Оптимизация этапов развития карьера Текст научной статьи по специальности «Экономика и экономические науки». Оптимизация карьера
ООО «ОРЕОЛЛ» Горно-геологическая консалтинговая компания
Одной из важнейших задач при проектировании открытой разработки недр является определение конечных контуров карьеров. Решение этой задачи основывается на учете пространственного распределения полезных компонентов и принятых устойчивых или технологически допустимых углах откосов бортов карьера.
Согласно сложившейся практике, одним из основных критериев для установления границ открытых горных работ является граничный коэффициент вскрыши.
Имеющиеся аналитические методы определения граничного коэффициента вскрыши отличаются простотой и могут быть разделены на два основных подхода:
1. Сопоставление себестоимости открытых горных работ и подземных горных работ;
2. Оценка по условию погашения себестоимости вскрышных и добычных работ выручкой от реализации товарной продукции (или в некоторых случаях по замыкающим затратам).
Себестоимость подземных горных работ достаточно сложно прогнозировать на этапе предпроектных оценок, при этом погрешность прогнозирования показателей себестоимости всегда будет выше для подземных горных работ, чем для открытых горных работ.
Следует также отметить, что с учетом ряда параметров, не подлежащих прямой экономической оценке, таких как: капитальные затраты, уровень травматизма, риски аварий и т. д., открытая добыча практически всегда более предпочтительна, даже в случае более низкой себестоимости на подземных горных работах. Игнорирование этих обстоятельств необъективно снижает границы открытых горных работ.
Второй подход, основанный на условии погашения себестоимости вскрышных и добычных работ выручкой от реализации товарной продукции, также не лишен ряда существенных недостатков. Как и в первом случае, оценка основана на минимальном количестве переменных и факторов, подлежащих учету. Практически не учитываются следующие значимые технико-экономические показатели: капитальные затраты; срок освоения проектной мощности и период окупаемости; производительность предприятия; налоговые отчисления; срок эксплуатации предприятия; необходимый уровень рентабельности для экономической привлекательности проекта освоения месторождения.
Вышеприведенные факторы в современных экономических условиях зачастую являются определяющими для экономики проекта, и недостаточность их учета серьезным образом сказывается на точности проектных решений. К тому же показатели себестоимости добычи и вскрыши являются динамичными и напрямую зависят от производительности карьера и глубины отработки. Принятие среднепрогнозных показателей себестоимости добычи и вскрыши при оценке рациональных границ открытых горных работ может привести к существенной погрешности.
Международная практика показывает, что наиболее объективная оценка экономической эффективности горного проекта основана на доходном методе. При этом главным показателем эффективности проекта является чистый дисконтированный доход — ЧДД. Данный подход позволяет учитывать производительность горного предприятия, срок выхода на проектную мощность, срок эксплуатации предприятия, капитальные затраты и при необходимости динамичность показателей себестоимости. Поэтому определение границ открытых горных работ с учетом чистого дисконтированного дохода следует признать наиболее обоснованным подходом.
Процесс определения оптимальных границ карьера с использованием современных компьютерных методов можно разделить на следующие основные стадии:
• построение каркасной модели месторождения;
• построение блочной модели месторождения;
• оптимизация карьера на основании алгоритма Лерча-Гроссмана, с поиском оптимальных границ.
Для оптимизации карьера требуется построить экономическую модель месторождения, добавив в имеющуюся геологическую модель соответствующие параметры.
Вернуться в раздел "Услуги"
oreall.ru
Оптимизация карьера по рассчёту рентабельности — Документация GEOMIX DOC 5.2.217
Данный алгоритм является вариантом построения оптимальной формы карьера на конец разработки, основанном на расчёте рентабельности добычи каждого элементарного блока. Для этого пользователю необходимо задать экономические параметры для всех типов породы, которые включают в себя затраты на извлечение и транспортировку породы, а также стоимость последующей реализации. Затраты на транспортировку являются важной составляющей, поэтому в программе предусмотрен отдельный инструмент для составления транспортной схемы.
Далее приведена последовательность действий в программе ГИС ГЕОМИКС для получения результата работы алгоритма. Сначала необходимо выбрать блочную модель, установить характеристики пород и загрузить поверхности необходимых конусов. Более подробно эти действия уже описаны в разделе Оптимизация карьера по рассчёту коэффициента вскрыши.
Затем необходимо установить транспортную схему, которая используется в текущем карьере. Для этого производится переход на вкладку "Транспортная схема" и последовательно выбираются пункты, отображаемые слева. В первом из них - "Пункты разгрузки" - устанавливаются расстояния в метрах до фабрики обработки и до отвала. Эти расстояния отмеряются от точки выхода из карьера до пункта назначения (Рис. 169).
Рис. 169 Установка расстояний до пунктов разгрузки
В пункте "Транспортировка" необходимо указать коэффициенты подъёма для автомобильного и железнодорожного транспорта (Рис. 170). Единицы измерения - промилле.
В пункте "Стоимости подъёма" нужно ввести стоимость подъёма породы для каждого вида транспорта (Рис. 171). Единицы измерения для автомобильного транспорта, железнодорожного транспорта и конвейера - рубль / тоннокилометр. Для гидроотвала стоимость подъёма указывается в рублях / тонну.
Рис. 171 Ввод стоимости подъёма
В следующем пункте "Затраты на добычу" устанавливаются все затраты для каждого типа пород, не связанные с транспортировкой и выраженные в рублях на тонну (Рис. 172). К ним относятся себестоимость буровзрывных работ (для руды и скальной вскрыши), себестоимость дробления в карьере (для транспортировки конвейером), себестоимость дробления на фабрике (для перевозки автомобильным и железнодорожным транспортом), себестоимость экскавации, затраты да доистирание руды на фабрике, а также прочие суммарные затраты. Для технических сооружений в поле "Прочие затраты" следует указать достаточно большое число, такое, чтобы произведение этого числа на соответствующий удельный вес и на объём блока был близок к значению 2 000 000 000, но не превышал его.
Рис. 172 Затраты на добычу для каждого типа породы
Затем следует вкладка "Пункты перегрузки", в которой необходимо правильно указать параметры пунктов перегрузки. Вкладка содержит две таблицы, одна для пунктов перегрузки с автомобильного транспорта на конвейер и вторая для пунктов перегрузки с автомобильного транспорта на ЖД. Работа с обеими таблицами аналогична. Чтобы добавить пункт перегрузки, нужно нажать кнопку с изображением плюса в нижней части таблицы, чтобы удалить - соседнюю кнопку с изображением минуса. Затем для добавленного пункта необходимо ввести его уникальное имя и расстояние в метрах от этого пункта до точки выхода из карьера. Далее необходимо указать конкретные координаты пункта. Для этого в последней колонке таблицы следует нажать кнопку с троеточием. Программа переключится на карту (она должна быть установлена в режим горизонтального сечения), на которой надо указать конкретное место размещения пункта щелчком мыши. После это координаты X, Y, Z будут автоматически записаны в таблицу, но координату Z необходимо скорректировать вручную. Если параметры транспортной схемы загружаются из файла, данные таблицы заполнятся автоматически. Примеры пунктов перегрузки представлены на рисунках Рис. 173 и Рис. 174
Рис. 173 Пункты перегрузки с АТ на конвейер
Рис. 174 Пункты перегрузки с АТ на ЖД
В следующем пункте "Схема транспортировки" необходимо осуществить ввод транспортной схемы карьера. Схема представлена в виде древовидных структур, каждая - на отдельный тип пород. Работы с данными структурами аналогичны между собой. Переключение осуществляется с помощью вкладок в верхней части. Структура транспортной схемы имеет 4 уровня иерархии: Тип породы (корень) -> Диапазоны -> Виды транспорта -> Перегрузки. Далее приведён пример ввода части транспортной схемы для руды. Кликом мыши выделяется надпись "Руда" и нажимается кнопка "Добавить". Появится окно ввода диапазона горизонтов (Рис. 175).
