Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Разработка научно-методического обеспечения формирования стратегии устойчивого развития горнотехнических систем угольных шахт

Специальность 25.00.21 «Теоретические основы проектирования горнотехнических систем»

Агафонов В.В.

Москва 2008

Работа выполнена в Московском государственном горном университете

Научный консультант,

доктор технических наук,

профессор Малкин Анатолий Степанович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

профессор Ломоносов Геральд Георгиевич

доктор технических наук,

профессор Ковальчук Александр Борисович

доктор технических наук,

профессор Фрянов Виктор Николаевич

Ведущая организация ОАО ПНИУИ (г.Новомосковск, Тульской области)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. B последние десять лет состояние шахтного фонда России и научные задачи изменились кардинально.

Обострилось технологическое и социально - экономическое состояние шахт, полностью нарушилась экономика угольной отрасли в целом. Государство не нашло другого приемлемого для угольной промышленности решения, как объявить реструктуризацию предприятий, что в основном «выродилось» в процедуру закрытия шахт.

Массовое закрытие шахт вызвало необходимость решения новых нетрадиционных научных, проектных и производственных задач.

И здесь прежде всего возникла проблема объективной всесторонней оценки шахтного фонда, разработки процедуры выбора основных стратегических направлений развития технологических систем угольных шахт и обновления шахтного фонда с учетом промышленной и экологической безопасности.

Одновременно стало актуально и необходимо обеспечение повышения конкурентоспособности технологических систем шахт стабильно работающих и перспективных, что потребовало разработки процедуры выбора резервов нагружения производственной мощности угольных шахт.

Актуальность работы предопределяется недостаточным объемом общеметодологических основ, проверенных типовых технологических и организационных решений сопутствующих задач, необходимостью обоснования и разработки структурно-технологических решений, позволяющих повысить прогрессивность и экономичность ведения подземных горных работ, а также обеспечить должную конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность горнодобывающих предприятий в условиях рыночной экономики.

В современный период развития шахтного фонда угольных компаний России следует вести поиск самых эффективных решений для поддержания достигнутого уровня перспективных шахт, использования всех природных и созданных ресурсов, необходимо реально и более полно осваивать созданный объем подземного пространства, повышать полноту выемки угольных запасов за счет извлечения целиков различного функционального назначения, переходить на более прогрессивные порядки отработки шахтных полей.

Необходимо провести исследования, позволяющие прослеживать в динамике технологические, экономические и экологические предпосылки снижения эффективности работы шахт, превращения их в убыточные.

Таким образом, исследования, связанные с созданием научно-методического обеспечения выбора стратегических направлений развития шахтного фонда угольных компаний, технологических систем угольных шахт являются актуальными.

В ходе исследований стало необходимым решение важных научно-методических и организационных задач, таких как

- обобщение и анализ технологического и социально-экономического состояния шахтного фонда угольных компаний России и обоснование принципов совершенствования технологических систем угольных шахт в условиях рыночной экономики;

- выявление и изучение основных природных, технологических, социально-экономических и политических факторов реформирования шахтного фонда с анализом технологических, экономических, социальных и экологических целей реструктуризации;

- обоснование на базе методов комплексной квалиметрии и теории принятия сложных решений концепции формирования технологических и организационных механизмов обеспечения эффективного функционирования технологических систем угольных шахт с повышением уровней прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ;

- разработка научно-методического обеспечения исследований и оценки структурного, производственно-технологического и экономического ресурсного потенциалов угольных шахт и реализации стратегии их развития;

- разработка методики интегральной оценки и ранжирования технологических систем угольных шахт со строгим группированием их по стратегическим направлениям поэтапного развития в условиях рыночной экономики;

- обоснование в рамках разработки и апробации методики интегральной оценки комплексов частных показателей-критериев природных, технологических, социальных условий работы шахт; производственной и экономической эффективности результатов работы, технического уровня технологических схем и отдельных подсистем, технической оснащенности технологии, степени вредности экологически негативных последствий действующих и закрываемых шахт;

- осуществление интегральной оценки действующих и закрываемых шахт (более 90 единиц), результаты которой позволяют подтвердить как справедливость закрытия многих шахт Уральского, Дальневосточного, Восточнодонбасского, Подмосковного, Кузбасского, Печорского и др. регионов, так и ошибочность отнесения к закрываемым некоторых из них;

- разработка на базе методов теории игр метода расчета и оптимизации производственной мощности шахты в условиях неопределенности горно-геологической информации и принятия решений при риске, учитывающем возможность выявления величины нагружения технологических схем угольных шахт, имеющих резервы в пропускных способностях по транспорту-подъему и вентиляции;

- обоснование в качестве перспективных технологических решений и эффективных резервов по повышению уровней прогрессивности и экономичности подземных горных работ технологических схем отработки запасов шахтного поля обратным ходом, технологических схем в области вскрытия шахтных полей и новых горизонтов, позволяющих увеличивать срок их службы и уменьшать сроки строительства, технологических схем оставления и последующего извлечения охранных и предохранительных целиков, технологических схем использования подземного пространства шахт для размещения отходов производства и устранения экологически негативных последствий, учитывающих основные концептуальные положения комплексного освоения недр и позволяющих поддерживать конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность горнодобывающих предприятий на соответствующем уровне, долевое участие угля в топливно-энергетическом балансе России, объективно обеспеченное запасами имеющихся и приобретаемых технологических и экономических ресурсных потенциалов.

