Ekonomiczna ocena doboru technologii wydobycia kruszyw żwirowo-piaskowych spod wody do warunków złożowych. Wartykule podano. podstawowe wskaźniki

Transkrypt

1 prof. dr hab. inż. Wiesław Kozioł Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego w Warszawie, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, dr inż. Claudia Lieske Open Grid Europe GmbH, mgr inż. Adrian Borcz AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Ekonomiczna ocena doboru technologii wydobycia kruszyw żwirowo-piaskowych spod wody do warunków złożowych 12 Do wydobycia kruszyw żwirowo- -piaskowych stosowane są trzy podstawowe technologie eksploatacji: lądowa (such, spod wody (wodn, mieszana (lądowo-wodn. Zastosowanie jednej z tych technologii uzależnione jest głównie od położenia poziomu wodonośnego względem stropu i spągu złoża. Eksploatację lądową, w której poziom wodonośny usytuowany jest poniżej spągu wyrobiska, najczęściej stosuje się w obszarze Polski Północnej (zlodowacenie północnopolskie). Produkcja kruszyw wymaga najczęściej ich płukania i dostarczenia w związku z tym odpowiedniej ilości wody przemysłowej. W złożach zawodnionych, eksploatowanych spod wody, zwierciadło wody powinno być położone SUMMARY Economic evaluation of the selection of technologies for the underwater extraction of gravel and sand aggregates to the reservoir conditions The article presents basic technical and economic indicators (productivity, costs) of gravel and sand aggregate extraction for the most commonly used types of dredgers and four different deposits. The operational data were collected from aggregate mines in Poland and Germany. Then a comparative technical and economic evaluation of the selection of extraction technologies for exemplary selected gravel and sand aggregate was carried out. Keywords: gravel aggregates, sand aggregates, dredgers, extraction technologies Wartykule podano podstawowe wskaźniki techniczno-ekonomiczne (wydajność, koszty) wydobycia kruszyw żwirowo- -piaskowych dla wybranych, najczęściej stosowanych typów pogłębiarek i czterech różnych złóż. Dane eksploatacyjne zebrano z kopalń kruszyw w Polsce i w Niemczech. Następnie przeprowadzono porównawczą ocenę techniczną i ekonomiczną doboru technologii wydobycia dla przykładowo wybranego złoża kruszywa żwirowo-piaskowego. ok. 1,5 m powyżej stropu złoża. Tego typu złoża najczęściej zalegają w południowej części kraju i związane są z obszarami akumulacji rzecznej lub wodnolodowcowej. W wielu kopalniach stosowana jest również eksploatacja mieszana, z urabianiem górnego poziomu z lądu, a poziomu dolnego spod lustra wody. Głębokość zalegania spągu złóż najczęściej nie przekracza 10 m poniżej lustra wody, ostatnio jednak głębokość eksploatacji wzrasta do 15 i więcej metrów. W eksploatacji spod wody w zależności od głębokości zalegania złoża stosuje się urabianie koparkami z lądu (przy płytkiej eksploatacji 5-10 m) lub urabianie różnego typu pogłębiarkami pływającymi. Ze względu na postępującą eksploatację złóż zalegających na większych głębokościach i pod grubszym nadkładem systematycznie wzrasta udział wydobycia kruszyw spod lustra wody. Obecnie szacuje się, że ok. 75% żwirów i piasków wydobywa się spod wody [4]. Urabianie spod wody odbywa się w wyniku procesu mechanicznego, hydraulicznego lub pneumatycznego (rzadko). Łącząc proces urabiania z transportem pionowym i poziomym urobku (po wodzie i na lądzie), uzyskuje się różne warianty funkcjonalnych układów technologicznych, w których podstawowym ogniwem jest pogłębiarka.

