АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ

ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР

ИНСТРУКЦИЯ

ПО НАУЧНО - ТЕОРЕТИЧЕСКОМУ ОБОСНОВАНИЮ ОПТИМАЛЬНОГО ТИПОРАЗМЕРА ПРОЕКТИРУЕМОЙ ШАХТЫ

МОСКВА 1979

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЗДР

ИНСТРУКЦИЯ

ПО НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОМУ ОБОСНОВАНИЮ ОПТИМАЛЬНОГО ТИПОРАЗМЕРА ПРОЕКТИРУЕМОЙ УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ

(первая редакция)

Москва 1979

2.2.5. Прочие затраты (дисконтированию не подлежат).

Sap - Л (4о-Т) Слр ,    (5)

[ (А-С/ + tJp Cs* S C})x/oo

I 100 - c₄

Cj - затрата, зависящие от мощности шахта, руб/1 ООО т;

Со - затрата, зависящие от численности трудящихся по ^А добыче, руб./чел.;

Со - затрата, зависящие от стоимости основных фондов по оборудованию, руб./1000 руб.;

С а - условно-постоянные затрата в общей сумме прочих * денежных раоходов, %;

5 - стоимость оборудования и монтажа, тыс.руб.

2.3. Оценка капиталовложений и расчет критерия приведенных затрат

Капитальные вложения (тно.руб.) по моделям ’Ростовпшро-■ахта" сводим в табл. I, где все объекта капиталовложений группируются по периодам их воспроизводства - 2,5,10,20 и Т (срок службы вахта) лет.

Расчетно-сметные капитальные вложения (табл.1) дисконтируем дифференцированно по группам воспроизводства при помощи оператора дисконтирования

е)

/- (t+e)~^r Т - периодичность воспроизводства, лет; п - число повторений i -х фондов за срок оптимаиацин. Прокатная оплата фондов учитывается по формуле

Эт = 1,39 - 0,0145 • Т + 0,00233 * Т² .    ⁽⁷⁾

Для объектов со сроком воспроизводства 2 и 5 лет коэффициент Эт - I; для периодов воспроизводства 10, 20 лет Зт по формуле (7) приведен в табл.2.

Tioumi

Мощность вахты 1 5 Период еоспрокеводотва, Т 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 &2, при сроке 2 года. то.руб. 4147 6967 10425 14550 19200 24450 30150 К$. при сроке 5 дет, 2508 3173 3439 3920 4386 4776 5352 К10, зри сроке 10 дет, 13008 I73II 20576 24386 28759 33II6 34946 К2Q. при сроке 20 дет, 965 1393 1895 3129 3576 4588 5185 на орок служба вахты. 41520 49413 60235 66447 8I8I4 95699 105354 Всего по ѫРТП 62148 78258 96585 II2432 137735 163529 180960 Чдсло дет работа вахты НО 82 66 55 47 41 37 Период строители, тее к освоекжл Г , 7 8 9 II 12 14 16

Таблица?

Период воспроизводства. Т 2 5 10 20 Число повторений за срок оптимизации, п 20 8 4 2 Годовой тренд снижения капитальных затрат, 9 . • . 0.05 0,05 0,08 0,08 (I + в)-т........ 0.907 0,783 0,462 0.213 (I + в) -40....... 0,14 0,14 0,046 0,046 G i........ 9,052 3,981 1,773 1,214 От....... I I 1,623 2,032 (& -Эг)£ ....... 9,052 3,981 2,877 2,467

Ряд объектов шахты за срок оптимизации не имеет воспроизводства (надшахтные здания. АБК и другие), а поэтому их полная амортизационная сумма за срок t (оптимизации) <*■ Т определится из выражения, вывод которого рассмотрен в приложении Л 2 (формула 5):

*{-£-♦ *75Г^ +W*o.oo?.t^l-    - *029.t) -*Z , (8)

где Т_ш - период полного погашения как срок службы шахты.

Формула (8) для объектов без воспроизводства с учетом вариантных сроков службы предприятия (Т_ш) дает дискретный ряд значений оператора Ос, (табд.З) при сроке оптимизации t =40лет:

ТаблицаЗ
(вариант)	НО	82	66	55 47 41 37
Ъ	8,287	7,556	6,859 6,145 5,416 4,682 4,040

12

Данные табл.I с учетом операторов 7г , G (табл.2), 3» (табл.З) позволяют найти динамическую оценку капиталовложений в шахту по формуле

Кд ( t ) • Z (К • J_r Gr)i t K'J_Q .    (9)

Сумму эксплуатационных затрат и динамической оценки капиталовложений в строительство шахты по формуле

2? S ■ Sst <S$ *■ Sr * Sm r S ap r Kia(i)    (Ю)

соотносим с промышленными запасами 2i * А* (4о-Т ), вырабатываемыми 8а срок (40-Г) лет, как это показано в табл.4.