Цель исследований: выявление закономерностей развития технологических систем угольных шахт для обоснования перспективных решений по повышению уровней прогрессивности и экономичности подземных горных работ, обеспечивающих конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность горнодобывающих предприятий.

Основная идея работы заключается в реализации комплексного подхода к формированию информационно-методической базы обоснования стратегических направлений поэтапного развития технологических систем угольных шахт.

Методы исследований: в работе использован комплекс методов, включающий научное обобщение, анализ передового опыта и результатов ранее выполненных исследований, методы квалиметрии и теории принятия сложных решений, теории полезности, теории игр, экономико-математическое и имитационное моделирование, метод вариантов и многокритериальной оптимизации, математические методы обработки статистических данных и аналитические исследования.

Научные положения, разработанные лично соискателем:

1. Основу методологического и научно-методического обеспечения формирования стратегии устойчивого развития технологических систем угольных шахт в сложившихся экономических и геополитических условиях должны составлять система технолого-организационных мер, предусматривающих учет объективных закономерностей морального и физического старения элементов технологии, и поэтапный подход к инвестированию и обновлению шахт.

2. Повышение уровней прогрессивности и экономичности производственной структуры технологических систем угольных шахт может быть обеспечено за счет их объективной оценки, причем теоретической основой принятия решений должны служить методы квалиметрической интегральной оценки, позволяющие объективно ранжировать шахты по технологичности условий разработки, эффективности результатов работы, техническому уровню технологических систем и отдельных подсистем, технической оснащенности технологии, экологического состояния с последующим группированием по стратегическим направлениям поэтапного развития.

3. Общая стратегия решения проблемы системной оценки структурного, производственно-технологического, экономического и социального ресурсного потенциалов технологических систем угольных шахт реализуется путем создания единой оценочной системы, обоснования и учета комплексов частных оценочных показателей-критериев, разработки научно-методической базы расчетов интегрального критерия принятия решений по оценке параметров и конструкций технологических систем угольных шахт, синтезирующей в себе как уже известные положительные аспекты анализа и оценки, так и ряд новых технико-экономических элементов.

4. Одним из эффективных направлений снижения издержек производства и повышения эффективности использования имеющихся производственных, экономических и людских ресурсных потенциалов в условиях перманентного выбывания убыточных шахт является восполнение потери добычи путем соответствующего нагружения технологических систем шахт, имеющих резервы в пропускных способностях по транспорту-подъему и вентиляции, причем пределы такого нагружения зависят от большого количества горно-геологических, технологических и экономических факторов, учет которых обеспечивается путем применения разработанного метода расчета производственной мощности шахты в условиях неопределенности информации и принятия решений при риске.

5. Результативность реализации технологических механизмов повышения эффективности функционирования технологических систем угольных шахт должна быть увязана с реализацией перспективных нетрадиционных решений, связанных с обратным порядком отработки шахтных полей и применением технологических решений в области вскрытия новых горизонтов, увеличивающих сроки службы и сокращающих сроки их строительства, с извлечением запасов из целиков различного функционального назначения, комплексным использованием технологического подземного пространства для размещения отходов производства, повышающих перспективы развития технологических систем угольных шахт и обеспечивающих длительную конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность горнодобывающих предприятий.

6. Систему организационного обеспечения эффективного функционирования и развития технологических систем угольных шахт предложено формировать на основе рационализации производственной структуры шахтного фонда (выделение групп шахт, ориентированных на закрытие и консервацию, реконструкцию, техническое перевооружение и модернизацию, поддержание мощности на достигнутом уровне), а также изменения структуры производственных мощностей при условии их четкой сбалансированности.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются :

- масштабностью объектов исследований и представительным анализом большого объема статистической информации, характеризующей динамику изменения состояния условий и результатов работы более девяноста действующих шахт угольных компаний в различных угледобывающих регионах России;

- корректностью постановки задачи и использования современных эффективных методов исследований (методы теории принятия сложных решений, теории полезности, теории игр, аналитических методов квалиметрии и математического моделирования) при обосновании стратегических направлений поэтапного развития технологических систем угольных шахт в условиях рыночной экономики;

- положительным опытом внедрения технологических и организационных решений по повышению эффективности функционирования технологических систем угольных шахт, убедительными результатами выполненных и реализованных проектов как по развитию действующих, так и по ликвидации закрываемых шахт; выводами и заключениями компетентных экспертиз и обсуждений по ключевым проблемам реформирования и развития шахтного фонда, по решению сложных задач технологии подземной добычи и потребления угля.

