Актуальность темы
Сырьевая база углей России вообще и Восточного Донбасса в частности неоднородна и существенно разубожена за счет включения в ее состав нереальных для разработки запасов, сосредоточенных в тонких, нарушенных и глубокозалегающих пластах.
В настоящее время необходимым условием для проектирования и строительства эффективных угледобывающих предприятий является концентрация горных работ на благоприятных для разработки запасах, в том числе для ускоренного освоения нетиповыми угледобывающими предприятиями для оперативной компенсации мощностей ликвидируемых убыточных шахт. В современных условиях в связи с быстро меняющейся, рыночной конъюнктурой требуется оперативная геолого-экономическая переоценка запасов угольных месторождений, особенно резерва подгруппы «а» на основе новых параметров кондиций, при этом определяющую роль играет дифференциация запасов по доходности с учетом геологических, технологических и экологических факторов.
Цель работы. Целью настоящей работы является разработка геолого-промышленной модели экономически рентабельных запасов Садкинского месторождения на базе кластерного подсчета для обоснования кондиций, геолого-экономической оценки и управления запасами в процессе эксплуатации.
Для достижения этой цели решались следующие основные задачи:
1. Анализ сырьевой базы угольной промышленности Восточного Донбасса.
2. Анализ складчатых и разрывных деформаций и морфологических особенностей основного продуктивного пласта ш8' в пределах Сад-кинской синклинали.
3. Обоснование целесообразности и необходимой достоверности кластерного представления запасов при геолого-экономической оценке месторождений.
4. Разработка рациональной операционной схемы и комплексирования программных средств для создания пространственно распределенной цифровой базы первичных геологических данных по угольным пластопересечениям.
5. Исследование влияния геологических факторов (показателей качества угля) на основной параметр оптимизации при обосновании кондиций — доходность инвестируемых средств.
6. Дифференциация и геолого-экономическая оценка доходности запасов Садкинского месторождения (резерв подгруппы «а») на основе кластерных карт.
Методы исследований. Для решения поставленных задач применялись методы цифрового геологического картирования (ГИС-технологии), статистического анализа, пространственного геолого-промышленного и геолого-экономического моделирования.
Защищаемые положения:
1. Анализ потребностей в углях в Южном федеральном округе указывает о значительном неудовлетворенном спросе в настоящее время и в ближайшей перспективе. Ведущееся в настоящее время строительство новых шахт не покрывает данного дефицита. Подавляющее большинство запасов резерва подгруппы «а», отвечающих современным требованиям угольной промышленности (60%) сосредоточено в северо-восточной части Сулино-Садкинского угленосном района в пределах Садкинского месторождения, в связи с чем его можно прогнозировать в качестве первоочередного для будущего освоения и рассматривать как полигон для геолого-промышленного моделирования и отработки новых методов геолого-экономической оценки.
2. Важнейшей частью геолого-структурной модели Садкинского месторождения является Поперечное поднятие в пределах Садкинской синклинали. Поднятие является древней структурой, развивающейся со среднекаменноугольного времени до конца палеозоя. Поднятие определяет морфологические особенности и сложность строения угольного пласта nig1, геолого-структурные особенности Садкинского месторождения. С существованием Поперечного поднятия связано разделение Садкинской синклинали на две котловины в основной этап герцинской складчатости и возникновение сдвиговых движений в обрамлении на заключительном этапе, что определило характер складчатых и разрывных деформаций угольного пласта.
3. Эффективной геолого-промышленной моделью угольного месторождения является кластерная модель, выполненная на базе ГИС-технологий, обеспечивающая дифференциацию геолого-промышленных параметров и оперативность технико-экономического обоснования кондиций в условиях быстро меняющейся рыночной конъюнктуры. Многовариантный и многократный пересчет запасов для обоснования кондиций, выполняемый традиционными методами предопределяет множество трудоемких расчетных операций и не обеспечивает дифференцирование запасов и необходимую оперативность в условиях быстро меняющейся рыночной конъюнктуры. Современной базой оперативного учета и управления запасами является кластерная модель, выполненная на базе ГИС-технологий.
4. Основным способом повышения эффективности геолого-промышленной оценки месторождения являетсяоптимизация кластерной модели, содержание которой определяется совокупностью взамосвязей между оконтуривающими, подсчетными и технико-экономическими параметрами. Оптимальным интегральным параметром оконтуривания активных запасов угля является показатель доходности эксплуатационных затрат, вычисляемый в относительных единицах и свободный от необходимости приведения затрат и цен к современному уровню инфляции.