Рис. 175 Ввод диапазона горизонтов
После нажатия кнопки "ОК" будет установлен новый уровень иерархии с введённым диапазоном. Необходимо выделить его и нажать кнопку "Добавить". Появится окно ввода вида транспорта, в котором нужно выбрать тип транспорта и ввести процент его использования в данном диапазоне (Рис. 176).
Рис. 176 Ввод вида транспорта и процента его использования
По аналогии с предыдущим пунктом появится ещё один уровень иерархии схемы. Нужно выделить его и снова нажать кнопку "Добавить" для добавления пункта перегрузки. Если используется трубопровод для гидроотвала, то перегрузку добвлять не нужно. В диалоге добавления выбирается конкретный пункт перегрузки и указывается процент его использования (Рис. 177).
Рис. 177 Ввод перегрузки
Верхняя таблица справа помогают контролировать равномерное распределение по типам транспорта, нижняя - по перегрузкам. Если в каком-то диапазоне сумма процентов по распределению траспорта не равна значению 100 или для типа транспорта сумма процентов по перегрузкам не равна значению 100, то соответсвующая строка будет подсвечиваться красным (Рис. 178). В случае правильного заполнения все строки будут подсвечиваться зелёным (Рис. 179).
Рис. 178 Пример неполной транспортной схемы для перевозки руды
Рис. 179 Пример полной транспортной схемы для перевозки руды
На последней вкладке "Экономика" устанавливаются параметры концентрата для расчёта прибыли продукции. Указывается единица расхода полезного ископаемого на единицу концентрата. Если порода не приносит прибыли (например, рыхлая вскрыша), это значение следует оставить равным 1. Далее вводится цена реализации готового продукта и себестоимость его получения на фабрике. Цены указываются в рублях (Рис. 180).
Рис. 180 Параметры концентрата
Все введённые параметры транспортной схемы можно сохранять в файлы с расширением .xml с помощью кнопки "Сохранить". Таким образом при следующем запуске алгоритма схему можно будет целиком загрузить из файла. Алгоритм рассчёта стоимости транспортировки предполагает 2 способа работы. Кнопка "Автоматическое распределение" запустит тот вариант, при котором проценты распределения по перегрузкам будут игнорироваться, а элементарный блок породы отправится на ближайшую по расстоянию перегрузку. При нажатии на кнопку "Равномерное распределение" будет запущен вариант алгоритма, при котором транспортная схема учитывается целиком без изменений. Перед запуском необходимо ввести имена параметров блочной модели для записи выходных значений. В поле "Расстояния" указывается параметр для записи длины пути, который проходит блок от места его извлечения до конечной точки. В поле "Стоимость" вводится имя параметра для вывода значения стоимости транспортировки блока, а в поле "Общие затраты" - для записи общих затрат по извлечению блока. После того, как была подсчитана стоимость затрат по извлечению блока одним из двух указанных выше вариантов, можно запускать непосредственно алгоритм оптимизации по рентабельности. Для это следует перейти на вкладку "Параметры конуса" (Рис. 181).
Рис. 181 Интерфейс диалога задания параметров конуса
Из выпадающего списка в поле "Стоимостная оценка" следует выбрать имя параметра, в который были записаны значения общих затрат на получение блока (Рис. 182). Этот параметр указывался на предыдущем шаге в поле "Общие затраты".
Затем в соответствующие поля вводятся имена параметров для записи итоговой прибыли и рентабельности. Рентабельность будет выражена в процентах, прибыль - в рублях. Для удобства просмотра значений прибыли можно воспользоваться полем "Единицы расчёта", которое позволяет сократить суммы на 6 или 3 нуля. После этого нужно поставить галочки "Конец разработки" и "Максимум" и нажать кнопку "Расчёт по конусу" для запуска алгоритма оптимизации. Результаты расчёта представлены на Рис. 183 и Рис. 184.
Рис. 183 Красным цветом отображены участки с отрицательной рентабельностью (убыток), зелёным - с положительной. Чем темнее зелёный цвет, тем выше рентабельность.
Рис. 184 Мультикативная картограмма результатов работы алгоритма плавающего конуса расчета рентабельности по блочной модели месторождения.
docs.geomix.ru
Оптимизация этапов развития карьера Текст научной статьи по специальности «Экономика и экономические науки»
ISSN 2224-9923. Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2013. № 8
УДК 622.1:528 © Бесимбаев Н.Г., Нагибин А.А., 2013
ОПТИМИЗАЦИЯ ЭТАПОВ РАЗВИТИЯ КАРЬЕРА Н.Г. Бесимбаев, А.А. Нагибин
Карагандинский государственный технический университет, Караганда,
Республика Казахстан
Использование современных компьютерных программ позволяет создавать этапы развития горных работ установлением оптимальной последовательности извлечения блоков модели месторождения. Критерием для процесса динамического программирования является минимальное отношение объемов горной массы к объему руды всех типов. При проектировании этапов развития учтены основные параметры системы разработки месторождения Бестюбе, горно-геологические условия залегания полезного ископаемого, физико-механические свойства пород, рабочие параметры горно-добычного и транспортного оборудования, используемого при производстве работ. Для оптимизации необходимо построить экономическую модель месторождения, добавив в имеющуюся геологическую модель соответствующие параметры. Моделирование месторождения начиналось с создания каркасных моделей 11 рудных тел, которые затем заполнялись ячейками (блоками). Размер основного блока модели - 10 (вкрест простирания) х20х20 м. Все оптимизационные расчеты проводятся на блочной модели месторождения, которая обычно импортируется в специализированную программу из горной компьютерной системы. Второй стадией оптимизации карьера является разбиение всего срока его отработки на этапы. Повышение уровня проектирования развития горных работ основывается на инновационных достижениях науки и техники в области информационных и геоинформационных технологий.
Ключевые слова: оптимизация карьеров, этапы развития горных работ, последовательность извлечения блоков модели месторождения, объемы горной массы, углы откосов бортов карьера.
OPTIMIZATION OF QUARRY DEVELOPMENT PHASES N.G. Besimbaev, A.A. Nagibin
Karaganda State Technical University, Karaganda, The Republic of Kazakhstan
The use of modern computer programs allows creating stages of mining operations through establishment of optimal sequence extraction of blocks field model. The criterion for the process of dynamic programming is the minimum volume ratio of the rock mass to the volume of all types of ore. When designing development stages the principal parameters of the Bestube field development, mining and geological conditions of minerals occurrence, physical and mechanical properties of rocks, the operating parameters of mining and transport equipment used in the operations are taken into account. For optimization there is a need to build an economic model of the field by adding relevant parameters to the existing geological model. A field modeling began with the creation of wireframe models of 11 ore bodies, which were then filled with cells (blocks). The size of the main unit model - 10 (across the strike) x20x20 m. All optimization calculations are carried out on a block model of the field, which is usually imported in a specialized program from mining computer system. The second step of quarry optimization is to divide the entire period of its mining into stages. Improving the design level of mining development is based on innovative developments in science and technology in the field of information and geoinformation technologies.
Keywords: quarry optimization, stages of the development of mining operations, extraction sequence of field model blocks, volume of rock mass, quarry side slope gradient.
В настоящее время для проектирования и планирования открытых горных работ используется набор высокотехнологичных компьютерных инструментов с широким использованием различных методов оптимизации.
При разработке месторождений полезных ископаемых [1-5] размеры конечной продукции горного предприятия находятся под строгим ограничением различных производственных факторов. Одним из наиболее важных факторов является размер рабочего пространства карьера или шахты [6].
Сегодня вопросами оптимизации этапов развития открытых горных работ кроме австралийской компании Whittle Programming [7], выпустившей на рынок такие широко известные продукты, как Three-D, Four-D, OptiCut, Four-X, занимается новая компания Earthwork1, которая выпустила несколько горных приложений высокого уровня, в том числе программу оптимизации карьеров по методу Лерча-Гроссмана -MaxiPit, которая вошла в состав пакета (системы) NPV Sheduler - программы оптимизации карьеров.