Научная новизна работы

- предложены научно-методические принципы формирования технологических и организационных механизмов обеспечения эффективного функционирования технологических систем угольных шахт в конкурентной среде, основанные на реализации стратегических направлений их поэтапного развития;

- предложен системный подход к обоснованию направлений развития технологических систем угольных шахт, базирующийся на учете имеющегося и приобретаемого технологического и экономического ресурсных потенциалов, при реализации которых обеспечивается повышение уровня прогрессивности и экономичности ведения подземных горных работ в соответствии с рыночными отношениями;

- разработана методика комплексного обоснования перспективных технологических решений повышения прогрессивности и экономичности ведения горных работ, реализации соответствующих решений на действующих и закрываемых шахт;

- предложен комплексный метод управления принятием решений на основе использования разработанного алгоритма сопоставления интегральных показателей, позволяющего по иерархическому признаку определять приоритеты вариантов развития технологических систем угольных шахт;

- обоснован комплекс показателей-критериев экологически вредных негативных последствий, установлена процедура ранжирования уровня вредности и опасности экологически негативных явлений на базе численных интегральных функционалов;

- предложена многофакторная аналитическая модель компенсации и восполнения потерь добычи угля от закрытия шахт соответствующим нагружением шахт, имеющих резервы по пропускным способностям транспорта-подъема и вентиляции;

- доказана сравнительная эффективность обратного порядка отработки шахтного поля, технологических схем вскрытия шахтных полей и новых горизонтов, позволяющих увеличить срок их службы и сократить сроки строительства, извлечения запасов угля, оставляемых в охранных и предохранительных целиках;

- разработана концепция использования технологического подземного пространства шахт для размещения шахтных отходов производства.

Научное значение работы заключается в развитии и совершенствовании научно-методической базы обеспечения эффективного функционирования технологических систем угольных шахт, реализация которой позволяет осуществлять научное обоснование стратегии их поэтапного развития с учетом имеющихся и приобретаемых технологического и экономического ресурсного потенциалов, закономерностей развития научно-технического прогресса в отрасли и обеспечивает повышение точности и надежности принимаемых решений, в совершенствовании теории и практики комплексного освоения недр.

Практическое значение работы заключается в разработке рекомендаций по реализации стратегии поэтапного развития технологических систем угольных шахт, направленной на повышение технико-экономической эффективности их функционирования, обеспечивающих прогрессивную, экономичную и сбалансированную структуру производственных мощностей шахтного фонда угольных компаний в условиях рыночной экономики.

Реализация работы.

В 1991-1999гг. были выполнены работы по оценке шахтного фонда в рамках научно-технической программы Комитета по углю Минтопэнерго России с целью выявления неперспективных убыточных шахт, подлежащих закрытию в продолжающейся реструктуризации угольной промышленности. В результате выявлено и рекомендовано к закрытию более 20 убыточных, неперспективных шахт.

Научные и практические результаты работы прошли проверку и использованы при разработке программ и планов перспективного развития горных работ в производственных объединениях по добыче антрацита «Донбассантрацит», «Ровенькиантрацит» и филиале СУЭК в г. Ленинск-Кузнецкий.

Результаты исследований автора широко используются в учебном процессе МГГУ при подготовке дипломированных специалистов по направлению 650600 «Горное дело».

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались и получили одобрение на научных конференциях и симпозиумах, отечественных и зарубежных. В 1982-1987гг. ряд отчетов НИР докладывались на технических советах производственных объединений «Донбассантрацит», «Ровенькиантрацит», «Антрацит», основные фрагменты исследований содержались в докладах на семинарах и конференциях в ИГД им. А.А.Скочинского, Московском горном институте, на Коллегии Минуглепрома при рассмотрении итогов исследований по проблеме «Шахта будущего». В 1991г. принципы принятия сложных решений при развитии горных работ на шахтах докладывались на Международном Симпозиуме в Западном Берлине.

В 1995-2007гг. основные тезисные положения исследований докладывались на конференциях «День горняка» в Московском государственном горном университете, Межрегиональной научно-практической конференции «Системный подход к созданию высокоэффективных угледобывающих предприятий с использованием наукоемких технологий» в г. Киселевске, на совещании в угольно-минеральной корпорации VINAKOMIN (Вьетнам), на симпозиумах в Сан-Пауло (Бразилия), Стамбуле (Турция), Пекине (Китай), Гонконге (Китай).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 работы, в том числе 11 научных статей в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, содержит 87 таблиц, 87 рисунков, список литературы из 100 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ технологического и социально-экономического развития шахтного фонда России

Проведен анализ природных условий подземной добычи угля. Так или иначе в различных бассейнах за счет тех или иных характеристик залегания или свойств угля, вмещающих пород формируются специфические условия разработки. Всесторонний анализ этих условий, практика ведения горных работ позволяют считать горно-геологические условия разработки на шахтах России в настоящее время как среднесложные, достаточно часто как весьма сложные. Не случайно, а закономерно, что среди закрытых в ходе реструктуризации более 200 шахт около 100 работали в условиях проявления 3-4 негативных факторов (крутое падение, малая или большая мощность, высокая газоносность, глубина, нарушенность и т.д.).

Детально проанализировано производственно-технологическое состояние шахтного фонда. По объемам угледобычи за последние годы Россия переместилась на 5 место в мире - больше угля добывается только в Китае, США, Индии и Австралии.

Основной объем добычи угля (95,5%) обеспечивается частными предприятиями, а доля добычи угля предприятиями государственного сектора (в которых сумма долей Федеральной собственности и субъекта Федерации составляет более 50%) всего лишь 4,5 %. Сегодня в угольной отрасли работает более 30 крупных угледобывающих компаний, доля которых в общей добыче угля составляет на данный момент 93%.

