Marketable product quality management in conditions of coal mining at a deposit of complicated structure

Актуальность

Истощение «богатых» месторождений полезных ископаемых предполагает освоение новых месторождений, имеющих более сложные структуру и характеристики. Так, например, в угольной отрасли России доля продукции, произведенной на сложноструктурных месторождениях, расположенных в таких регионах, как Республика Хакасия (Бейский угольный кластер – Восточно-Бейский, Кир-бинский, Майрыхский разрезы и т.д.) и Республика Бурятия (Никольский разрез) к 2030 г. вырастет в 3 раза и составит 11,7 %.

Глобализация мирового рынка энергетического сырья привела к тому, что в последние десятилетия существенно возросла динамика изменения параметров рынка энергетического угля. Очередное падение цен на угольную продукцию для энергетики началось в 2019 г., оно обусловлено главным образом отказом стран Западной Европы от «грязных» видов топлива. В течение одного календарного года цены на стандартную угольную продукцию снизились в 1,5-2,0 раза. Кризис обострил системные несоответствия, характерные для угольных разрезов России, отрабатывающих сложноструктурные месторождения. Традиционные проектные технические и технологические решения ориентированы на стабильный спрос продукции и ориентированы на достаточно постоянные значения основных параметров горнотехнической системы разреза. В настоящее время для обеспечения жизнеспособности горного предприятия, необходимо выдерживать падение спроса на угольную продукцию, которое достигает 20–30 % на протяжении года, при росте стоимости материально-технических, энергетических ресурсов, тарифов перевозчиков на 5–15 %.

Одновременно рынок ужесточает требования к качеству угольной продукции, ориен- тированной на энергетическую отрасль: средняя зольность отгружаемого угля в России в 1991 г. составляла 18,2 %, в 2018 – 13 %.

Управление качеством угольной продукции предполагает выбор, подготовку и реализацию решений по повышению соотношения ценности и себестоимости, что несет в себе риски потери устойчивости предприятия. Поэтому задача разработки методического подхода для управления качеством товарной продукции угольного разреза в условиях отработки сложноструктурного месторождения обретает особую актуальность.

Целью работы является обоснование и разработка методического подхода для управления качеством товарной продукции предприятия с открытым способом добычи в условиях отработки сложноструктурного месторождения каменного угля.

Глоссарий

Сложноструктурное угольное месторождение – месторождение, имеющее несколько угольных пластов и пропластков с различной мощностью и с существенными отличиями качественных характеристик полезного ископаемого. Сложноструктурное месторождение характеризуется неравномерной и сильной изменчивостью качественных характеристик полезного ископаемого, а также его сложной морфологией. Типичным представителем таких месторождений является Бейское каменноугольное месторождение, расположенное в Республике Хакасия.

Качество товарной продукции – совокупность свойств получаемой на предприятии продукции, определяющих степень ее пригодности для использования по назначению.

Ценность продукции – важность, значимость свойств товара или услуги для потребителя с позиции удовлетворения его потребности. Традиционно в угольной отрасли применяются следующие критерии оценки ценности

2020;5(2):119-130

МИСиС

продукции: зольность, теплотворная способность, содержание примесей.

Себестоимость продукции – совокупность издержек предприятия на производство и реализацию продукции.

Управление качеством товарной продукции – деятельность персонала предприятия, нацеленная на обеспечение наилучшего соотношения средневзвешенной ценности и себестоимости продукции на основе корректировок и реализации функций планирования и контроля качества, коммуникации (информации), разработки мероприятий и реализации соответствующих технологических и организационных решений.

Качество технологического процесса – устойчивая совокупность параметров технологических операций, обеспечивающих наилучшее соотношение средневзвешенной ценности и себестоимости продукции предприятия в изменяющихся условиях.

Краткий обзор исследований в области управления технологическими параметрами и проектирования открытой разработки угольных месторождений

В основе существующих методик выбора и управления технологическими параметрами открытой угледобычи лежат фунда-метальные принципы принципы, сформулированные В. В. Ржевским, А. И. Арсентьевым, В. С. Хохряковым [1–3].

Теория проектирования горных предприятий с применением аналитических методов сформирована в трудах Н. В. Мельникова, К. Н. Трубецкого, Д. Р. Каплунова, С. Е. Гав-ришева, [4–7].

Значительная часть исследователей внесли существенный в решение сложных проблем не только проектирования горных предприятий, но и поиска комплексных технологических решений при реализации разработки месторождений полезных ископаемых открытом способом.