2 Złoże Rodzaj złoża Technologia eksploatacji (podstawowa maszyn A Złoże zawodnione o zmiennej miąższości i strukturze (sypka struktur, miąższość złoża: 3-20,4 m (śr. 7,3 m) PP* 60% B Złoże zawodnione o zmiennej miąższości: 3,7-23,2 m (śr. 15,5 m), z zanieczyszczeniami gliniastymi, chwytakowa z zalegającymi warstwami zbitej gliny, PP* 47% wieloczerpakowa C Złoże z domieszką zbitych frakcji kruszywa, zawodnione, o zmiennym uziarnieniu, zailone, ssąca z głowicą tnącą głębokość eksploatacji do 15 m, PP* śr. 65% D Złoże zawodnione z przewarstwieniami gliniastymi, występujące sporadycznie otoczaki o średnicy do 220 mm, głębokość eksploatacji do 17,2 m, PP* 65% ssąca z kołem tnącym Tab. 1. Zestawienie analizowanych złóż kruszyw żwirowo-piaskowych oraz technologii ich eksploatacji [2] *PP punkt piaskowy (%) Podstawowe dane Moc silnika kw 275 Średnia wydajność Mg/godz. 220 Wydobycie roczne Mg/rok Czas pracy pogłębiarki godz./rok 1920 Czas pracy obsługi godz./rok 2400 Średnie zużycie oleju napędowego l/godz. 50 Koszt oleju napędowego euro/l 1,25 Koszty pracy operatora wraz z narzutami euro/godz. 37 Obliczanie kosztów Koszt obsługi (rocznie) 37 x = Koszt paliwa 50 x 1,25 x = euro Koszt obsługi silnika Inne koszty 8500 Koszty zużycia pompy Szacunkowa ilość Mg wydobytego przez pompę surowca do jej zużycia (ok.) Mg Koszt pompy euro Wydajność pompy na rok Mg 220 x = Zużycie pompy w skali roku % Koszt zużycia pompy euro/rok 51,2 x = Razem koszty euro/rok ,0 Jednostkowy koszt wydobycia euro/mg 0,56 Tab. 2. Przykładowe koszty pracy pogłębiarki ssącej z systemem Jet pracującej na złożu A [2] Wybrane do analizy typy złóż i technologie wydobycia W artykule przedstawiono wyniki analiz techniczno-ekonomicznych dotyczących oceny doboru różnych typów pogłębiarek do eksploatacji czterech przykładowych złóż kruszywa żwirowo-piaskowego. Wybrane rodzaje złóż i typy pogłębiarek zestawiono w tab. 1 [2]. Z zestawienia wynika, że warunki eksploatacji wybranych złóż są zróżnicowane. Wszystkie złoża eksploatowane są spod wody, do tego też dostosowane są proponowane technologie wydobycia. Ponadto można zauważyć, że zastosowane technologie na ogół są różne. Jedynie pogłębiarka ssąca z systemem Jet powtarza się dla trzech złóż (A, C oraz D). Praktycznie ten sposób wydobycia kruszyw spod lustra wody stosowany jest obecnie najczęściej zarówno w kraju, jak i za granicą. Dla każdego złoża analizowano pracę dwóch różnych pogłębiarek. Przykładową analizę kosztów pracy pogłębiarki na złożu A przedstawiono w tab. 2. Podobną analizę kosztów przeprowadzono również dla pozostałych pogłębiarek. Ponieważ dane dotyczą kopalń kruszyw w Polsce i w Niemczech, koszty liczono w euro [2]. Porównawcze wartości uzyskanych wydajności i technicznych kosztów eksploatacji dla czterech analizowanych złóż i przyjętych typów pogłębiarek zestawiono w tab. 3 [4]. Z przeprowadzonej analizy wynika, że najniższy jednostkowy koszt wydobycia i stosunkowo dużą wydajność osiągnięto przy zastosowaniu pogłębiarki wieloczerpakowej (0,42 euro/mg, 250 Mg/godz.) 13