Износ основных фондов предприятий угольной отрасли составляет в среднем 60-65%, а по отдельным видам оборудования превышает 70-80%. В последние годы наметилась тенденция обновления горного оборудования, преимущественно в Кузбассе, за счет оснащения очистных забоев комплексами лучших мировых производителей - ДБТ (Германия), ДЖОЙ (Великобритания) и др.

Проанализировано влияние социально-экономических процессов на состояние отрасли. Моноотраслевая занятость населения горняцких городов и поселков Урала, Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока, Восточного Донбасса, Печорского бассейна и др., расположенных в сотнях километров от крупных индустриальных центров, сделала социальную проблему весьма сложной.

Ликвидация угольных шахт требовала создания в этих районах сотен, тысяч «непрофильных» рабочих мест, строительства жилья, развития новой инфраструктуры. Исследования, проведенные на шахтах Восточного Донбасса, показали, что 50-80% работников закрываемых шахт не могут получить работу на каких-либо предприятиях или в сфере услуг без содействия специальных структур по переподготовке безработных, по созданию рабочих мест.

Анализ важнейших научно-технических проблем (задач) подземной добычи угля показал, что более конкретно проявились нерешенные научно-технические проблемы, связанные с обеспечением интенсивности и концентрации горных работ, надежности технологии производственных процессов и горных машин, управления и оптимизации параметров технологических схем, с обеспечением метанобезопасности.

Вместе с тем ключевой проблемой, объединяющей целый комплект важных научно-технических задач, является создание финансовых, технологических, экологических и социальных условий для повышения и поддержания конкурентоспособности добычи и реализации угля на рынке топливных ресурсов.

Стало особо необходимым обеспечение простого и расширенного эффективного воспроизводства шахтного фонда путем планомерного, тщательно подготовленного закрытия убыточных, неперспективных шахт с одной стороны, а также путем проведения технического и технологического обновления перспективных действующих шахт, строительства новых высокоэффективных и производительных шахт с другой стороны.

Анализ теоретических предпосылок и практики структурной и технологической перестройки шахтного фонда показал, что среди основных факторов, приведших к необходимости столь масштабной реструктуризации (путем слабо подготовленного закрытия) угольной промышленности, особое место в теоретическом плане отводится игнорированию поэтапности обновления шахтного фонда, поэтапного подхода к проектированию параметров шахт, развития горных работ, технического перевооружения.

Исключение из практики управления угольной промышленностью концепции и принципов поэтапного развития шахтного фонда привело к забвению закономерностей совершенствования шахт, планирования финансовых средств на развитие. Как показало время, эти просчеты дорого обошлись экономике страны.

Таким образом, основной путь развития шахтного фонда угольных компаний страны - это путь периодического для отдельной шахты и непрерывного для шахтного фонда в целом обновления путем проведения капитальных мероприятий и работ. Особенно заметно меняет состояние шахтного фонда строительство новых шахт в соответствии с принципами поэтапного развития технологии, с использованием решений, в наибольшей степени отвечающих концепции поэтапности.

Анализ всего комплекса причин и факторов, приведших к необходимости реструктуризации угольной промышленности и в частности шахтного фонда, позволяет вскрыть масштабы и содержание реструктуризации, определить целесообразность, наметить и обосновать направления развития каждого предприятия и отрасли в целом.

Анализ горно-геологических, технологических, макроэкономических, межотраслевых, социально-экономических и нравственных условий показал, что непрерывное ухудшение горно-геологических (и климатических) условий разработки угольных месторождений, масштабное старение элементов технологии и техники, конкурентная борьба за инвестиции «собратьев» по топливно-энергетическому комплексу и замещение угля нефтью и газом, негативные для экономики и угольной отрасли, в особенности социально-политические процессы в обществе и государстве по существу породили и сформировали системный кризис в угольной промышленности.

В процессе реструктуризации чрезвычайную важность приобрела задача выделения конкретных шахт к закрытию. При решении этой задачи необходимо исходить из технологических, экономических и социальных целей реструктуризации.

Многосложная совокупность технологических, экономических, социальных и экологических факторов оказывает влияние на принятие решений по закрытию шахт в условиях соблюдения (или несоблюдения) глобальных требований, накладываемых перечисленными целями реструктуризации, приводит к двум неальтернативным подходам: структурной или (и) технологической перестройкам.

В практике закрытия шахт обозначился целый ряд ошибочных решений, проявились негативные последствия.

Обоснование варианта закрытия шахты не сопоставлялось с вариантами возможного оптимального развития технологической схемы. Сравнение производилось с вариантом сложившегося состояния шахты. Как правило, не сопоставлялись финансовые средства на закрытие и развитие шахты.

Практика выполнения ТЭО закрытия шахт свидетельствует о недостаточной объективности и определенности используемых показателей (в том числе показателей-критериев) для установления неперспективности и убыточности шахт.

Анализ ТЭО целого ряда закрытых и ликвидируемых шахт показал, что тщательно разработанных, технически обоснованных, экономически оптимизированных, календарно указанных процедур выполнения всех работ нет, каждый проект содержал в основном индивидуальный набор решений.