Появившийся в последние пять лет и интенсивно развивающийся программный комплекс NPV Scheduler2 создан американским специалистом Болеславом Толминским. Он включает в себя много функций, автоматизирующих процессы проектирования и планирования карьеров. Комплекс имеет развитый современный интерфейс пользователя и возможность разностороннего импорта и экспорта информации, а также развитую современную графику с трехмерным визуалайзером.
Первой частью комплекса является программа Maxipit, которая также использует алгоритм Лерча-Гроссмана (ЛГ)
и выдает результаты, в общем не отличающиеся от результатов программы Бош-Б. Оптимизация может быть произведена по одному из трех критериев:
- максимум потока наличности;
- максимум извлекаемых запасов;
- работа в заданных границах карьера.
В процессе оптимизации может быть
определена оптимальная (по критерию максимум ЫРУ) последовательность извлечения блоков модели по одному из двух критериев:
- максимум КРУ. Программа будет искать последовательность извлечения блоков (внутри всех оболочек карьеров), которая дает самый высокий КРУ;
- оптимизация усреднения руд.
Программа будет искать последовательность извлечения блоков (внутри всех оболочек карьеров), которая позволит выполнить установленные ограничения по качеству добываемой руды (однородность, содержание вредных примесей и т. п.).
Рассмотрим работу программы Мамр^ на примере оптимизации месторождения Бестюбе. Месторождение разведано скважинами колонкового и шарошечного бурения, канавами и подземными горными выработками.
Предварительным технико-экономическим обоснованием предусматривается раздельная во времени отработка разных типов руд: сначала будут извлекаться и перерабатываться кучным выщелачиванием окисленные руды, а затем - сульфидные - с предварительным использованием биологического выщелачивания [8].
Моделирование месторождения начиналось с создания каркасных моделей 11 рудных тел, которые затем заполнялись ячейками (блоками). Программа-оптимайзер, используя исходные данные,
1 Программа оптимизации карьеров по методу Лерча-Гроссмана - MaxiPit в составе пакета NPV Sheduler.
2 Программа оптимизации карьеров Four-X компании Earthwork.
3 Программный комплекс NPV Scheduler, разработанный компанией Datamine Software Limited.
рассчитывает для каждой ячейки модели дополнительную экономическую характеристику. Это величина чистой прибыли, которую получит предприятие, если оно добудет руду данного блока, переработает ее и продаст все извлеченные полезные компоненты по установленным на рынке ценам.
Все оптимизационные расчеты проводятся на блочной модели месторождения, которая обычно импортируется в специализированную программу из горной компьютерной системы, где она была создана. При импорте из Датамайн, например, модель, имеющая подъячейки, становится регулярной.
Одна из основных задач подготовки исходных данных для оптимизации -определение углов откоса бортов карьера [9].
В данном примере для относительно неглубокого карьера предусмотрены одинаковые углы откоса бортов для окисленных и скальных пород. По графикам изменения объемов горной массы и руды, а также извлекаемых металлов, потока наличности и КРУ эксперт может выбрать оболочку, наиболее соответствующую его представлениям об оптимальном карьере (рис. 1).
В данном случае рассчитывались 10 оболочек, а выбраны наибольшие контуры карьеров, которые давали максимальные значения экономических параметров. Блочные модели этих карьеров были импортированы в систему Дата-майн для последующего проектирования и подсчета извлекаемых запасов руды. Построение карьеров производилось в редакторе системы; ниже приведен геологический разрез модели месторождения (рис. 2).
В процессе предварительного (укрупненного) проектирования карьеров были рассчитаны объемы и качество извлекаемых запасов руды с учетом разубожива-ния и потерь. Это позволило оценить экономические параметры проекта и выполнить календарное планирование горных работ.
Рис. 1. План карьеров окисленных руд
Карьер сульфидных руд был разделен программой на три этапа отработки, которые примерно равны по объемам производства, позволяют учесть все горные ограничения и имеют такую последовательность извлечения запасов руды, которая дает максимальный экономический эффект [10]. На рис. 3 приведены графики изменения важнейших показателей работы карьера по этапам.
В качестве критерия для используемого программой процесса динамического программирования был выбран наиболее простой - минимальное отношение объемов горной массы к объему руды всех типов. Программа рассчитывает наиболее выгодный и реальный вариант последовательности отработки месторождения с учетом введенных ограничений.
План развития был составлен на весь период отработки сульфидного карьера (примерно 16 лет). На рис. 4 показан вид карьера сульфидных руд на конец 2010 и 2016 г. отработки.
График изменения основных показателей для данного варианта исходных данных карьера Бестюбе с учетом крите-
Рис. 2. Разрез геологической модели месторождения с контурами оптимальных карьеров
Рис. 3. Графики изменения важнейших показателей работы карьера по этапам
Рис. 4. Вид карьера сульфидных руд на конец 2010 и 2016 г. отработки
Рис. 5. График изменения во времени объемов добываемой горной массы, руды и денежной наличности
Рис. 6. Поперечные и продольный разрезы оптимального карьера Бестюбе с нанесением границ этапов отработки
рия минимального отношения объемов горной массы к объему руды всех типов и других критериев и ограничений приведен на рис. 5.
Второй стадией оптимизации карьера является распределение всего срока его отработки на этапы. Этапы отображают реальную последовательность отработки запасов и следуют всем введенным ограничениям и условиям, например наилучшему усреднению руды. Программа NPV Scheduler создает этапы делением (и небольшой последующей корректировкой) оптимальной последовательности извлечения блоков модели месторождения. Она объединяет в этап те блоки последовательности, которые близки территориально, позволяют удовлетворить ограничения по доступу горной техники и другие введенные пользователем условия.
Поперечные и продольный разрезы оптимального карьера Бестюбе с нанесением границ этапов отработки представлены на рис. 6.
Устанавливая плановое значение, равное 1,07 т/т, диктуем программе, чтобы она выбрала такую (наиболее эффективную по МРУ) последовательность отработки запасов, которая позволит полностью обеспечить ОФ рудой и при этом выдержать коэффициент вскрыши как можно ближе к плановой величине.
Чтобы найти оптимальное решение для установленной целевой функции и ограничений, программа делит модель месторождения на элементарные объемы, называемые атомами, и строит дерево (граф) возможных решений. Узлы этого графа иллюстрируют положение горных работ в данный момент времени, а дуги соответствуют атомам. Информация, полученная из первого дерева, используется для построения второго, где дуги связаны со временем больше, чем атомы. Этот граф включает все решения, которые удовлетворяют поставленным условиям оптимизации. Если решений не существует, а такое случается достаточно часто, то ограничения несколько ослабляются. Оптимальный план рассчитывается методом динамического программирования.
После окончания работы программа (если решение найдено) создает таблицу календарного плана, в которой для каждого года (отдельно и в нарастающем итоге) приведены все показатели движения объемов горной массы и каждого сорта руды.
Если имеется несколько решений, удовлетворяющих всем требованиям, то на выходе получим набор практически идентичных планов. В результате можно увидеть вид карьера в конце каждого этапа отработки в окне визуализера (рис. 7).
Программа создает таблицу календарного плана, в которой для каждого года (отдельно и в нарастающем итоге) приве-
1 Waste | О 3 SULF1-Рис. 7. График изменения объемов горной массы по годам работы карьера
Рис. 8. Вертикальное сечение оптимального карьера с нанесением границ годовой отработки
дены все показатели движения объемов горной массы и каждого сорта руды.
На рис. 8 приведен график ежегодных объемов пустых пород и руды на ОФ, включенных в оптимальный календарный план. Период планирования может быть каким угодно: недели, месяцы, кварталы и т.д. Но, выполняя очень детальные расчеты, следует учитывать размер блоков используемой экономической модели.
Для краткосрочного планирования следует работать на специально созданной трехмерной модели с небольшим размером основного блока.