Выходные дискретные данные табл. 4 в последующем буду** использованы для формирования аналитической функции типа ZS-Z-(С ♦ ВО - /(А).

2.4. Расчет рентной отдачи месторождения и производственных фондов

^р - ”^в/”⁶' ^(Ш

где F - рентная отдача в качестве критерия поиска оптимальной годовой мощности шахты Ш;

I - замыкающие затраты на тонну условного топлива либо возимо го в определенный географический округ ж конкурирующего с углями проектируемой шахты, либо по группе замыкающих вахт того же геолог^промышл^нного района. Далее принимаются

C"f(A) - себестоимость (руб./т) добычи угля в качестве функции нагрузки вч горный отвод проектируемой вахты (по товарному углю);

U - коэффициент адаптации товарного утки к условному топливу;

-    оценка дифференциальной горной рента, руб/т.ут;

-    доля ренты П рода, порождаемой техническим прогрессом технологии, организации производства и нарастающими темпами комплексной механизации, автоматизации. Поскольку факторы ренты П рода воздействуют на результаты функционирования вахт в условиях лучших и худших месторождений равнотождественно, то рента П рода не подлежит дисконтированию;

13

Динамическая опенка капиталовложений (ила.руб.)

Таблица 4

Группа Факторов о ПврИОДО»! Варианты моошсстк пахты, юш.т/год 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 I 2 3 4 5 6 7 8 А. Динамическая оценка капиталовложений 2 года 37.539 63,065 94,367 131,706 173.798 221.221 272.918 б дат 9,964 12,632 13.690 15.605 17.460 19.013 21.306 10 дет 37,424 49,804 59,197 70.158 82.739 95.275 100.540 20 дет 2,380 3,436 4,675 7.719 8.822 11,319 12.791 Срок Ти 344.076 373,364 413.153 408,ЗГ7 443.105 448.063 425.630 Итого Кв (С ) 431.403 502.301 585.061 633.505 725,924 794.990 833,180

I	* 3	4	5	6	7	8
	Б. Сумма no элементам приведенных затрат
Ssn ...	51,80 59,39	59,59	57.88	60,06	57,93	55,75
Sj ...	24.15 33,92	44,17	50,46	61,74	69,68	75.60
St • • •	5.74 8.34	12,09	14,92	18,76	20,96	22,68
Sh ...	13,00 14,95	16,61	15,80	16,44	15,21	14,39
Snp •••	22,27 27,52	31,00	34,80	39,20	41,60	43,20
Кж U) ...	431.403 502.301	585,081	633.505	725,924	794.991	833.185
* E 5 мн.рус	. 548,093 646,421	748,541	807,365	922,124	1000.37	1044.80
2 auH.T.	49,5 64,0	77.5	87.0	98,0	104,0	108,0
S5:2 РУб/т.	11,07 10,10	9,66	9.28	9.41	9,62	9,67
*	П9.29 108,84	104,10	100	101,40	103,66	104,20

УДК 622.001.5 : (222+234)

АННОТАЦИЯ

Настоящая инструкция является методическим пособием по аналитическому конструировании типоразмера угольной шахты в предпроектной фаве. В ней оодеркатоя расчетные оистемы для оптимизации проектных решений по мощности шахты в условиях месторождений как ограниченных, так и пеограниченных запасов.

Расчеты базируются на отраслевых статистиках и нормативных материалах. Специальный раздел посвящен теории распознавания предпочтительного технологаческого образа ( топологии) сети выработок шахты.

Работа выполнена Институтом проблем комплексного освоения недр АН СССР и разработана доктором технических наук Капустиным Н.Г. (ответственный за выпуск), кандидатом технических наук Корягиным В.Ф., младшим научным сотрудником Париновым А.С. и доцентом Академии народного хозяйства СССР Капустиным С.Я. Инструкция предназначена для использования в горно-технологичеокжх проектных институтах и может быть полезной как учебное поообже в системе курсов повышения квалификации горных инженеров.

Иллюотр. - 8, табл. - 19, бнблногр. - 18.