Оказалось, что осуществлять перечисленные процессы по эффективному обеспечению реформирования технологических систем шахт без новых научных разработок невозможно, поэтому программа реструктуризации и реального закрытия шахт, развития и обновления горнотехнических систем угольных шахт включает проведение научных исследований, направленных на разработку методических материалов и организационно-технических мер.

Используя фундаментальные труды основоположников горной науки проф. Бокия Б.И., акад. Шевякова Л.Д., акад. Скочинского А.А., акад. Терпигорева А.М., акад. Агошина М.И., акад. Мельникова Н.В., акад. Ржевского В.В., акад. Попова А.С., акад. Байконурова О.А., проф. Борисова Д.Ф., проф. Кузнецова К.К., целое поколение крупных ученых: проф. Бурчаков А.С., проф. Курносов А.М., проф. Квон С.С., проф. Рогов Е.И., проф. Капустин Н.Н., чл.-корр. РАН Пучков Л.А., проф. Устинов М.И., проф. Митейко А.И., проф. Иванов Н.И., проф. Астахов А.С., проф. Петренко Е.В., проф. Малкин А.С., проф. Харченко В.А., проф. Воробьев Б.М., проф. Еремеев В.М., проф. Килячков А.П. и др. работали над сложнейшими проблемами проектирования шахт, решая задачи оптимизации, теории принятия сложных решений.

Большую долю научных, проектных, производственных задач решали и продолжают решать акад. Трубецкой К.С., проф. Каплунов Д.Р. проф. Зайденварг В.Е., д.т.н. Саламатин А.Г., д.т.н. Диколенко Е.Я., проф. Малкин А.С., проф. Резниченко С.С., проф. Краснянский Г.А., проф. Харченко В.А., чл.-корр. РАН Пучков Л.А., чл.- корр. РАН Рубан А.В., проф. Ганицкий В.И., проф. Истомин В.В., проф. Казикаев Д.М., проф. Кузнецов Ю.Н., проф. Постников В.И., к.т.н. Балашов И.Б., д.э.н. Яновский А.Б., к.т.н. Носенко В.Д., проф. Сластунов С.В. и др.

Анализ основных направлений повышения конкурентоспособности шахт убеждает - на первый план выдвигаются меры по техническому довооружению и перевооружению перспективных шахт. В обстановке, когда внешняя рыночная конъюнктура обеспечивает высокую прибыльность зарубежных поставок нефти и газа, когда большая часть резко убыточных шахт уже закрыта, становится оправданным инвестировать лишь передовые шахты, ожидая скорую и весомую отдачу и возврат затрат. Выявление таких шахт, глубины технического оснащения их требует соответствующих объективных методик оценки и экспертизы шахтного фонда.

Разработка иаучно-методического обеспечения стратегии развития технологических систем угольных шахт и непрерывного обновления шахтного фонда угольных компаний

Планировочные решения технологических систем угольных шахт, в значительной мере определяющих технологию добычи угля подземным способом, в первую очередь нуждаются в теоретическом обосновании и разработке широкого комплекса мер по их соответствующей перестройке.

Оценка технологических систем при этом является непременным и обязательным элементом программ перспективного развития шахтного фонда угольных компаний на всех стадиях его существования, так как только в этом случае могут быть созданы необходимые условия для эффективной работы на планируемую перспективу.

Функциональный анализ теоретических и практических исследований в данной области показывает, что все методы оценки можно в настоящее время разделить на три основные группы:

а) методы, использование которых основано на применении в целях оценки отдельных единичных показателей технико-экономической эффективности функционирования технологических схем угольных шахт (себестоимость, фондоёмкость, удельная протяжённость поддерживаемых горных выработок, нагрузка на очистной забой и т.д.);

б) методы, использование которых основано на применении в целях оценки комплекса основных дифференцированных показателей технико-экономической эффективности, при этом используется и сопоставление индексных показателей друг с другом (приведенные затраты, чистый дисконтированный доход);

в) методы, использование которых основано на применении в целях оценки интегральных показателей (функционалов) технико-экономической эффективности, базой для формирования которых в этом случае служит учёт относительных оценок технико-экономических показателей от их эталонных значений или друг от друга.

Функциональный и комплексный анализ литературных источников, прямо или косвенно связанных с решением проблемы оценки эффективности функционирования технологических схем угольных шахт и технического уровня отдельных подсистем, приводят к выводу о наличии весьма существенных недостатков. Разработанные методики не полностью регламентируют задачи, аспекты и требования, предъявляемые к задаче оценки эффективности функционирования технологических схем угольных шахт, что приводит к технологической разобщенности процесса оценки, почти во всех случаях авторы высказывают приверженность и ориентируются на комплексный, системный анализ и оценку, в то же время, исключая небольшой ряд работ, ограничиваются рассмотрением отдельных подзадач.

Общая стратегия решения задачи оценки эффективности технологических систем действующих шахт должна, очевидно, предусматривать создание единой методологической базы, синтезирующей в себе как уже известные положительные аспекты анализа и оценки, так и ряд новых технико-экономических элементов и аспектов решения данной задачи.

В связи с этим системная интерпретация задачи оценки состояния шахтного фонда угольных компаний выглядит следующим образом (рис.1).