В процессе выполнения задачи оптимизации работы с рудными складами ис-
пользуются оптимальные последовательности извлечения блоков модели, созданные предыдущим процессом. Оценки прибыли и КРУ делаются на основе геологической модели и модернизированных экономических параметров в соответствии со временем реальной переработки и продажи произведенной продукции [11]. Эта программа должна работать совместно с модулем оптимизации календарного плана, чтобы увеличить эффективность горного проекта. Далее с помощью симплексного метода она находит оптимальное (по прибыли и КРУ) распределение полученной руды по возможным направлениям использования: ОФ, КВ, рудные и породные склады.
Решающее значение в процессе оптимизации бортового содержания имеет важнейший тип руды и выбранный процесс его переработки. С учетом тесной связи бортового содержания и производительности карьера по горной массе проблема может быть также сформулирована как оптимизация производительности карьера или его рудопотоков. Процесс использует метод динамического программирования и позволяет в ряде случаев серьезно повысить эффективность рассчитанных перед этим календарного плана и программы управления рудными складами. По сути, это оптимизация складов, в которой дополнительно рас-
считываются наилучшие значения бортовых содержаний для каждого процесса переработки руды. В процессе расчетов оптимальная последовательность извлечения блоков модели (полученная из программы календарного планирования) остается неизменной. Перемены касаются только скорости извлечения запасов руды.
В процессе оптимизации программой формируются таблицы, в которых содержатся подробнейшие характеристики всех рудопотоков карьера для каждого планового периода, а также экономические оценки принятой стратегии и набор всевозможных графиков для иллюстрации результатов вычислений.
Список литературы
1. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым горным работам. - М.: Недра, 1982. - 456 с.
2. Открытые горные работы: справочник. - М.: Горное бюро, 1994. - 565 с.
3. Теория и практика открытых разработок / под общ. ред. Н.В. Мельникова. - М.: Недра, 1979. - 635 с.
4. Виницкий К.Е. Управление параметрами технологических процессов на открытых разработках. - М.: Недра, 1984. - 237 с.
5. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. - М.: Недра, 1974. - 520 с.
6. Попов В.Н., Бойков В.Н. Технология отстройки бортов карьеров. - М.: Недра, 1991. - 252 с.
7. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - СПб.: Питер, 2001. - 672 с.
8. Правила технической эксплуатации (ПТЭ) рудников, приисков и шахт, разрабатывающих месторождения цветных, редких и драгоценных металлов. - М., 1980.
9. Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. - Л.: ВНИМИ, 1972. - 164 с.
10. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. - М.: Финансы и статистика, 1998. - С. 288.
11. Группа аналитиков MetalResearch. Краткий анализ мирового рынка серебра 2010-2011 [Электронный ресурс] // Аналитическая группа «Металлургические исследования». - URL: http://www.metalresearch.ru/ news12821.html (дата обращения: 5.11.2012).
References
1. Mel'nikov N.V. Kratkii spravochnik po otkrytym gornym rabotam [Quick reference to open cast mining]. Moscow: Nedra, 1982. 456 p.
2. Otkrytye gornye raboty: spravochnik [Open cast mining: a guide]. Moscow: Gornoe biuro, 1994. 565 p.
3. Mel'nikov N.V. Teoriia i praktika otkrytykh razrabotok [Theory and practice of surface mining]. Moscow: Nedra, 1979. 635 p.
4. Vinitskii K.E. Upravlenie parametrami tekhnologicheskikh protsessov na otkrytykh razrabotkakh [Manage settings technological processes on open developments]. Moscow: Nedra, 1984. 237 p.
5. Rzhevskii V.V. Protsessy otkrytykh gornykh rabot [Processes of open cast mining]. Moscow: Nedra, 1974. 520 p.
6. Popov V.N., Boikov B.N. Tekhnologiia otstroiki bortov kar'erov [Technology detuning of pit walls]. Moscow: Nedra, 1991. 252 p.
7. Olifer V.G., Olifer N.A. Komp'iuternye seti. Printsipy, tekhnologii, protokoly [Computer networks. Principles, technologies, protocols]. Saint Petersburg: Piter, 2001. 672 p.
8. Pravila tekhnicheskoi ekspluatatsii (PTE) rudnikov, priiskov i shakht, razrabatyvaiushchikh mestorozhdeniia tsvetnykh, redkikh i dragotsennykh metallov [Rules of technical operation (PTE) mines and pits developing deposits of nonferrous, rare and precious metals]. Moscow, 1980. 114 p.
9. Metodicheskie ukazaniia po opredeleniiu uglov naklona bortov, otkosov ustupov i otvalov stroiashchikhsia i ekspluatiruemykh kar'erov [Methodological guidelines by definition angles boards, scraps slopes and heap constructed and operated quarries]. Leningrad: VNIMI, 1972. 164 p.
10. Tsvetkov V.Ia. Geoinformatsionnye sistemy i tekhnologii [Geographic information systems and technology]. Moscow: Finansy i statistika, 1998. 288 p.
11. Kratkii analiz mirovogo rynka serebra 2010-2011 [A brief analysis of the global silver market 2010-2011]. Analiticheskaia gruppa "MetalResearch", available at: http://www.metalresearch.ru/ news12821.html (accessed 5 November 2012).
Об авторах
Бесимбаев Нурлан Газисович (Караганда, Казахстан) - Карагандинский государственный технический университет (100027, г. Караганда, Бульвар Мира, 56; e-mail: [email protected]).
Нагибин Алексей Александрович (Караганда, Казахстан) - Карагандинский государственный технический университет (100027, г. Караганда, Бульвар Мира, 56; e-mail: [email protected]).
About the authors
Nurlan G. Besimbaev (Karaganda, The Republic of Kazakhstan) - Karaganda State Technical University (100027, Karaganda, Mira blvd., 56; e-mail: [email protected]).
Aleksei A. Nagibin (Karaganda, The Republic of Kazakhstan) - Karaganda State Technical University (100027, Karaganda, Mira blvd., 56; e-mail: [email protected]).
Получено 28.08.2013
cyberleninka.ru
Программы для оптимизации карьера: сравнительный анализ
Шолох С.Н., доцент кафедры информатики, автоматики и систем управления Криворожского национального университета, к.т.н.
Многие современные карьеры являются большими сложными системами, достигают значительных глубин и требуют ответственного и взвешенного управления процессами, на них происходящими. При этом резко повышаются требования к точности планирования и проектирования, поскольку даже небольшая относительная ошибка может повлечь за собой крупные дополнительные затраты.
Для выбора оптимального варианта развития горных работ необходимо, чтобы было принято наилучшее из всех возможных распределений во времени объемов пород и руды и, кроме того, нужен объективный критерий оценки рассматриваемых вариантов. Наиболее общим критерием оценки эффективности принятого варианта развития горных работ является приведенный во времени общий денежный поток, связанный с разработкой месторождения. Этот критерий учитывает все виды затрат за оцениваемый период, фактор времени, разницу в качестве добываемых из карьера руд, интенсивность отработки месторождения, оптовые цены на продукцию разработки месторождения. Расчеты по этому критерию очень громоздки и во многих случаях не могут обеспечить необходимой надежности результатов, что объясняется трудностью установления надежных исходных стоимостных показателей и несовершенством методов определения системы оптовых цен.
В связи с этим в последнее время горный инженер все больше в своей работе полагается на помощь автоматизированных систем, на рынке которых появляется все больше предложений. Не слишком легко выбрать среди представленных информационных систем подходящую именно для данного предприятия с учетом его специфики и сложившихся традиций в работе. Поэтому автор статьи поставил перед собой задачу провести предварительный сравнительный анализ программных продуктов, имеющих в своем распоряжении модули расчета оптимальных контуров карьера для стратегического планирования работы горнорудного предприятия. Надеемся, что изложенный субъективный опыт поможет читателям сделать обоснованный выбор программы для автоматизации планирования горных процессов.