5. Геолого-экономическая оценка участков Садкинского месторождения, проведенная на базе кластерной модели с оконтуриванием активных промышленных запасов по уровню доходности не ниже 5% показывает достаточную рентабельность запасов угля и значительный запас финансовой прочности будущего предприятия при превышении цены над себестоимостью в 40% на участке Садкинском Северном и в 30% на участке Садкинском Восточном.
Научная новизна. На основании концентрации запасов, отвечающих современным требованиям промышленности по мощности, глубине залегания и углам падения в Сулино-Садкинском угленосном районе, установлена его приоритетная роль в восполнении сырьевой базы Восточного Донбасса.
Разработана < геолого-структурная модель Садкинского месторождения, ключевой частью которой является Поперечное поднятие Садкинской синклинали, определяющее особенности морфологии угольного пласта и характер складчатых и разрывных деформаций. В качестве количественной мерысложности строения пласта предложено использовать коэффициент неоднородности, позволяющий производить пространственный анализ морфологических особенностей пласта.
На основе анализа распределения коэффициента неоднородности пласта mg1 для периода его накопления определены типы болотных ландшафтов: болотно-лагуннаяравнина с меняющейся обводненностью в южной части Садкинского месторождения и аллювиально-болотная равнина с высокой проточностью — в северной.
Разработана кластерная геолого-промышленная модель подсчета и представления запасов Садкинского месторождения, позволяющая производить геолого-экономическую оценку запасов (ресурсов) как конкретного месторождения так и произвольно-заданной территории в натуральных и стоимостных единицах измерения, операционная схема создания цифровой базы пространственно распределенных первичных геологических данных разведочных пересечений. В качестве параметра оптимизации модели для выделения активных запасов, определяющих основные параметры кондиций и контуры первоочереднойs отработки, предложен критерий доходности инвестируемых средств (рентабельности эксплуатационных затрат), прямо зависящий от геолого-промышленных параметров угольного пласта. Определены контуры первоочередной отработки ипараметры кондиций и произведена геолого-экономическая переоценка запасов Садкинских разведочных участков.
Практическая значимость. Использование результатов исследований и предлагаемой методики позволяет провести комплексную геолого-экономическую оценку территории Садкинского месторожденияопределять контуры активных запасов угленосных площадей по результатам предварительной разведки, значительно сократить затраты времени на повариантные технико-экономические расчеты при определении параметров кондиций. Составленабаза пространственно распределенных первичных геологических данных продуктивных угольных пластов Садкинского месторождения.
Фактический материал. В основу работы положены геологические данные, собранные в процессе производственной деятельности автора в период с 1992 по 2002 г. г., данные и методика геолого-экономической экспресс-оценки угольных, ресурсов ВНИГРИуголь, фондовые и опубликованные материалы. Автором обработаны данные по более чем 1500 буровым скважинам, пройденным в процессе поисковых и разведочных работ за 30 лет, произведено 10 подсчетов запасов и составлены производственные отчеты по 5 участкам.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на X Всероссийском угольном совещании (г. Ростов-на-Дону, 2001 г.), на международных научных конференциях в ЮжноРоссийском государственном техническом университете (г.Новочеркасск,.
2002, 2004 г. г.). По теме диссертации опубликовано 6 работ. Седьмая находится в печати.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Включает 129 страниц машинописного текста, 46 рисунков, 26 таблиц, список цитированной литературы из 53 наименований.
Заключение
.
1. На основе обобщения и анализа фактического материала по геологоразведочным работам на Садкинском месторождении угля в Восточном Донбассе рассмотрены его геолого-структурные особенности и: морфологические особенности пласта mg1. Важнейшей частью геолого-структурной модели Садкинского месторождения является Поперечное поднятие в пределах Садкинской синклинали. Поднятие является древней структурой, развивающейся со среднекаменноугольного времени до конца палеозоя. С существованием Поперечного поднятия связано разделение Садкинской синклинали на две котловины в основной этап герцинской складчатости и возникновение сдвиговых движений в обрамлении на заключительном этапе, что определило характер складчатых и разрывных деформаций * угольного пласта. Структурный рисунок и характер — основных тектонических нарушений, развитых в пределах месторождения позволяет предполагать наличие зон транспрессии, сопровождающих Сулино-Константиновский надвиг, причем к западу от Поперечного поднятия проявлена левая сдвиговая составляющая, а к востоку — правая. Поперечные нарушения, развитые в пределах Поперечного поднятия, образовались в условиях сжатия и по своей ориентировке соответствуют сдвигам Риделя.