3 1. rura tłoczna 2. kabina operatora 3. wciągarka rury ssącej 4. rura ssąca 5. wysięgnik rury ssącej 6. głowica ssąca z systemem jet 7. pływaki prowadzące rury ssącej c) Rys. 1: pogłębiarka ssąca z systemem Jet, schemat pogłębiarki ssącej z systemem Jet, c) pogłębiarka wieloczerpakowa [1] Złoże Zastosowana technologia Wydobycie roczne [Mg/rok] Wydajność godzinowa [Mg/godz.] Parametr Techniczny koszt eksploatacji [euro/rok] Techniczny koszt jednostkowy [euro/mg] , ,5 0,62 A , ,0 0,56 chwytakowa , ,0 0,62 B wieloczerpakowa , ,0 0,42 ssąca z głowicą tnącą , ,0 0,47 C , ,2 0, , ,5 0,59 D ssąca z kołem tnącym , ,0 0,50 Tab. 3. Zestawienie wyników analizy wydajności i kosztów eksploatacji rozpatrywanych czterech przykładowych złóż [2] 14 do urabiania złoża B (PP: 47%, głębokość eksploatacji: 3,7-23,2 m, zanieczyszczenia gliniaste). Dla tego złoża zastosowanie pogłębiarki wieloczerpakowej okazało się dużo efektywniejsze od początkowo stosowanej pogłębiarki chwytakowej. Najwyższe wydajności i niskie koszty wydobycia uzyskano dla złoża C (PP: 65%, głębokość eksploatacji: do 15 m, zmienne uziarnienie z domieszką iłów) z zastosowaniem do urabiania pogłębiarek ssących dodatkowo wyposażonych w głowicę typu Jet lub koło tnące (wydajność: 270 Mg/godz., jednostkowy techniczny koszt: 0,46-0,47 euro/mg). Zaproponowana analiza zarówno wydajności, jak i kosztów pracy pogłębiarek stanowi wstępny etap przy wyborze najkorzystniejszej technologii eksploatacji. Ważną częścią analizy powinna być ocena wskaźników efektywności (rentowności) produkcji kruszyw żwirowo-piaskowych. Ocena porównawcza efektywności produkcji kruszyw żwirowo-piaskowych W artykule przeprowadzono ocenę wybranych trzech wskaźników efektywności eksploatacji i produkcji kruszyw, czyli: okresu zwrotu nakładów inwestycyjnych, wartości zaktualizowanej netto (NPV), wewnętrznej stopy zwrotu (IRR). Kształtowanie się ww. wskaźników analizowano dla każdego ze złóż w zależności od popytu na drobne (piaskowe) frakcje kruszywa (zakładając, że frakcje

4 Koszty i przychody w mln 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 BEP w zależności od ilości sprzedaży piasku BEP w zależności od ilości sprzedaży piasku Miesiąc Miesiąc Koszty wydobycia i produkcji Przychody przy 100% sprzedaży żwiru i piasku Koszty wydobycia i produkcji Przychody przy 100% sprzedaży żwiru i piasku Przychody przy 100% sprzedaży żwiru i 80% piasku Przychody przy 100% sprzedaży żwiru i 60% piasku Przychody przy 100% sprzedaży żwiru i 40% piasku Przychody przy 100% sprzedaży żwiru i 20% piasku Przychody przy 100% sprzedaży żwiru i 80% piasku Przychody przy 100% sprzedaży żwiru i 60% piasku Przychody przy 100% sprzedaży żwiru i 40% piasku Przychody przy 100% sprzedaży żwiru i 20% piasku Rys. 2. Okres zwrotu nakładów inwestycyjnych dla zgarniarki linowej ( i pogłębiarki ssącej z systemem Jet ( dla złoża A w zależności od ilości sprzedanej drobnej frakcji piaskowej kruszywa [2] Koszty i przychody w mln 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 Okres zwrotu nakładów 6,00 4,00 NPV po 13 latach przy zmianie wydobycia rocznego/wolumenu zbytu [mln ] NPV po 13 latach przy zmianie wydobycia rocznego/wolumenu zbytu [mln ] 6,00 4,00 3,74 NPV w mln 2,00 0,00 2,00 4,00 6,00-1,8-2,68-2,53-3,23-3,50-4,08-4,35-3,97-4,71 Zmiana wydobycia rocznego (wr) i wolumenu zbytu (wz) piasku i żwiru wr 150%/wz 100% 1,80 2,00 1,33 0,00 0,00 NPV po 13 latach NPV po 13 latach Rys. 3. Wartości NPV po 13 latach wydobycia przy założeniu zmiennej wydajności i wielkości sprzedaży kruszyw dla zgarniarki linowej ( oraz pogłębiarki ssącej ( [2] wr 150%/wz100% żwir + 80% piasek wr 150%/wz 80% wr 120%/wz 100% wr 120%/wz 100% żwir + 80% piasek wr 120%/wz 80% wr 80% wz 100% wr 80%/wz 100%+ 80% piasek wr 80%/wz 80% NPV w mln -0,86 2,00-1,51-2,13-2,40 4,00-3,82-3,64-4,23 Zmiana wydobycia rocznego (wr) i wolumenu zbytu (wz) piasku i żwiru 