Существенный вклад в решение проблем, возникающих по мере развития теории проектирования освоения недр в области открытых горных работ, внесли исследования С. Ж. Галиева, L. L. Coleman, K. P. Katen, В. Л. Яковлева, В. А. Галкина, В. В. Истомина, А. В. Соколовский, Е. Ф. Шешко, W. W. Kaufman, A. M. Newman [8–18]. Достаточно интересные подходы в решении технологических проблем, в том числе с применением селективной отработки, управления качеством посредством смешивания продукции, решения оптимизационных задач реализации технологии и процессов добычи полезных ископаемых на открытых горных работах можно наблюдать в работах ученых США, Чили, Канады, Австраии и других стран [12–29].

Для достижения цели исследования в статье были использованы теоретические и методические положения повышения качества и ценности продукции угольного разреза, сформулированные в работах М. И. Ща-дова, В. Б. Артемьева, В. С. Коваленко, Ви-ницким Л. С., Виницким К. Е., Куржей С. П., Шаль Р. Р., [30–36].

Благодаря усилиям исследователей и практиков создана научно-методическая база по определению производительности и границ карьеров, регулированию режима горных работ, разработаны способы ведения горных работ в различных горно-геологических условиях, которые достаточно широко отражают вопрос повышения эффективности производства и качества продукции на угольных разрезах. Отработка сложноструктурных месторождений имеет свои технологические особенности, а это означает, что сложившиеся методы управления качеством продукции нуждаются в уточнении, а применяемые на предприятиях приемы и технологии ведения горных работ – в изучении, обобщении и систематизации, в условиях изменчивости внешней среды.

Основное содержание

Идея подхода – обеспечение требуемого уровня качества товарной продукции угледобывающего предприятия в условиях отработки сложноструктурного месторождения каменного – угля достигается повышением качества технологических процессов и их дифференциацией по критерию максимального соотношения ценности и себестоимости продукции.

Схема разработанного методического подхода к управлению качеством товарной продукции предприятия в условиях отработки сложноструктурного месторождения каменного угля, представленная на рис. 1.

I ГОРНЫЕ НАУКИ

I Ж И ТЕХНОЛОГИИ                 2020;5(2):119-130

МИСиС

1		1	1
Особо ценная	Высокоценная	Ценная	Малоценная
		।	1
Техпроцесс 1	Техпроцесс 2	Техпроцесс 3	Техпроцесс 4
	।		1
Оценка	Оценка	Оценка	Оценка
доб. стоимости	доб. стоимости	доб. стоимости	доб. стоимости
доп. затрат	доп. затрат	доп. затрат	доп. затрат
рисков	рисков	рисков	рисков
		1

Выбор решений для формирования горнотехнических и технологических условий

Т

Реализация выбранных решений
	Планирование горных работ с учетом новых решений и ограничений
	Учет и контроль качества технологических процессов

Рис. 1. Схема методического подхода к управлению качеством товарной продукции в условиях отработки сложноструктурного угольного месторождения

Fig. 1. Diagram of the methodological approach to managing quality of the marketable products in the conditions of open pit mining of coal deposit having complicated structure

Отличительной особенностью подхода являются:

– расчет производственной мощности предприятия с учетом дифференциации ценности продукции по следующим категориям: особо ценная; высокоценная; ценная; малоценная. Распределение продукции по ценности зависит от особенностей месторождения и полезного ископаемого. Например, для условия Бей-ского месторождения к особо ценной следует относить угольную продукцию с теплотой сгорания более 5800 ккал/кг; к высокоценной – 5550–5800 ккал/кг; к ценной 5400–5550; к малоценной – менее 5400 ккал/кг;

– формирование соответствующих каждой категории ценности продукции параметров технологических процессов, включая подготовку, экскавацию, транспортирование, складирование и переработку;

2020;5(2):119-130

МИСиС

– учет экономической целесообразности освоения нового технологического процесса на основе расчета разности между добавленной стоимостью, полученной в результате повышения качества продукции, и дополнительными затратами на реализацию мероприятий по повышению качества;

– учет возможных ограничений производительности горнотранспортного оборудования для реализации мероприятий по повышению качества;

– соблюдение высокого качества технологических процессов путем учета, мониторинга и регулирования.

В результате проведенных в 2014–2019 гг. исследований выявлены наиболее существенные технологические факторы, влияющие на выбор и регулирование параметров технологических процессов и технологических решений при подготовке, экскавации, транспортировании, складировании и переработке продукции предприятия открытого способа добычи в условиях отработки сложноструктурного месторождения каменного угля, которые представлены в табл. 1.