Выявлено семь взаимообусловленных элементов задачи оценки прогрессивности и экономичности технологии подземной добычи угля - всех уровней технологичности условий, в том числе и результирующих условий работы действующих угольных шахт, их технико-экономической эффективности, качества схем вскрытия и подготовки шахтных и выемочных полей, прогрессивности технического уровня очистных и подготовительных работ, схем транспорта-подъема, вентиляции, технологического комплекса поверхности, результативности научно-технического прогресса и экологического состояния. При этом первый элемент расчета позволяет выявить сравнительную благоприятность и технологичность условий работы угольных шахт, второй элемент оценки показывает, к каким сравнительным результатам ведут эти условия, третий элемент указывает, как влияют показатели качества схем вскрытия и подготовки шахтных и выемочных полей на технологичность их разработки, четвертый элемент раскрывает влияние основных процессов угледобычи на формирование технико-экономической эффективности, пятый элемент раскрывает влияние научно-технического прогресса в целом на технологию подземной добычи угля

угольный шахта технологический

Условия функционирования технологических систем действующих угольных шахт
Горно-геологические	Производственно-технические	Социальные
Обобщающий уровень всех условий
Элемент 1
Результаты работы действующих шахт
Производственно-технические	Экономические
Обобщающий технико-экономический уровень работы действующих угольных шахт
Элемент 2
Вскрытие и подготовка шахтных и выемочных полей
Технический уровень вскрытия шахтных и выемочных полей	Технический уровень подготовки шахтных и выемочных полей
Обобщающий уровень вскрытия и подготовки шахтных и выемочных полей
Элемент 3
Производственная система добычи угля на шахтах (подземный способ добычи)
Подсистема подземных очистных работ	Подсистема подземных подготовительных работ	Подсистема подземного транспорта-подъема	Подсистема вентиляции	Подсистема технологического комплекса поверхности
Технический уровень очистных работ	Технический уровень подготовительных работ	Технический уровень транспорта-подъема	Технический уровень проветривания	Технический уровень переработки угля на поверхности
Обобщающий технический уровень шахты
Элемент 4
Результативность научно-технического прогресса на действующих угольных шахтах (техническая оснащенность технологии)
Элемент 5
Надежность и безопасность ведения горных работ от
Элемент 6
Экологическое состояние шахт
Элемент 7

Рис. 1. Системная интерпретация задачи оценки состояния шахтного фонда (оценка прогрессивности и экономичности технологии подземной угледобычи)

Шестой элемент оценивает эффективность технологических схем ведения горных работ с позиций газовой и геомеханической опасностей, формирует представление о системном участии в формировании уровня промышленной безопасности того или иного горного, технического или организационного фактора.

Седьмой элемент оценивает влияние экологически негативных компонентов горно-механических, гидрогеологических, газодинамических и радиационных процессов подземной и поверхностной атмосферы на процесс необходимости и целесообразности закрытия шахт. Квалиметрическая интегральная оценка и анализ экологического состояния шахт позволяют конкретно обосновывать соответствующие мероприятия по существенному снижению экологической опасности как в период эксплуатации шахт, так и в период подготовки к закрытию.

Решение первого этапа задачи оценки состояния шахтного фонда угольных компаний должно в первую очередь предусматривать выявление, качественное и количественное описание связей между вышеописанными элементами анализируемых шахт, достаточно и полно отражающих качество их функционирования. Этот аспект требует предварительного выбора систем оценочных показателей-критериев, формирование их единой расчетной базы и методики определения.

В данной работе на основе анализа экономико-математических моделей, основанных на методах корреляционно-регрессионного анализа, методе главных компонент и других приемах математической статистики, позволяющих судить о количественном влиянии отдельных факторов условий производства на технико-экономический уровень, логического и структурного анализа исследований теории и практики в данной области, к интегральной оценке прогрессивности и экономичности технологии подземной угледобычи привлечены показатели, которые в общем случае служат измерителями степени технологического и экономического соответствия вариантов технологических схем угольных шахт требованиям, предъявляемым к ним на данном этапе развития техники, технологии и научно-технического прогресса .

В теории принятия сложных решений, квалиметрического анализа и теории полезностей предпочтительность альтернатив в самом общем случае определяется по совокупности величин полезностей отдельных элементов подсистем в условиях компромиссных ситуаций.

При этом следует отметить, что единичный вклад любого оценочного показателя можно рассматривать как случайный, а вклад средней статистической (интегральной) величины - как общую закономерность, - в данном контексте интегральный функционал представляется весьма достоверной и устойчивой характеристикой.

Приведение натуральных разноразмерных показателей к однородности осуществляется с использованием формулы вычисления относительных оценок (отклонений)

, (1)

где I_i^max и I_j^mim - соответственно максимальные и минимальные значения натуральных оценочных показателей,

I_j^эт и I_ij^ф - соответственно эталонные и фактические значения натуральных оценочных показателей.

Основным достоинством вышеприведенной формулы вычисления относительных оценок является то, что она однозначно определяет величину интегральных функционалов в условиях различной оптимальности оценочных показателей при одновременном улучшении качества

К_интj = f(I,ц) > min, (2)

т.е. величина отклонений от показателей условной эталон-шахты сравнения, имеющей самый прогрессивный технический уровень основных технологических подсистем должна стремиться к минимуму.

