ при обосновании оптимальной структуры парка карьерной техники представлена в таблице.

Выбор структуры парка осуществляется в четыре этапа: 1. Анализ природно-технических условий (ПТУ) разработки месторождений и определение объемов горных работ. - Конечным результатом выполнения этих работ является календарный график выполнения вскрышных и добычных работ.


Рис. 3 Диалоговое окно программного модуля «Жизнь машины» для карьерных самосвалов

Метод формирования парка карьерной техники

Наименование операции

Результаты

Анализ природно-технологических условий разработки месторождения

Параметры разработки месторождения

Анализ ПТУ

Анализ рынка сбыта полезного ископаемого с целью определения сценария потребления полезного компонента

Оценка спроса и план по сбыту

и определение объемов горных работ

Определение производственной мощности карьера по полезному ископаемому

План по добыче на рассматриваемый период времени

Горно-геометрический анализ и разработка календарного графика вскрышных и добычных работ

Календарных график работ по добыче и вскрыше

Анализ технического состояния каждой единицы карьерой техники существующего парка (парков)

Дефектовочные ведомости, отчет о состоянии и заявки на запасные части и МТР

Определение организационной формы управления техническим сервисом парка карьерной техники

Регламент работы по техническому обслуживанию и ремонту парка

Формирование планов ТО и Р для каждой единицы карьерной техники

План ТО и Р для каждой единицы и парка в целом

Расчет объемов наработки часов каждой единицы техники на линии (Трл)

График изменения наработки в течение заданного периода времени для каждой единицы карьерной техники

Исследование существующего парка карьерной техники

Исследование изменений природно-технологических условий разработки месторождения в течение планируемого периода

Таблицы (БД) параметров горных работ, условий транспортирования

Расчет производительности по типам карьерной техники и мощности действующего парка в целом

Графики изменения объемов выполнения объемов работ для каждой единицы карьерной техники и существующего парка в целом в течение планируемого периода

Формирование таблиц «Жизни машины» для каждой единицы карьерной техники парка

Главные таблицы для каждой единицы техники существующего парка

Определение сроков службы каждой единицы карьерной техники

График списания карьерной техники

Формирование графика изменения структуры существующего парка карьерной техники

График изменения структур существующего парка карьерной техники

Анализ предложений на рынке карьерной техники, технических параметров, цен

Маркетинговый отчет

Анализ тенденций в развитии модельных рядов карьерной техники в мире

Отчет об исследованиях

Исследование аналогов использования техники и технологии ведения горных работ на карьерах в России и за рубежом.

Отчет об исследованиях

Формирование базы данных жизненных циклов («Жизней машин») карьерной техники различных моделей и производителей

Стандартные планы-графики выполнения ТО и Р, нормативы на ТО и Р, затраты на запасные части и МТР. Графики ЖМ

Исследование параметров нового парка карьерной

Разработка вариантов динамики изменения структуры парка карьерной техники при различных сценариях: эволюционный, революционный, комбинированный

Совокупность аналитически отобранных вариантов изменения структуры парка (применения различных типов и моделей КТ)

техники

Формирование планов ТО и Р для каждой единицы карьерной техники, рассматриваемых для обновления парка

Графики ТО и Р

Расчет объемов наработки часов каждой единицы техники на линии (Трл), новой техники.

Графики наработки по каждому типу новой техники в течение срока службы

Расчет производительности по типам новой карьерной техники в изменяющихся ПТУ в течение срока эксплуатации

Таблицы и графики изменения производительности по типам техники

Определение вариантов структур парка и их динамики при различных вариантах изменения структуры парков (различных комбинаций обновления парка) по сценариям, обеспечивающих выполнение плановых объемов горных работ

Таблица различных вариантов структур и их динамики (количество техники). Графики ввода и списания

Формирование экономико-математических моделей работы парка карьерной техники по каждому из вариантов

Вабор варианта

Определение производственных и экономических показателей работы для каждого варианта структуры парка карьерной техники

Удельные затраты на добычу по каждому из вариантов структур парка

Выбор оптимального варианта структуры парка и его динамики в течение планируемого периода времени по критерию

Оптимальная структура парка карьерной техники и ее динамика

- На этом этапе применяются современные системы компьютерного моделирования, проектирования и планирования горных работ типа Surpac, XPAC, Micromine, Datamine и др.

2. Анализ состояния парков карьерной техники на действующем предприятии предусматривает проведение работ по оценке технического состояния каждой единицы, анализ действующих нормативов ТО и Р, уровня организации технического обслуживания и материально технического снабжения, также и оценку уровня квалификации персонала. Также производится расчет производственных показателей техники и парка в целом, то есть оценивается мощность действующего парка и ее динамика в процессе износа техники.

- Конечный результат этого этапа - комплект таблиц «Жизни машин» (рис. 1), графики определения оптимальных сроков службы техники (рис. 2) и в итоге - график списания техники.