Вопросом автоматизированных расчетов контуров карьера я уже некоторое время интересовался, поэтому решил сравнить те программы, которые были на слуху, отложились в памяти и, о которых слышал какие-то положительные отзывы экспертов –K-MINE, Surpac и Whittle.
На необъятных просторах интернета можно найти демо-версии этих программ, и каждая из них снабжена внушительным и вызывающим уважение перечнем предоставляемых функций. K-MINE – динамично развивающаяся геоинформационная система (ГИС), впитывающая в себя новейшие тенденции в области автоматизированных систем управления. Surpac позиционирует себя как модульная горно-геологическая система класса АСУТП с высокой функциональностью. Whittle имеет репутацию программы, специализированной в вопросах перспективного (стратегического) планирования развития горных работ и приспособленной для многих аспектов этого вида планирования.
Анализ документации названных программных продуктов в вопросе оптимизации контуров карьера, позволяет сформировать структуру этого процесса, состоящую из следующих этапов:
формирование и верификация блочной модели месторождения;
подготовка технико-экономических данных добычи и переработки горной массы;
указание горно-технических факторов отработки месторождения;
задание дополнительных показателей;
выбор метода оптимизации контуров карьера и установок отображения результата в графическом поле программы;
вариации отпускной цены конечного продукта горного предприятия с целью формирования серии вложенных карьеров, отображающих порядок отработки месторождения;
формирование и анализ отчетной документации по расчетам.
Выполним сравнение вышеназванных программ по этим пунктам.
1.Формирование и верификация блочной модели месторождения.
Исходными данными при оптимизации контуров карьера является геологическая блочная модель месторождения. Все три рассматриваемые программы используют подобный подход. В первую очередь, это обусловлено наличием методов и алгоритмов обработки такой информации с целью получения конечного результата – контуров карьера, оптимальных с точки зрения экономических показателей его работы. Алгоритмов нахождения оптимума карьера без использования блочных моделей, например, для каркасных моделей, которые применяются в мировой практике, автору не знакомы.
При запуске Whittle предлагает выбрать уже подготовленные типовые проекты, входящие в состав ПО. Рассмотрим проект под названием Marvin Copper (рис. 1). Месторождение сложено породами, содержащими Au и Cu, его блочная модель загружается при загрузке самого проекта. В модели порядка 1 млн. элементарных блоков, они все имеют одинаковые геометрические размеры – кубики со стороной 30 м. Может, и не самый типичный случай месторождения, но почему-то многие зарубежные компании, разработчики ГИС, любят рассматривать именно золоторудные месторождения. Каким-либо образом увидеть блочную модель при помощи Whittle довольно непросто, вообще работа с графикой неинтуитивна и неудобна. Есть интересная возможность отображать разрезы блочной модели по разным осям координат и видеть параметры полезного компонента блока при подведении курсора мышки, но данное обстоятельство оказывается неудобным (при миллионе-то блоков!), особенно для областей, находящихся в глубинах рудного тела. В целом в плане анализа блочной модели Whittle разочаровывает – скорее всего, такой анализ доступен на этапе ее генерации, но создавать и анализировать модель могут разные люди. У Whittle при загрузке блочной модели есть возможность укрупнить блоки. Данное действие приводит к ускорению расчетов, но в свою очередь снижает их точность, причем иногда существенно.
Рис. 1. Некоторые возможности плоскостного отображения блочной модели у Whittle
И в Surpac, и в K-MINE сразу после загрузки блочной модели есть возможность ее рассмотреть во всяческих ракурсах: выполнить градиентную заливку блоков по значениям содержаний, указать системы координат, отсортировать отображение блоков по условиям (например, только рудные блоки, или блоки со значением содержаний выше бортового). В K-MINE можно установить градиентную заливку, выбрать необходимый параметр отображения (отфильтровать ненужные блоки), в результате чего пользователь может выполнить первый прикидочный анализ сформированной блочной модели месторождения, наметить для себя первоочередные области отработки и т.п. Т.е. уже на этом этапе процесс создания проекта карьера запускается в первую очередь в голове проектировщика, а затем он сопровождается точными расчетами и моделями.
Рис.2. Модель проекта Марвина (K-MINE)
В целом, проработка вопросов в области использования блочных моделей лучше всего реализована в K-MINE. Во-первых, моделей можно загрузить несколько; если в процессе анализа месторождения создано несколько моделей (по типам пород, по отдельным участкам месторождения и т.п.), то можно их подгрузить каждую со своими параметрами, и затем указать, какие из них учитывать при оптимизации контуров карьера. Во-вторых, размеры блоков в полученном винегрете загруженных моделей могут быть разными, но это не скажется на качестве расчета – определенным образом блоки трансформируются с пересчетом их параметров качества руды. Ни Whittle, ни Surpac такими возможностями не располагают: размер блока задается жестко и может определенным образом изменяться уже на последующих этапах, после использования параметров блоков для оптимизации.
У К-MINE плюс к тому есть еще редактор вектора свойств блочной модели. Если умело его использовать, то можно подготовить данные для расчета оптимальных контуров совершенно в том виде, каком необходимо проектировщику: можно использовать множество математических и логических функций, использовать настройки единиц измерения, денежных единиц и т.п.
2.Подготовка технико-экономических данных добычи и переработки горной массы.
В этом отношении подход всех трех программ достаточно похож: для каждого блока модели нужно найти экономическую оценку, показывающую его стоимость для случая добычи и переработки руды из блока, как если бы этот блок отрабатывался индивидуально, без учета его зависимости от взаимного положения других блоков. Понятно, что нужно указать стоимость единицы товарной продукции, полученной из блока, стоимость добычи и переработки, бортовое минимальное содержание руды в породе, содержание руды в концентрате, выход концентрата.
У Whittle последние три параметры каким-то образом приняты по умолчанию, зато подробнее, чем у двух других ГИС, рассмотрены затраты, которые называют административными и накладными (или общепроизводственными). Кроме того, в отличие от ГИС K-MINE и программы Surpac, расходы никак не дифференцируются с глубиной залегания блока, хотя блок одного типа руды на глубинах в 100 м и 300 м может требовать разных затрат, хотя бы на транспортирование. К преимуществам Whittle можно отнести возможность формирования выражения для расчета чистой стоимости блока – практически каждое месторождение уникально и, наверное, тяжело представить универсальную формулу для расчета дохода от реализации руды из данного блока.
Положительные аспекты в пользу K-MINE: кроме всех настроек, наличествующих у Surpac, в системе разделены затраты на добычные, транспортные, горно-капитальные и буро-взрывные работы – действительно, часто на этом этапе расчета уже можно их различать по глубине, и возможность указать эти параметры может иметь большое значение.
У Surpac и Whittle некоторое внимание уделяется возможности указания разных величин измерения содержаний полезного компонента (граммы или % и т.п.). В K-MINE эти настройки реализуются при помощи редактора вектора свойств блочной модели и могут быть заданы произвольно.
mirznanii.com
Оптимизация карьера по рассчёту коэффициента вскрыши — Документация GEOMIX DOC 5.2.217
Программное обеспечение позволяет определить количество запасов и граничного коэффициента вскрыши для множества в плане элементарных карьеров с заданными геометрическими и экономическими параметрами. Методика данного алгоритма описана в разделе Горно-геометрическое исследование горного массива.
Далее кратко описана последовательность действий в программе ГИС ГЕОМИКС для получения результата работы алгоритма. Вначале необходимо запустить исполняемый файл PLANING.exe и далее выбрать в пункте меню (Рис. 161). Открывается окно Рис. 162.
Рис. 161 Вызов модуля "Оптимизация методом плавающего конуса"
Из выпадающего списка выбрать необходимую блочную модель(Рис. 162).
Рис. 162 Интерфейс модуля "Оптимизация методом плавающего конуса"
Выбрать параметр, в котором обозначены качественные характеристики пород(Рис. 163).