Интегральный показатель эффективности любого из сравниваемых объектов в этом случае будет отражать степень его ухудшения, удаления от несуществующего, но наилучшего варианта. Наличие среди оценочных показателей групп критериев, эталонные значения которых стремятся к минимальной (Jj^ЭT-->min) и максимальной (Jj^ЭT-->mах) величинам, уже не делает неопределенным оптимальное значение интегрального показателя. В этих условиях увеличение

(3)

показывает ухудшение качества как для первой группы критериев оценки (J_i^ЭT->min) так и для второй (J_i^ЭT-->max). Следует, однако, помнить, что относительные отклонения фактических значений показателей у шахт от эталонных по группе критериев с оптимумом, стремящемся к минимуму, имеет отрицательный знак, а по группе критериев с оптимумом максимумом - положительный. В связи с этим в формуле вычисления относительных отклонений в числителе стоит обозначение модуля величины отклонения.

Второй процедурой итеративного цикла формирования целевых функций интегральных функционалов является определение удельных коэффициентов важности частных оценочных показателей, что связано с учётом их неодинаковой народнохозяйственной важности и актуальности (в этом случае равные относительные отклонения разных оценочных показателей приобретают разную количественную величину и вносят различный вклад в процесс формирования количественной величины интегральных функционалов).

Удельные коэффициенты важности отдельных оценочных показателей использованы по результатам ранее выполненных исследований, остальные были определены при помощи аналогичных процедур экспертного опроса типа "ДЕЛФИ". Изучение обобщенных мнений экспертов производилось с учётом общеметодологических требований.

Удельные коэффициенты важности вычислялись из полученных экспертным путём функций полезности по формулам:

ц_iуд.=, (4)

где ц_i - функция полезности конкретного i-гo оценочного показателя-критерия;

ц_ср - среднее значение функции полезности по всем оценочным показателям, m - число оценочных показателей, участвующих в оценке технического уровня какой-либо подсистемы шахты;

- относительный вес функции полезности i-гo показателя по сравнению со средней полезностью одного из показателей оценки.

Эти значения могут длительное время использоваться в процедурах оценки без их дальнейшего уточнения и корректировки.

Следующим этапом в разработке целевых функций интегральных функционалов является выбор рациональной функции свёртки, т.е. суммирующей функции частных критериев воедино, так как метод построения интегрального показателя в общем случае заключается в том, что значения частных показателей-критериев оценки I_ij(i=1, m; j=1, n)посредством числовой функции f(ц_i), зависящей от параметров ц_i, -коэффициентов важности i-х критериев приводятся к сопоставимому с точки зрения полезности виду, после чего сворачиваются с помощью симметрической числовой функции m переменных ?. В результате возникает интегральный критерий

K_инт(J,ц )=?{f(J₁,ц₁)……f(J_m,ц_m )},ц=(ц_1……ц_m),J=(J_1……J_m), (5)

который функционально связан с исходными показателями и с достаточной степенью точности передаёт всю требуемую информацию.

Анализируя этот вопрос по выполненным в данной области работам, следует отметить, что в большинстве случаев вид суммирующей функции назначается произвольно, без каких либо серьёзных обоснований и исследований.

Возможностью применения в качестве суммирующей степенной средней функции (это семейство свёрток особенно эффективно с позиций численной минимизации) является в большинстве случаев наличие симметрии гистограммы плотности распределения относительных оценок частных показателей - критериев оценки, а в общем случае - подчинение их нормальному закону распределения.

Определение параметров и характеристик, а также вида теоретических кривых распределений было произведено путём применения стандартного пакета прикладных программ аппроксимации различными кривыми распределения.

Результаты, полученные в результате исследований, позволяют принять в качестве функции свертки квадратичную среднеарифметическую функцию вида

. (6)

Интегральные показатели обобщающего уровня всех условий вычисляются по формуле

, (7)

а интегральные показатели обобщающего уровня технико-экономической эффективности

. (8)

После проведения расчетов интегральных показателей, характеризующих горно-геологические, производственно-технические и социальные условия, а также обобщающий уровень всех условий, производственно-техническую и экономическую эффективность работы шахт, обобщающий уровень технико-экономической эффективности, качества схем вскрытия и подготовки, технический уровень очистных и подготовительных работ, схем транспорта-подъема, вентиляции и технологического комплекса поверхности, технического уровня шахты в целом, результативности научно-технического прогресса в технологии ведения горных работ на шахтах, экологического состояния, - формируется довольно большой объем содержательной информации, анализ которой требует соблюдения определенной последовательности, так как конечной целью анализа является выделение структурно-определенных групп шахт и принятия решений по их закрытию, консервации или развитию.

Следует отметить, что в общем случае возможны 2187 сочетаний интегральных показателей К^г.г._инт, К^п.т.ус_инт , К^с.э._инт^.,К^э_инт , К^в.п_инт , К^п.т.у.р._инт. К^н.т.п_инт, которые однозначно предопределяют выбор одного из стратегических направлений развития и совершенствования шахтного фонда (закрытие, путь к закрытию, техническое перевооружение и модернизация, реконструкция, поддержание мощности на достигнутом уровне). Некоторые из сочетаний однозначно никогда не встречаются в практике функционирования горнодобывающих предприятий, поэтому исходя из статистических исследований всю исходную совокупность интегральных функционалов в обобщенном виде можно свести к 15 составляющим.