Для оценки рациональности применения новых технологических решений, направленных на повышение качества продукции, разработана экономико-математическая модель, представленная ниже:

V Pr

V ev ¹ r ev + V hv ¹ r hv + V v ¹ r v + V Iv ¹ r Iv >  ^{ср ср}

Exa + (Exev + Exlv + Exv + Exlv )     Exd  ’ где Vev, Vhv, Vv, Vlv – объемы продукции по категориям «особо ценная – especially value», «высокоценная – high value», «ценная – value», «малоценная – low value» соответственно, тыс. т; Prev, Prhv, Prv, Prlv – цена (price) продукции по категориям «особо ценная», «высокоценная», «ценная», «малоценная» соответственно, руб./т; Vср – объемы продукции до реализации решений по повышению качества угля, тыс. т; Prср – цена товарной продукции (средняя – avarage) до реализации решений по повышению качества угля, руб./т; Exa – себестоимость (cost price) товарной продукции (средняя – avarage) до реализации решений по повышению качества угля; Exev, Exhv, Exv, Exlv – дополнительные затраты (expenses) на реализацию технологических решений по повышению качества угля по категориям «особо ценная», «высокоценная», «ценная» и снжение цены в категории «малоценная» относительно средней до реализации мероприятий, руб./т; Exd – дополнительные затраты на реализацию технологических решений по повышению качества угля по категориям «особо ценная», «высокоценная», «ценная» и снижение цены в категории «малоценная» относительно средней до реализации мероприятий, руб./т.

Проведенное с помощью разработанной модели экономико-математическое моделирование позволило определить наиболее рациональные технологические решения для повышения качества угольной продукции в каждом процессе и опробовать их в технологии добычи угля на Восточно-Бейском угольном разрезе.

Основные этапы отработки сложноструктурного угольного месторождения открытым способом

Подготовка угля к выемке. В результате проведения ряда экспериментальных взрывов были установлены рациональные сетка скважин (рис. 2, а ) и конструкция заряда (рис. 2, б ) для оптимального дробления угольного пласта по крупности куска с наименьшим перемешиванием породных прослоев для дальнейшей селективной выемки полезного ископаемого. После проведения взрывных работ проводится геологоразведка с использованием экскаватора РС-300. В результате геологоразведки корректируются геологические разрезы со структурной колонкой на протяжении всего участка отрабатываемого угольного пласта, в которых указывается мощность породных прослоев, глубина их залегания и протяженность.

2020;5(2):119-130

МИСиС

Таблица 1

Связь факторов, параметров технологических процессов и ценности продукции (Бейское каменноугольное месторождение)

The relationship of factors, parameters of technological processes, and the product value (Beisky coal deposit)

Процесс	Технологический фактор	Технологические параметры и решения для достижения ценности продукции
		Особо ценная Высокоценная		Ценная  Малоценная
Подготовка	Крупность куска – сетка скважин	Сетка скважин 4×4 до 6×6		Сетка скважин 3×3 до 6×6
	Засорение – конструкция заряда	Рассредоточенный с учетом технологии Blast Maker	Рассредоточенный с подсыпкой 0,5 м	С подсыпкой 0,2–0,4 м	С подсыпкой менее 0,2 м
Экскавация	Засорение – селективная выемка	Селективная по блоку и слоям	Селективная по слоям	Валовая
	Точность  селекции  –  емкость ковша экскаватора	Минимально возможная		Средняя	Максимальная
	Крупность куска – емкость ковша экскаватора	Максимально возможная		Средняя	Минимальная
Транспортирование	Крупность куска – емкость кузова автосамосвала	Максимально возможная		Средняя	Минимальная
Складирование	Засорение – количество штабелей	8	5	4	3
	Гибкость – объем штабелей	Максимальный технологически возможный		Средний	Минимальный
Переработка и отгрузка	Засорение – способ обогащения	Глубокое	Породовыборка	Отсутствует
	Измельчение – количество пересыпов	Минимально возможное		Максимальное

а) сетка бурения                                        б) конструкция заряда

в) геологоразведка с использованием экскаватора PC-300

Рис. 2. Примеры технологических решений в процессе подготовки угля к выемке

Fig. 2. Examples of technological solutions in the process of preparing coal for extraction

2020;5(2):119-130

МИСиС

Рис. 3. Примеры технологических решений в процессе экскавации (выемки) угля

Fig. 3. Examples of technological solutions in the process of excavation (extraction) of coal

Рис. 4. Примеры технологических решений в процессе складирования угля

Fig. 4. Examples of process solutions in coal stockpiling

2020;5(2):119-130

МИСиС

Выемка угля. После составления геологических разрезов разрабатывается проект селективной выемки угля (рис. 3), описывающий технологические параметры и порядок послойной выемки угля или породы. Проект разрабатывается индивидуально на каждый отрабатываемый участок (блок) угольного пласта.