Петрографическая? характеристика угля, ботанический состав антрацитов и морфологические особенности свидетельствуют о подвижной среде древнего торфонакопления с преобладающей долей аллохтонии. Достаточно отчетливо проявляется морфологическая зональность пласта ms-. Минимальные значения коэффициента неоднородности, соответствующие областям относительно устойчивого угленакопления приурочены к центральным частям Северной и Восточной котловин синклинали, что позволяет трактовать ландшафт этой области как болотно-лагунную равнину. Наиболее высокие значения коэффициента неоднородности пласта приурочены к Поперечному поднятию и северному обрамлению Восточной котловины. Именно здесь отмечается состояние интенсивного расщепления и выклинивания угольного пласта, а также его локальные размывы. В плане область интенсивного расщепления^ и локальных размывов имеет лентообразную извилистую форму. Ширина этой области составляет 3 — 4 км при прослеженной длине — 40−50 км, что соответствует аллювиально-болотной долине с малой транспортирующей энергией воды. Такой латеральный ряд болотных ландшафтов подтверждает существование в период угленакопления* зоны повышенной активности микроколебательных движений в районе Поперечного поднятия и говорит о том, что Поперечное поднятие вероятнее всего является унаследованной структурой, влияющей на характер и морфологические особенности последующих деформаций.
2. Эффективной геолого-промышленной моделью угольного месторождения, а является регулярно-ячеистая кластерная модель пространственных данных, выполненная на базе ГИС-технологий, обеспечивающая/ дифференциацию геолого-промышленных параметров и оперативность технико-экономических расчетов в условиях быстро меняющейся рыночной* конъюнктуры. Воснову модели положена километровая квадратная ячейкасоответствующая" километровойсетке в системе координат Гаусса-Крюгера. Выбранныйразмер ячейки для* Садкинского месторождения является' оптимальным, так как обеспечивает статистически обоснованную" равномерность данных, достаточную для анализа распределения? геолого-промышленных параметров детальность и достоверность геолого-экономической оценки. Кластерная модель также обеспечивает хорошую иллюстративность и сходимость результатов с картамипостроенными7 методом дистанционного взвешивания. Кроме того, кластерная модель обладает рядом преимуществ: позволяет ввести в систему анализа количественно-пространственные факторы оценки, осуществлять автоматизированный отбор запасов по? заранее заданному комплексу геолого-промышленных параметров или по принципу пространственного расположения. Отбор, подсчет запасов и визуализация: группы кластеров! осуществляются автоматически с помощью существующих программных средств.
3- Наиболее эффективным параметром оптимизации кластерной геолого-промышленной моделиугольного месторождения и одновременно параметром оконтуривания экономически рентабельных запасов является показатель доходности (рентабельности) эксплуатационных затрат, вычисляемый в относительных единицах и свободный от необходимости приведения затрат и цен к современному уровню инфляции.
Поскольку каждый кластер геолого-промышленной модели характеризуется различными показателями качества и горно-технических условий * отработки пласта, а также различнымизапасами угля и объемами г горной массы, возможно дифференцированное определение показателя доходности для каждого кластера. Из экономического смысла показателя следует, что отработка! каждого кластера с положительным значением показателя после покрытия капитальных затрат формирует прибыль предприятия. Следовательно, отбор кластеров с положительным значением уровня доходности позволяет определить экономически рентабельные контуры месторождения как по площади, так и по глубине, вне зависимости от технических ограничений на мощность и зольность пласта.
В связи? с неоднозначным воздействием инфляции на составляющие себестоимости и на цену товарного продукта целесообразно при расчетах показателя^ доходности исходить не из конкретной цены, а из превышенияцены над себестоимостью. Такой подход позволяет производить вариативную геолого-экономическую оценку месторождений. При этом следует иметь в виду, что превышение цены над себестоимостью должно быть не ниже стоимости заемных средств, то есть обеспечивать возврат процентов за кредит, а средний показатель доходности — не ниже средних темпов инфляции на прогнозируемый период.
4. Геолого-экономическая оценка участков Садкинского месторождения, проведенная на базе кластерной геолого-промышленной модели с оконтуриванием активных промышленных запасов по уровню доходности не в интервале 5 — 12% показывает достаточную рентабельность запасов угля и значительный запас финансовой прочности будущего предприятия при превышении цены над себестоимостью в 40% на участке Садкинском Северном и в 30% на участке Садкинском Восточном.