Сопоставляя интегральные показатели результативности научно-
технического прогресса, качества схем вскрытия и подготовки, очистных и
подготовительных работ, транспорта-подъема, технологического комплекса
поверхности, вентиляции, условий и результатов работы, можно выявить их
относительный дисбаланс, который указывает на резерв совершенствования
технологии за счет ее технического оснащения и обновления инженерных
решений в процессах угледобычи на данном этапе развития техники и
технологии. Конечной целью при этом является внедрение научно-технических
разработок и плановых мероприятий, направленных на совершенствование
технологии разработки угольных пластов, которые являются важнейшей
частью оперативного управления производством.

Все вышеизложенное является основой для разработки перспективных планов развития горных работ, планов текущих мероприятий по повышению эффективности функционирования технологических схем угольных шахт, а положив в основу стратегических решений о реконструкции и техническом перевооружении приоритет благоприятных условий работы (горно-геологических, производственно-технических, степень ухудшения технического уровня схем вскрытия и подготовки, очистных и подготовительных работ, схем транспорта-подъема, вентиляции, технологического комплекса поверхности), можно проранжировать все шахты, участвующие в оценке по актуальности и очередности обновления технологических схем и отдельных технологических подсистем и элементов технологии, - остальные же шахты, не попавшие в приоритетный ряд реконструкции, остаются в числе действующих как неэффективные и неперспективные или представляются к консервации.

В интегральную оценку состояния шахтного фонда угольных компаний России были вовлечены 90 шахт, за исключением строящихся.

По результатам оценки лидирующие места в оценке занимают следующие шахты: ш.Распадская, ш/у Есаульское, ш/у Юбилейное, а отстающими являются ш. Подмосковная, ш/у Шахтерское.

Исходные данные (номенклатура всех оценочных показателей-критериев) предоставлены ЗАО «Росинформуголь».

Разбиение шахт по стратегическим направлениям обновления и развития показывает, что около 15% шахтного фонда работает в режиме поддержания мощности на достигнутом уровне, около 70% шахтного фонда нуждается в реконструкции, техническом перевооружении и модернизации и около 15% подлежат закрытию и консервации.

Интегральные функционалы по своей структуре являются обобщающими, поскольку объединяют различные и разнородные частные показатели-критерии оценки, с другой стороны, они являются непривычными для понимания синтетическими показателями, так как являются относительными по значениям, в связи с чем возникает необходимость установления объективной роли и содержательности интегральных показателей.

С этой целью был проведен корреляционно-регрессионный анализ основных показателей производственно-технического и экономического уровней (производственная мощность шахты, производительность труда, себестоимость добычи) в корреляционной функции от интегральных показателей, характеризующих условия и результаты работы действующих шахт, с использованием программного модуля из библиотеки прикладных программ.

Достаточно высокие коэффициенты парных корреляционных моделей (0,76 - 0,94) позволяют утверждать о достаточно высокой объективности и достоверности интегральных показателей, их содержательности и обобщающей роли. Коэффициенты детерминации 0,61 - 0,80.

Проектная мощность шахты является важнейшим количественным параметром, который в решающей степени предопределяет эффективность и рациональное использование вкладываемых в строительство инвестиций и капитальных вложений, в конечном счете формируя прогрессивность и экономичность работы будущего угледобывающего предприятия.

Применение неадекватных математических процедур и расчетных формул приводит к необоснованно высоким или низким уровням производственной мощности, к недоиспользованию как пассивной, так и активной частей промышленно-производственных фондов предприятий, к неэффективному использованию капитальных вложений и увеличению сроков их освоения, в течение длительного промежутка времени не позволяет выйти на прогрессивные и экономичные показатели эффективности работы угольных шахт.

Экономический ущерб от неверно принятой производственной мощности может исчисляться многими сотнями миллионов рублей, поэтому возможности получения дополнительной информации путем сопоставления результатов расчетов с использованием различных методов и подходов для повышения обоснования принимаемых решений, в том числе на основе методов принятия решений в условиях неопределенности информации, имеют бесспорную актуальность как при геолого-экономической оценке месторождения, так и в период реструктуризации шахтного фонда, которая сопровождается необходимостью закрытия убыточных, неперспективных шахт. Потери добычи угля при этом должны в обязательном порядке восполняться другими, стабильно работающими, и это возможно только в случае если перспективные шахты имеют резервы повышения производительности.

Непостоянство значений горно-геологических характеристик на разных участках шахтного поля нарушает стабильность производственной мощности - удержание производственной мощности в условиях неопределенности информации горно-геологического характера приобретает экономический смысл. Анализ показал, что, учитывая высокую цену принятия неправильных решений, следует ориентироваться на применение базовых аналитических формул и минимаксного критерия Сэвиджа.

Методическими положениями обоснования и расчета проектной мощности шахты предусматривается возможность производить расчеты в детерминированной и динамической (вероятностной) постановках.