Складирование угля. Повышение эффективности управления качеством в подпроцессе складирования заключается в его зонировании по теплотворной способности и включает увеличение емкости склада и количества штабелей (рис. 4).

Методика оценки качества технологического процесса

Предлагается методика оценки качества технологического процесса на предприятиях открытого способа добычи в условиях отработки сложноструктурного месторождения каменного угля, отличающаяся тем, что расчет, учет и мониторинг значений коэффициента качества технологических процессов угледобывающего предприятия (KPQ) производятся на основе оценки состояния рабочих мест и процессов по следующим формулам: KPQ = К1∙Кp+К2∙Кe+К3∙Кt+К4∙Кw+К5∙Кr+К6∙Кs, где К1, К2, К3…К6 – весовые коэффициенты процессов подготовки (preparation), экскавации     (excavation),     транспортировки

(transportation), складирования (warthousing) горной массы, переработки (recast) и отгрузки (shipment) продукции соответственно; К p , К e , К t … К s – коэффициенты качества процессов подготовки, экскавации, транспортировки, складирования горной массы, переработки и отгрузки продукции соответственно, рассчитываются по формуле:

PQ = N rat / N total , где N rat – фактическое соблюдение рациональных технологических параметров; N total – общее количество технологических параметров по стандарту процесса.

Использование разработанной методики позволяет выбрать характер воздей- ствия на технологический процесс и меры регулирования в зависимости от полученного диапазона значений коэффициента качества технологического процесса:

– 0,00–0,50 – низкое качество технологического процесса, высокая интенсивность внешних воздействий, например нахождение в угольном забое мастера участка технического контроля, почасовой отчет горного мастера о состоянии и параметрах угольного забоя;

– 0,50–0,75 – средние качество технологического процесса и интенсивность внешних воздействий, например разработка и реализация еженедельных и ежемесячных планов принятия дополнительных мер по повышению качества угольной продукции;

– 0,75–1,00 – высокое качество технологического процесса, низкая интенсивность внешних воздействий, направленная на поддержание и развитие полученных результатов, например обучение персонала прогрессивным методам работы.

Использование предложенного показателя оценки качества технологического процесса и его сравнение с качеством товарной продукции – соотношением ценности и себестоимости на примере работы ООО «Во-сточно-Бейский угольный разрез» за период январь–октябрь 2019 г. показало высокую тесноту их связи, выраженную коэффициентом детерминации, что представлено на рис. 5.

Применение разработанного методического подхода к управлению качеством товарной продукции на предприятиях открытого способа добычи, отрабатывающих сложноструктурное месторождение каменного угля, создает возможность повышения экономической эффективности их деятельности и, как следствие, конкурентоспособности. В условиях разреза Восточно-Бейский ежегодный экономический эффект от реализации разработанного методического подхода составляет около 200 млн руб.

2 (ON-LINE)

МИСиС^

0,2

0,4

Рис. 5. Взаимосвязь качества угольной продукции и качества технологического процесса (ООО «Восточно-Бейский разрез», факт 10 месяцев 2019 г.)

организационно-технологических условии работы разреза Восточно-Бейский

Fig. 5. The relationship between the quality of coal products and the work process quality (Vostochno-Beisky Razrez LLC (East Bei open-pit coal mine), the factual data for 10 months of 2019)

Выводы

Разработанный методический подход управления качеством товарной продукции, в основе которого лежит идея дифференциации производимой продукции по категориям ценности, экономически обоснованный выбор рациональных параметров технологических процессов и освоение этих параметров позволяют существенно повысить конкурентоспособность предприятий открытого способа добычи, отрабатывающих сложноструктурные месторождения каменного угля, путем повышения ценности продукции без использования обогатительной фабрики и снижения затрат при подготовке запасов, выемке, транспортировании, складировании и отгрузке продукции.

I ГОРНЫЕ НАУКИ

МИСиС

I Ж И ТЕХНОЛОГИИ                 2020;5(2):119-130

DOI: 10.1134/S1062739147020067.

I ГОРНЫЕ НАУКИ

МИСиС

I Ж И ТЕХНОЛОГИИ                 2020;5(2):119-130

I ГОРНЫЕ НАУКИ

МИСиС

I Ж И ТЕХНОЛОГИИ                 2020;5(2):119-130

DOI: 10.1134/S1062739147020067.