I. ПРЕДИСЛОВИЕ

Проектное обеспечение строительства угольных предприятие имеет решающее значение в планировании капиталовложение и техническом перевооружении угольно* промышленности.

Меры по повышению эффективности угольного производства, как известно, состоят в том, чтобы достигать значительного прироста продукции при меньших удельных капиталовложениях. максимально 5 фондоотдаче и неуклонном снижении общественно необходимых затрат на I т добытого топлива. Эти цели постоянно находятся в центре внимания горных инженеров - ученых и проектировщиков, деятельность которых характеризуется периодами.

Период 1903-1960 гг. составляет начальную фазу развития аналитических методов в горном деле и характеризуется как императивное расчленение шахты на ее локальные подсистемы с раздельно-последовательно* оптимизацией: длины лавы, расстояния между промежуточными квершлагами, высоты этажа, размеров шахтного поля, мощности шахты и других подсистем и параметров.

В поел едущие годы классическая локальная стратегия оптимизации технологических звеньев пахты была замещена разработкой глобальных экономико-математических моделей (3MV.), то есть способом описания шахты без раскрытия причинно-следственных связей параметров и последствий этих связей в проблеме формирования типоразмера предприятия.

Все минувшие периоды развития аналитических методов проектирования шахт характерны тем, что ЗЛМ шахты формируется в условиях предпосланной топологии сети выработок - некоторой идеи деления шахтного поля на главные части, порядка отработки этих частей и способа их вскрытия. По уровню финальной оценки ЭММ проектный институт назначает одни вариант вахты, называя его оптимальным, хотя он столь хе субъективен, как и сама идея топологии сети выработок, экспертно назначенная в качестве структуре ЭММ.

Создавшееся положение объясняется тем, что до сего времени технологическую схему шахты, как логическое качественное поня-

3

ттте (категорию) не представлялось возможным отобразить математической моделью, в результате реализации которой из множества шахтоварчантов можно было бы выбрать действительно экономически найвыгодное проектное решение.

В глобальной SUM столь же необоснованно решается вопрос о мощности шахты как равнодействующего, функционально связанного параметра, поставленного в зависимость от других проектных характеристик вида: длина лавы и их число, вид крепления и площади сечения выработок, размеры панели или высота этажа, их число и т.д.; а между тем все они видоизменяются через 1-2-5 лет против 25-40 лет функционирования шахты со стартовой проектной мощностью.

Л.Д.Еевяков говорил по поводу проектного обоснования мощности шахты: "Главное заключается в том, что при формировании единого целевого функционала приходится громоздить одно допущение на другие, и тогда выходные данные становятся малонадежными (Иззестия АН СССР, 1950 г., X 7, стр. 1039)". Так глобальная оказалась несостоятельной в решении проблемы пред-проектного установления типоразмера угольной пахты.

Анализ успехов и неудач широкого внедрения ЭВМ и их математического обеспечения для решения горнотехнологических проектных задач определенно показывает необходимость некоторого возврата к концепции Л.Д.Шевякова, характеризуемой последовательной оптимизацией технологических подсистем шахты в порядке нарастания их значимости и срока службы.

Настоящая инструкция является системно-последовательным изложением научно-теоретических основ практического решения проблемы установления оптимального типоразмера угольной шахты, в том числе основополагающих проектных решений:

мощности шахты в условиях месторождения с ограниченным! запасами:

комплексной оптимизации мощности вахты и размеров ее горного отвода;

предпроектного распознавания предпочтительного технологического образа вахты.

4

Предпроектное установление мощности вахты осуществлено на новом методическом принципе, давшем не только мишшут. приведенных затрат, но и высшую кадастровую оценку запасам данного месторождения.

В основу инструкции положены результаты выполненной в 1976--78 гг. группой ученых института специальной госбюджетной темн НИР с государственным регистрационным И 76034676, а также протоколы и постановления ряда технических совещаний в системе В/0 "Союзшахтопроект", апробировавших основные положения настоящей инструкции.

Инструкция базируется в важных ее частях на действующих угольно-отраслевых инструкциях в областях: определения экономической эффективности капитальных вложений (ЦНИЭИуголь); идентификации технологических схем угольных вахт (ИГД им.А.А.Скочин-окого); типовых технологических охем вскрытия, подготовки и систем разработки (Минуглепрома СССР); попользуются статистики и статистические модели проектных институтов (В/0 "Союзшахто-проекта") и другие отраслевые материалы, а такжз результаты защищенных в последние 8 лет 10 докторских и 25 кандидатских диссертаций на темы, сопряженные с проблемой установления оптимального типоразмера угольных шахт.