6,00 wr 50%/wz 100% wr 150%/wz 100% wr 150%/wz100% żwir + 80% piasek wr 150% / wz 80% wr 120% / wz 100% wr 120% / wz 100% żwir + 80% piasek wr 120% / wz 80% wr 80% wz 100% wr 80% / wz 100%+ 80% piasek wr 80% / wz 80% wr 50% / wz 100% grube żwirowe są zbywalne w całości), ceny kruszyw, wymaganego okresu amortyzacji pogłębiarek, osiąganej wydajności itp. Zmiana wartości niektórych parametrów niezależnych w przyjmowanych wariantach umożliwiła ocenę wrażliwości analizowanych wskaźników. Na rys. 2 przedstawiono tzw. proste okresy zwrotu nakładów inwestycyjnych przedsięwzięcia wydobycia i produkcji kruszyw ze złoża A dla pogłębiarki ssącej w porównaniu ze zgarniarką linową, przyjmując założone ceny sprzedaży żwiru i piasku na poziomach 6 oraz 2,5 euro/mg oraz zakładając zmienny popyt na drobne, piaskowe frakcje kruszywa. Z wykresów możemy wnioskować, że okres zwrotu dla zgarniarki linowej nie może być osiągnięty nawet przy założeniu 100% sprzedaży żwiru i piasku. ssąca natomiast potrzebuje ok. 52 miesięcy (4,33 lat zanim przychody zrównają się z kosztami, przy założonych cenach kruszyw i 100% sprzedaży. Przy mniejszej sprzedaży piasku (20-80%) również pogłębiarka ssąca nie osiągnie okresu zwrotu. Aby zgarniarka linowa mogła osiągnąć okres zwrotu, konieczne byłyby zwiększenie jej wydajności rocznej do 150% i wzrost ceny sprzedaży piasku do 3 euro/mg. Jej okres pokrycia ujemnych przepływów przez wpływy z przedsięwzięcia dla 100% ilości sprzedanych kruszyw wynosi 28 lat, jednak mało realne jest osiągnięcie takiego poziomu sprzedaży. Na złożu A w rzeczywistości sprzedano 100% żwiru i tylko 30% piasku. Zaletą pogłębiarki ssącej oprócz niższych kosztów jej zakupu jest większa wydajność. Potwierdzenie tych wniosków uzyskano również dla obliczeń wartości NPV. Z uwagi na zmienność sytuacji rynkowej i zmienne ceny sprzedaży kruszyw wykonano analizę zakładającą zróżnicowanie wydajności wydobycia w zakresie od -20 do +50% oraz wielkość sprzedaży w granicach % wartości bazowych. Dla analizowanych złóż i technologii przyjęto 10 wariantów zmiany obu wskazanych parametrów, co przedstawiono dla złoża A na rys. 3. Z rys. 3 wynika, że wartości NPV dla zgarniarki linowej są ujemne dla wszystkich badanych wariantów (tab. 1), natomiast dla pogłębiarki ssącej przy założeniu wielkości sprzedaży na poziomie 80% dla piasku i wydajności 120% wartości bazowej możliwe jest osiągnięcie zerowej wartości NPV (przy przyjętych na początku cenach: żwir 6 euro/mg, piasek 2,5 euro/mg). W przypadku dalszego wzrostu wydobycia do 150% i sprzedaży kruszyw wartość NPV jest dodatnia. Zbliżone wyniki uzyskano także dla obliczeń wewnętrznej stopy zwrotu (IRR). Przeprowadzone wyniki obliczeń potwierdzają, że praktycznie na rentowność produkcji kruszyw podstawowy wpływ mają: wydajność, wielkość sprzedaży frakcji drobnych kruszyw i ceny sprzedaży. Dla analizowanego złoża A należy stwierdzić, że pogłębiarka ssą- 15

5 Złoże A ssąca (Jet) z głowicą tnącą z kołem tnącym Zgarniarka linowa wieloczerpakowa łańcuchowa chwytakowa Progowy okres zwrotu Wartość zaktualizowana netto (NPV) Wewnętrzna stopa zwrotu (IRR) Wyniki ekonomiczne (częściowe) Rys. 4. Ekonomiczna ocena doboru typu pogłębiarki dla złoża A. Przyjęta skala z oznaczeniami kolorów: zielony pogłębiarka nadaje się (do danych warunków), żółty pogłębiarka nadaje się warunkowo, czerwony pogłębiarka nie nadaje się [2] 16 ca z systemem Jet stanowi korzystny wybór. Wniosek ten opiera się nie tylko na analizie