На рис. 2 в качестве примера приведен расчетный график изменения удельных затрат на приобретение и технический сервис самосвалов БелАЗ-75131. Из графика видно, что начиная с 10-го года общие удельные затраты на владение и технический сервис имеют тенденцию к росту. Минимальные удельные затраты наблюдаются на 9-й год эксплуатации. Таким образом, оптимальный срок службы по парку самосвалов БелАЗ-75131 составляет 9 лет.

- На этом этапе применяются модуль программного обеспечения «Жизнь машины» (рис. 3) определения оптимальных сроков службы техники [17, 18] и модуль расчета производительности карьерной техники.

3. Исследование параметров нового парка карьерной техники предусматривает проведение анализа предложений техники на рынке, выбор возможных для применения типов и моделей карьерной техники с учетом тенденций развития горного дела в мире, прогнозируемых изменений природно-технологических условий, планируемых объемов горных работ, состояния действующего парка техники.

- Конечный результат третьего этапа - комплект таблиц «Жизни машин» для новой техники, варианты изменения структур парка в зависимости от производственной мощности и рассмотренных вариантов технологий ведения горных работ.

- В качестве инструментов применяются системы компьютерного моделирования, проектирования и планирования горных работ для точного и многовариантного анализа развития горных работ, модуль «Жизнь машины» для формирования главных таблиц и прогноза кривых изменения объема наработки техники на линии.

Данный модуль обеспечивает формирование плана ТО и Р на основе принятых нормативов по периодичности ремонта машин, нормативов трудозатрат и установленных нормативных сроков службы узлов и агрегатов, нормативов на расход материалов и другого. Он позволяет составлять заявки на материалы и запасные части, планировать затраты и отслеживать фактическое выполнение принятых планов (рис. 3).


Рис. 4 Изменение структуры парка карьерных самосвалов БЕЛАЗ
(на примере разреза Тугнуйский за период 2001-2013 годы)

Таким образом, программный комплекс при систематической работе по заполнению данных и формированию планов ТО и Р на перспективный период, обеспечивает создание базы данных, позволяющих формировать различного типа отчеты для проведения системного анализа эффективности работы конкретного самосвала и парка в целом по всему спектру технико-экономических показателей.

4. При выборе варианта структуры парка карьерной техники и ее динамики в течение заданного периода времени производится экономико-математическое моделирование процесса горных работ при различных вариантах структуры парка. Например, моделируется процесс технологических перевозок карьерных самосвалов. Выбор оптимального варианта производится по критерию минимума затрат на эксплуатацию и владение парком карьерной техники в течение рассматриваемого периода времени.

Результатом работ по заключительному этапу являются: графики списания техники и порядок приобретения и ввода новой техники (рис. 4), графики ТО и Р по всему парку, нормативы на ТО и Р, нормативы производительности техники для различных условий работы в карьере, комплекс технико-экономических и производственных показателей работы парка и каждой его единицы в зависимости от срока службы.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Терпигорев А.М. Разработка месторождений полезных ископаемых. 1907.

2. Городецкий П.И. Основы проектирования горнорудных предприятий. 1933.

3. Шешко Е.Ф. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых.1948.

4. Шевяков ЛД. Основы теории проектирования угольных шахт 1950.

5. Шешко Е.Ф., Ржевский В.В. Основы проектирования карьеров 1958.

6. Ржевский В.В. Технология и комплексная механизация открытых горных работ. М: Недра. 1968.

7. Хохряков В.С. и др. Проектирование карьеров. М: Недра. 1969.

8. Арсентьев А.И. Определение производительности и границ карьеров. М: Недра, 1974.

9. Томаков П.И. Структуры комплексной механизации карьеров с техникой цикличного действия. М: Недра, 1976.

10. Арсентьев А.И. Вскрытие и системы разработки карьерных полей. М: Недра, 1981.

11. Чернегов Ю.И. Выбор мощности карьерного оборудования. М: Недра, 1972.

12. Кулешов АА. Мощные экскаваторно-автомобильные комплексы карьеров. М: Недра, 1980.

13. Трубецкой К.Н. Научные основы проектирования и технологии применения карьерных погрузчиков на открытых горных работах. Дис. докт. техн. наук, М: ИПКОН, 1980.

14. Анистратов Ю.И., Анистратов К.Ю. Проектирование карьеров. 2003.

15. Анистратов Ю.И., Анистратов К.Ю. Технологические процессы открытых горных работ. 2008.

16. Анистратов Ю.И., Анистратов К.Ю. Технология открытых горных работ. 2008.

17. Анистратов К.Ю., Стремилов В.Я., Тетерин М.В., Исайченков А.Б. Разработка метода управления техническим состоянием карьерной техники на основе использования компьютерной программы «Жизнь Машины», «Горная Промышленность», №1/2007, с. 20-24;

18. Анистратов К.Ю., Стремилов В.Я., Тетерин М.В. Экономико-математическая модель функционирования предприятия технологического карьерного автотранспорта, «ГорнаяПромышленность», №2/2007, с. 16-18.

Журнал "Горная Промышленность" №5 (87) 2009, стр.10