Затем необходимо заполнить таблицу, в которой для каждого значения выбранного параметра нужно ввести соответствующие данные. Начальные данные можно получить из легенды по кнопке «Шкала». Затем всю таблицу можно сохранять и загружать из файла(Рис. 164).
Обязательными столбцами для заполнения являются тип, который выбирается из выпадающего списка и удельный вес(Рис. 165).
Далее надо загрузить поверхности необходимых конусов в виде файлов с расширением .sur. Для этого нужно нажать кнопку "Добавить" в правом верхнем углу. Конусы следует загружать порядке убывания по горизонтам, для которых они построены(Рис. 166).
Если конус был загружен ошибочно, его можно выделить кликом мыши и удалить(Рис. 167).
Затем для запуска алгоритма необходимо нажать кнопку «Рассчитать К вскрыши», предварительно указав название параметра блочной модели, куда будет записан результат(Рис. 168).
Рис. 168 Мультикативная картограмма результатов работы алгоритма плавающего конуса расчета локального К вскрыши т/т по блочной модели месторождения. Оттенки зеленого диапазон 0-0.5;оттенки синего диапазон 0.5-0.8; 0.8-1.2-оттенки серого и желто-оранжевый диапа-зон > 1.2.
docs.geomix.ru
Программы для оптимизации карьера: сравнительный анализ
3.Указание горно-технических факторов отработки месторождения.
Здесь предполагается задание угла откоса борта будущего карьера.
Whittle и K-MINE позволяют указать максимальный угол наклона борта карьера для произвольного дирекционного азимутального угла.
У Surpac есть возможность задавать данный угол для указанных типов пород, но только для четырех основных и четырех дополнительных направлений горизонта (С, СВ, …).
Все три программы могут отображать ЦТМ топоповерхности.
4.Задание дополнительных показателей.
У Surpac, в отличие от двух других ГИС, можно указать вертикальные пределы, т.е. рассчитать контуры между двумя вертикальными плоскостями.
У K-MINE другая возможная настройка: можно добавить блоки пустой породы у боковых и нижних граничных плоскостей блочной модели. Объяснение этой возможности логичное: если блочная модель у своих границ будет содержать блоки с богатой рудой, то алгоритмы расчета могут сформировать контуры, в которые не войдут эти блоки, хотя каких-либо горно-технико-экономических факторов для этого нет; а при добавлении пустых блоков у пограничных блоков есть шанс попасть внутрь контуров.
Подобный подход особенно актуален в тех случаях, когда блочная модель создается не на основании прототипа, имеющего форму параллелепипеда, а путем наполнения ограничивающих каркасов, имеющих произвольную форму.
5. Выбор метода оптимизации контуров карьера и установок отображения результата в графическом поле программы.
В советской литературе рассматривался в основном только метод вариантов, который довольно трудоемкий и предполагает активное участие в процессе проектировщика. Средства для использования данного метода есть в K-MINE и в Surpac.
Описание методов, используемых зарубежными программами, приводил Ю.П. Астафьев после анализа систем управления горными работами за рубежом. K-MINE предлагает проектировщику наибольший выбор используемых алгоритмов расчета: плавающего конуса, Лерчса-Гроссмана: плоский и объемный.
Surpac тоже дает возможность выбора алгоритма плавающего конуса или Лерчса-Гроссмана, при этом в документации утверждается, что последний алгоритм определенным образом модифицирован для оптимизации расчетов. То же самое утверждает и Whittle, причем метод плавающего конуса в данной системе не представлен.
Еще один важный аспект – способ отображения результатов расчета. У Whittle и Surpac – это набор блоков, формирующих оптимальные контуры карьера, есть некоторые процедуры графического сглаживания.
Рис. 3. Отображение результатов расчета набором блоков (Whittle)
Рис. 4. Отображение результатов расчета сглаженным пространственным контуром (Whittle)
У K-MINE результат оптимального карьера можно увидеть в трех видах: набором блоков, изолиний или контуров.
Рис. 5. Отображение результата расчета набором блоков (K-MINE)
Рис. 6. Отображение результатов расчета набором изолиний (K-MINE)
Результат расчета – величина промежуточная, служащая основой для последующих построений проекта карьера. Хотя, в принципе, делом вкуса проектировщика является выбор способа отображения, более предпочтительным для проектировщика является решение от K-MINE, которое включает набор изолиний, определяющих контуры горизонтов. Данный способ является наиболее предпочтительным, вследствие его реальной практической приближенности к последующим построениям. Как видно из рисунка, это уже схема горизонтов карьера, которая может быть взята за основу для построения бровок уступов, берм, транспортных коммуникаций для вывоза горной массы и других параметров проектируемого карьера.
6.Изменение отпускной цены конечного продукта горного предприятия с целью формирования серии вложенных карьеров, отображающих порядок отработки месторождения.
Зарубежные программы придают этому этапу расчета довольно существенное внимание. Они искусственно уменьшают или увеличивают отпускную цену конечного продукта, в результате получают карьер меньший или больший по объему, чем при исходной цене, т.е. получается несколько вложенных карьеров. Эта вложенность позволяет определять направленность отработки месторождения – переход от меньшего карьера к большему и есть этап его отработки.
Анализ возможности разных программ с точки зрения календарного планирования не выполнялся, однако эта часть планирования, представленная зарубежными программами, вызывает массу вопросов среди специалистов-горняков:
В первую очередь, карьер должен выполнить план по руде – ее количеству и качеству. А если в том объеме, который предусмотрен к добыче между двумя вложенными карьерами, ее недостаточно, или она не позволит сформировать шихту нужного качества?
Один и тот же конечный карьер можно отработать разными способами в зависимости от выбранной системы разработки карьера и системы транспортирования горной массы. А если тот объем руды, который попал между двумя вложенными карьерами, нерационально получать для выбранных систем?
Это первые вопросы, которые приходят на ум человеку, которого учили после определения предварительных контуров отработки, выбирать систему разработки и другие технические элементы будущего карьера, ориентируясь на выбранную годовую производительность и парк оборудования, и только после этого на основании рассчитанного коэффициента вскрыши формировать календарь отработки. Но это тема уже для другой статьи.
Если вернуться к построению вложенных карьеров, то следует заметить, что у всех анализируемых программ практически идентичные функциональные возможности. Можно указать процент (или коэффициент) уменьшения/увеличения цены конечного продукта, а получаемый карьер представить на экране в разном виде (цвет, прозрачность и т.п.).
Но и здесь можно отметить К-MINE: есть возможность вносить корректировки во все технико-экономические показатели – как в цену конечного продукта, так и, например, в значение минимального бортового содержания или содержание полезного компонента в конечном продукте. Подобной опции нет ни у Surpac, ни у Whittle.
7.Формирование и анализ отчетных форм.
Отчет Whittle о параметрах спроектированного карьера для ознакомления – приемлемый. Но тот отчет, который формируется для дальнейшего использования, не очень удобен: это текстовый файл, неструктурированный, без пояснений, без итогов – в общем, неудачный и непрактичный.
Рис. 7. Отчет, скомпилированный Whittle о спроектированном карьере
Отчет у Surpac намного понятнее, в приведенном базовом примере, уделено большое внимание образцам отчетов. Но он также не идеален, поскольку создан в виде текстового файла, хотя для такого типа информации напрашивается структура таблицы.
Вот K-MINE не стал особо мудрить и представляет пользователю таблицу с разбиением данных по условным горизонтам.
Рис. Отчет об оптимальном карьере, скомпилированный K-MINE
Кроме того, в такой отчет можно вносить изменения: добавить столбцы, связывать их с программными переменными, изменять шапку таблицы, изменять названия столбцов. Такой отчет можно вывести на печатающее устройство или экспортировать в другой формат (Excel, XML, HTML, Text, PDF или изображение) – масса удобств и возможностей.
У всех трех программ есть возможность рассчитать дисконтированный денежный поток за все время отработки месторождения, указав коэффициент дисконтирования и годовую производительность карьера. Но при этом K-MINE ориентируется на годовую производительность карьера по руде (что обычно используется в практике), а Surpac и Whittle – на годовую производительность по горной массе (что довольно непрактично, поскольку может приводить к недопустимым по техническим показателям коэффициентам вскрыши).