Инструкция разработана группой ученых под руководством докт.техн.наук Н.Г.Капустина с участием В.Ф.Корягина, А.С.Паринова и других при совещательных контактах с ведущими проектировщиками угольной промышленности (Крыловым В.Ф., Крыловым Н.А., Кузнецовым К.К., Захаровым А.В., Еремеевым В.М., Митейио А.И., Петренко Е.В., Домащенковым А.Н.. Денциковнм Н.А., Пиричем Т.И. и др.) и предназначается в качестве методического пособия в практической работе горных проектировщиков всех угольных бассейнов страны, а также может быть учебным пособием при подготовке горных инженеров и повышения их квалификации.

ИПКСН АН СССР, как издатель настоящей инструкции о ограниченным тиражом, рассматривает ее временной (первой редакцией) и выражает надежду на получение откликов о практике ее применения.

5

Ияотитут ставит задачей подготовку второй редакции "Инструкции" с учетом поступивших отзывов, что позволит ее усовершенствовать, согласовать с Министерством угольной промышленности СССР и тиражировать в издательстве "Наука¹'.

Директор Института проблем комплексного освоения недр

академик

б

2. ПРОЕКТНАЯ ГОДОВАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

шагш-новостройки в условиях горного ОТВОДА ЗАДАННОГО размера

2.1. Бинарный критерий предироектного установления мощности шахты (концептуальная модель)

В настоящей инструкции разработан и апробировал новый бинарный критерий установления проектной мощности шахты, который формулируется так: экономически н айвы годной проектной мощностью вахты является такое её типовое значение, которое обеспечивает наименьшие "приведенные затраты" на дооычу I т угля при высшей рентной отдаче фондов и самого месторождения.

Математическая постановка такой задачи иллюстрируется на рио.1 и предусматривает использование многофакторных статистических моделей как элементов себестоимости, так и капитальных вложений, разработанных институтом "Ростовгипрошахт" / I / по структуре сводной сметы технического проекта шахты (СФР), составленной в соответствии с основными горнотехническими параметрами. варьируемыми с учетом передового опыта производства и рекомендаций научных разработок.

Результаты апробации дают возможность признать высокие доверительные качества корреляционных уравнений, разработанных "Ростовгнпрошахтом" (см.приложение Л I). которые принимаются в настоящей инструкции со следующим их развитием:

а)    учетом прокатной оплаты и дисконтирования задействованных капитальных вложений на основан;..! "Отраслевой инструкции"

/ 2 /. Для этой цели капитальные вложения дифференцируются по срокам их воспроизводства за период оптимизации t 40 дет.

б)    выявлением приведенных затрат также с учетом фактора времени / 10 /;

в)    оценхой рентной отдачи месторождения и задолжгнных производственных фондов.

Алгоритм реализации бинарного критерия поиска оптимальной проектной мощности предпра.гия далее раскрывается как цельная

7

Рис. I. Математическая модель бинарного критерия F - рентная отдача.

AS - приращения годовых затрат на прирост мощности (принцип М.И.Агошкова;.

расчетная система опосредствованным путем - на численном иллюстративном примере в условиях шахты "Западная Донбасская Л 34”.

Участок шахты Л 34, занимает по проотиранию II ,7 и по падению 2.7-5,0 км и имеет промышленные запасы 165 млн.т; количество пластов 8 при их мощности от 0,63 до 1,1 м. Мощность шахты оценивается в дискретных значениях 1,5-4,5 ылн.т/год о шагом варьирования 0,5 млн.т/год.

2.2. Расчет эксплуатационных затрат.

8

где С_8П ■ 305,428. ГГ^0,    ртб/т    в    базовый    год

(по "Ростовгипрошахту");

7*    - срок строительства вахты, лет;

в - годовой тренд снижения заработной платы на I т добытого угля - 0,02;

Л - производительность труда рабочего по добыче, т/мес.; А - годовая мощность шахты, тыс.т/год.

2.2.2. Расходы на энергию (дисконтированию не подлежат).

S₉~A-(4o-T)-Cs ,

где по "Ростовдшровахту" (РПЛ):

С_э - 0,0324+3.14‘10“⁴'Н₁+0,957^,1(Г^'0+3,306'10^-^ * L/. (2)

где - глубина вспомогательного ствола, м;

Q - количество подаваемого в шахту воздуха, м³/сек;

L, - максимальное расстояние доставки угля от забоя до ствола, км.