wskaźników techniczno-ekonomicznych procesu wydobycia kruszyw, ale także na wynikach analizy rentowności produkcji. Podsumowanie ekonomicznej analizy doboru pogłębiarek do wydobycia kruszyw spod wody Ogólniejsze wyniki analizy ekonomicznej dla złoża A po uwzględnieniu możliwości doboru sześciu różnych typów pogłębiarek przedstawiono na rys. 4. Do oceny wykorzystano trzy analizowane wskaźniki. Jako parametry podstawowe dla obliczenia tych wskaźników były brane pod uwagę: średnia wydajność pogłębiarki, koszty produkcji i ceny kruszyw oraz inne parametry przykładowo analizowane w niniejszym artykule. Wyniki analizy porównawczej dla złoża A przedstawiono na rys. 4. Z analizy tej wynika, że tylko zastosowanie pogłębiarki ssącej z systemem Jet oraz pogłębiarki ssącej z głowicą tnącą umożliwia osiągnięcie progowej wartości okresu zwrotu nakładów inwestycyjnych (amortyzacji pogłębiarki) w wymaganym okresie (13 lat). W przypadku pogłębiarki z kołem tnącym i pogłębiarki wieloczerpakowej łańcuchowej okres zwrotu może zostać osiągnięty tylko przez ograniczenie kosztów lub zwiększenie cen sprzedaży kruszyw, głównie ze względu na wyższe nakłady związane z ceną nabycia pogłębiarek. Natomiast inwestycje w zakup zgarniarki linowej i pogłębiarki chwytakowej do eksploatacji złoża A okazały się nierentowne. W odniesieniu do NPV niektóre pogłębiarki tylko częściowo osiągają wartość dodatnią NPV, a dla innych wskaźnik ten jest ujemny, jak np. przy zastosowaniu zgarniarki, pogłębiarki wieloczerpakowej łańcuchowej i pogłębiarki chwytakowej. Pogłębiarki ssące z systemem Jet, z głowicą lub kołem tnącym mogą osiągnąć dodatnie NPV przy stosunkowo niedużym zwiększeniu przychodów. Obliczenia wewnętrznej stopy zwrotu (IRR) wykazały, że zastosowanie pogłębiarki ssącej z systemem Jet umożliwia osiągnięcie wartości dodatniej, natomiast dla pozostałych dwóch pogłębiarek ssących oraz pogłębiarki wieloczerpakowej możliwe jest również osiągnięcie dodatnich wartości przy założeniu wzrostu przychodów. W podsumowaniu należy stwierdzić, że z branych pod uwagę sześciu typów pogłębiarek do eksploatacji złoża A najkorzystniejsze wyniki ekonomiczne można osiągnąć przy zastosowaniu pogłębiarki ssącej ze wspomaganiem typu Jet. Z pierwszej części artykułu wynika, że ten typ pogłębiarki również jest korzystny do zastosowania dla złoża A pod względem technicznym. Jako alternatywne urządzenie, lecz z pewnymi zastrzeżeniami, może być stosowana pogłębiarka ssąca z głowicą tnącą. Być może pogłębiarka z głowicą tnącą stanowiłaby opłacalną inwestycję, jeśli po eksploatacji na złożu A planowana byłaby eksploatacja kruszywa z następnego złoża o bardziej zbitej strukturze. q Piśmiennictwo 1. Goleniewska J.: Eksploatacja żwirów spod lustra wody na przykładzie katowickich kopalni kruszyw. Praca magisterska (niepublikowan, AGH, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Kraków Jacaszek C.: Metoda doboru technologii urabiania złóż żwirowo- -piaskowych spod wody. Praca doktorska (niepublikowan, AGH, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Kraków Kozioł W., Machniak Ł., Ciepliński A.: Technologie wydobycia kruszyw żwirowo-piaskowych spod wody. Przegląd Górniczy, nr 7-8/ Lieske C., Kozioł W., Borcz A.: Eksploatacja kruszyw żwirowo-piaskowych spod wody porównanie technologii. Część 1. Przegląd Górniczy, nr 4/ Lieske C., Kozioł W., Borcz A.: Eksploatacja kruszyw żwirowo-piaskowych spod wody porównanie technologii. Część 2. Przegląd Górniczy, 5/2017.