Вывод. Результаты сравнения сведем в таблицу.
Внимательно оценивая полученные результаты сравнения, напрашивается очевидный выбор в пользу K-MINE. По многим пунктам она превосходит те программные продукты, которые были рассмотрены в данном обзоре, ни по одному не уступает. Кроме того, система имеет хорошие отзывы о сопровождении, которое представляет фирма-разработчик K-MINE. Импонирует подход к построению работы пользователя с K-MINE. На мой взгляд, он исходит в первую очередь из удобства работы инженера с ГИС, а не из удобства программирования какой-либо задачи. Еще один немаловажный аспект: пока происходило знакомство с модулем оптимизации карьера в K-MINE, не было никаких неадекватных реакций со стороны компьютера; во время работы с другими программами – появлялись то системные ошибки, то какие-то совершенно непонятные сообщения.
Surpac – комплекс программ высокого уровня, однако он не производит настолько благоприятного впечатления, как K-MINE, некоторые довольно существенные операции в нем или недоступны или еще не разработаны.
Разочаровал Whittle, практически всеми аспектами сравнения – графическими, настроечными, отчетными. Хотя рекламные проспекты фирмы Gemcom и обещают возможность русификации ее программных продуктов, но все-таки демо-версия Whittle была англоязычной, со всеми вытекающими отсюда последствиями для отечественного пользователя, не очень уверенно владеющего иностранными языками. Кроме того, нужно учитывать, что подход к оптимизации контуров карьера и вообще перспективному планированию на постсоветском пространстве и в западных странах разнится, порой существенно, поэтому K-MINE, Surpac и Whittle могут по-разному программировать подход к планированию.
mirznanii.com
Оптимизация параметров карьера тр. «Ботуобинская» Текст научной статьи по специальности «Экономика и экономические науки»
--© В.Ф. Колганов, А.Н. Акишев,
Б.Н. Заровняев, 2012
УЛК 622.223, 622.371
В.Ф. Колганов, А.Н. Акишев, Б.Н. Заровняев
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРА ТР. «БОТУОБИНСКАЯ»*
Представлена исходная информация для формирования блочной модели рудного тела тр. «Ботуобинская». На основе технико-экономических показателей рассчитан оптимальный конечный контур карьера месторождения тр. «Ботуобинская»», которая соответствует глубине 580 м (абс. отм. — 330 м). Выделено 3 этапа отработки месторождения: первый этап - до глубины +20 м (абс.отм), второй этап - до глубины -130 м (абс.отм.), третий этап - до абс. отм. -330 м
Ключевые слова. Глубокие карьеры, проектирование, блочная модель, геометрический анализ, технико-экономические показатели, оптимальный контур карьера, этапы отработки месторождения.
Открытый способ разработки месторождений полезных ископаемых характеризуется относительной дешевизной, высокой скоростью строительства карьеров, большой производительностью, небольшими потерями и по этим причинам является основой технического прогресса в большинстве горнодобывающих отраслей.
Каждое месторождение полезных ископаемых, разрабатываемое открытым способом, обладает набором некоторых объективных характеристик, которые должны быть вскрыты и изучены в процессе предпроектных исследовательских и проектных работ. Геометрический анализ карьерного поля проводится на начальных стадиях изучения процесса разработки месторождения. С его помощью определяются закономерности изменения объемов и качества полезного ископаемого, вовлекаемого в разработку, объемов вскрышных ра-
бот, ожидаемых укрупненных технико-экономических показателей, в зависимости от положения контуров карьера и порядка развития его рабочей зоны. В результате анализа устанавливаются области экономически эффективной открытой разработки, предпочтительные направления и последовательность отработки запасов, общий порядок развития горных работ, которые затем уже уточняются и конкретизируются с учетом технологии горных работ, схем вскрытия, организации грузопотоков, работы горнотранспортного оборудования и т.д.
Уникальность горно-геологических объектов месторождений алмазов предъявляет повышенные требования к построению адекватных математических моделей этих объектов, формализованному математическому описанию горно-геометрических задач и разработке оптимизационных методов их решения с целью
* Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках проекта № 2010-218-01-001 «Создание комплексной экологически безопасной инновационный технологии добычи и переработки алмазоносных руд в условиях Крайнего Севера», выполняемого с участием АК «АЛРОСА» (ОАО) и ФГАОУ ВПО «СевероВосточный федеральный университет им. М.К.Аммосова».
Рис. 1. Геологический разрез месторождения тр. Ботуобинская
наиболее полного выявления объективных характеристик месторождения, разрабатываемого открытым способом.
При проведении оптимизации математическая модель месторождения формируется по данным геологической разведки, исходя из технологических требований добычи и переработки полезного ископаемого, с использованием разработанных теоретических основ моделирования.
Определение наиболее выгодных, с экономической точки зрения, кон-
туров карьеров является одним из наиболее важных проблем горнодо-бываюшей промышленности. Сегодня, в рыночных условиях, горнодо-бываюшие компании прикладывают все больше усилий для уменьшения затрат, минимизации неэффективных действий и максимизации ценности проектов. Для вычислительного обеспечения всех стадий проектирования и планирования добычи требуется высокопроизводительная компьютерная технология, в том числе — программное обеспечение
оптимизации карьеров по прибыли, позволяющая максимизировать чистую приведенную стоимость (Не!Рге-зеп1:Уа1ие) минеральных запасов в расчете на весь срок жизни рудника. Эта компьютерная технология должна легко интегрироваться с имеющимися на производстве средствами математического моделирования и автоматизированного подсчета запасов.
Трубка Ботуобинская является средним по размеру рудным телом, имеющим изменчивую форму и сложное внутреннее строение, которое характеризуется двумя фазами внедрения кимберлитов и обилием крупных ксенолитов вмещающих пород. Рудное тело состоит из дайки порфировых кимберлитов и прорывающей ее под наклоном диатремы. Диатрема сложена автолитовыми кимберлито-выми брекчиями (АКБ). В верхней части разреза, с глубины около 280м диатрема переходит в кратер, сложенный кимберлитовой туфобрекчи-ей, имеющей в своем составе обилие крупных ксенолитов вмещающих пород, В кратерной фации встречаются и крупные ксенолиты порфировых кимберлитов.
Содержание кристаллов алмаза в исходных коренных породах (кимберлитах) - важнейшая характеристика месторождений, Оно определяется как масса алмазов (карат) в одной тонне руды. Алмазоносность месторождений подразумевает в основном такие параметры как общее содержание, содержание по классам крупности алмазов, их изменчивость, частоту встречи ювелирных и крупных алмазов. Эти основные факторы определяют методику оценки и разведки алмазных месторождений. Распределение по содержанию и средней массе кристаллов алмазов в кимберлитовых трубках неравномер-
ное, характеризуется в основном логнормальным или близким к нему распределением. Крупность, ситовый состав алмазов месторождений, разновидностей руд могут быть близкие или существенно различные. Основная масса алмазов обычно сосредоточена в следующих классах крупности (в мм): -8+4; -4+2; -2+1; -1+0.5 и -0.5 мм.
Данные опробования являются исходной информацией для моделирования распределения содержаний алмазов в пространстве рудного тела, то есть формирования блочной модели, которая используется в дальнейшем для подсчета запасов, планирования, технико-экономической оценки и оптимизации параметров карьера. Все эти процессы основываются на общем содержании алмазов. Общее содержание алмазов, по сути -сумма содержаний алмазов по классам крупности.
Таким образом, на стадии оптимизации параметров карьера или планирования применяются общее распределение содержаний алмазов и цена за карат по действующему прейскуранту на заданный период времени. Необходимо отметить еще одну особенность месторождений алмазов. Стоимость кристаллов алмаза, как известно, зависит от их качественных характеристик и размеров, средняя цена 1 карата определяется преимущественно размером алмазов и определяется как средневзвешенная путем умножения цен по классам крупности на доли алмазов этих классов. Важно отметить, что при прочих равных условиях стоимость алмазов закономерно возрастает с увеличением его весовой характеристики. В целом, весовая шкала алмазов делится на последовательные интервалы, измеряемые в каратах. В каждом таком интервале определяется
Рис. 2. Блочная модель месторождения тр. Ботуобинская по общему содержанию алмазов
Рис. 3. Выделение этапов отработки месторождения тр. «Ботуобинская» с учетом модели по общему распределению содержаний алмазов (вверху - выделенные этапы отработки месторождения, внизу - полученная прибыль и NPV).
цена 1 карата. Внутри каждой группы цена алмазов возрастает пропорционально весу кристалла. Однако при переходе из одного интервала в другой, цена алмаза возрастает скачкообразно, причем изменение цены
может достигать 30—40 и более процентов.
На стадии проектирования, планирования, подсчета запасов и технико-экономического обоснования моделирование производится по общему
Рис. 4. Выделение этапов отработки месторождения тр. «Ботуобинская» с учетом модели по гранулометрическим классам и их ценовой характеристике (вверху -выделенные этапы отработки месторождения, внизу - полученная прибыль и
Результаты расчета для модели по общему распределению содержаний алмазов
IncrementalData Profit NPV TotalOre
$ (усл.ед) $ (усл.ед) tonnes
Pushback 1 2,107 1,989 3,023,186
Pushback 2 2,106 1,824 3,076,168
Pushback 3 3,635 1,678 7,192,961
CumulativeData
Profit NPV TotalOre
$ (усл.ед) $ (усл.ед) tonnes
Pushback 1 2,107 1,989 3,023,186
Pushback 2 4,213 3,813 6,099,354
Pushback 3 7,849 5,491 13,292,316
^eeee!
1- 2 3
содержанию алмазов. Согласно современным подходам при экономической оценке каждому блоку просто приписывается стоимость в долларах, которая основана на общем содержании алмазов в выделенном
блоке и средней цене за карат. Однако, что касается месторождений алмазов, проблема оказывается более сложной. Это следует из того факта, что стоимость отдельных блоков не известна до тех пор, пока
стоимость этих блоков не будет определена по стоимости каждого класса крупности. Отдельный блок может содержать руду только нижних классов, но иметь содержание близкое к среднему по месторождению и, наоборот, блок с относительно низким содержанием может иметь большее процентное соотношение в сторону крупных классов, что значительно повышает его ценность. Формирование модели по ценности блока, основанного на данных по классам крупности, дает возможность провести более точную экономическую оценку месторождения. Поэтому достаточно важно провести моделирование и по ситовым классам. Сумма этих ситовых классов должна равняться общему содержанию алмазов.
Отдельно для каждого гранулометрического класса была рассчитана блочная модель по распределению этого класса в пространстве рудного тела. Сумма этих классов, как упоминалось ранее, должна соответствовать расчетным значениям общего содержания алмазов. Тем не менее, результаты расчетов показывают несоответствие теоретических рассуждений и данных расчетов. Причина этого несоответствия обусловлена недостаточно совершенным математическим аппаратом, переходом при обработке руды части крупных классов в более мелкие (раз-драбливание) и, конечно же, сложностью дискретного распределения кристаллов алмазов в пределах месторождения. Вместе с тем, среднее содержание алмазов в целом по месторождению при двух различных подходах расчетов получено практически одинаковое - разница составила менее 0,001 кар/т.
Таким образом, при сохранении в целом структуры распределения ал-
мазов, существуют различия в оценке ячейки блочной модели, обусловленной смещением классов крупности в ту или иную сторону относительно среднего значения. Для уточнения распределения общего содержания алмазов с учетом гранулометрических классов проведен расчет блочной модели на основе гистограмм по классам крупности алмазов.
В соответствии с отстроенной моделью по классам крупности, была рассчитана ценность руды каждой элементарной ячейки блочной модели месторождения. Расчет проводился по ситовым классам: определялось среднее значение и количество карат в каждой ячейке по i-му классу. В соответствии с существующим прейскурантом цен определялась ценность блока по каждому классу. Сумма стоимостной оценки для вех классов является расчетным значением ценности элементарной ячейки в блочной модели.
Для оптимизации параметров карьера тр. «Ботуобинская» использовались блочные модели, рассчитанные в двух вариантах - модель по распределению содержаний алмазов и экономическая модель, созданная с учетом распределения гранулометрических классов алмазов и их ценовой характеристики.
В программу для определения оптимального конечного контура карьера заложены основные технико-экономические показатели, на основе которых был рассчитан оптимальный конечный контур карьера месторождения тр. «Ботуобинская». В результате расчетов оптимальная глубина открытых горных работ соответствует глубине 580 м (абс. отм. — 330 м).
Программа используемого пакета NPV-Sheduler позволяет разбить карьер на наиболее выгодные этапы (pushbacks) с соблюдением всех горных
Результаты расчетов при выделении этапов отработки с учетом экономической модели
IncrementalData Profit NPV TotalOre
$ (усл.ед) $ (усл.ед) tonnes
Pushback 1 3,053,878 2,883,423 3054982
Pushback 2 1,502,702 1,232,325 3068149
Pushback 3 3,781,790 1,949,082 7869974
CumulativeData Profit NPV TotalOre
$ (усл.ед) $ (усл.ед) tonnes
Pushback 1 3,053,878 2,883,423 3054982
Pushback 2 4,556,581 4,115,748 6123131
Pushback 3 8,338,371 6,064,830 13993106
ограничений и сохранением максимально возможного выбранного экономического критерия, то есть, генерирует этапы (pushbacks), оценивая последовательность извлечения каждого из блоков. После оценки блоков включенных в последовательность извлечения, производится их объединение в пространственно связанные комплексы, которые в дальнейшем корректируются, чтобы гарантировать оптимизированное выполнение всех условий и заданных изначально параметров.
Предварительно рассматривались различные варианты, как по количеству, так и по местоположению в пространстве промежуточных контуров, или, на языке программы (pushbaks). Отмечено, что с увеличением количества промежуточных контуров улучшается динамика чистого дисконтированного дохода (NPV), если не учитывать динамику капвложений (учет капвложений при оптимизации невозможен). Чем больше промежуточных контуров, тем больший объем вскрыши можно отнести на более поздний период, что и дает рост NPV. Однако при этом растут пиковые значения объемов горной массы, что требует оптимального количества выделенных этапов.
Для модели по общему распределению содержаний алмазов выделено 3 этапа, первый этап - до глубины -10 м (абс.отм), второй этап - до глубины -65 м (абс.отм.), третий этап -до абс. отм -330 м (рисунок 3).
Результаты расчетов при выделении этапов отработки с учетом модели по общему распределению содержаний алмазов представлены в табл. 1.
При выделении этапов (ризЬЬакз) программное обеспечение ориентируется в большей степени на условия экономического характера и получение чистого дисконтированного дохода и в меньшей степени на технологические характеристики отработки месторождения.
При использовании модели по распределению содержаний алмазов по гранулометрическим классам и их ценовой характеристике также выделено 3 этапа отработки месторождения: первый этап - до глубины +20 м (абс.отм), второй этап - до глубины -130 м (абс.отм), третий этап - до абс. отм -330м (рисунок 4).
Результаты расчетов при выделении этапов отработки с учетом экономической модели представлены в табл. 2. Как видно из представленных расчетов имеются различия в выделенных этапах отработки месторож-
дения при использовании стандартного подхода оптимизации и при применении модели с ценовой характеристикой каждого класса крупности алмазов. Второй вариант имеет ЧДД на 570 млн. долларов (в усл.ед.) выше, чем первый, что обусловлено новым подходом формирования модели и иными этапами отработки месторождения.
Необходимо отметить, что выделенные этапы являются только
предварительной проработкой для проектирования отработки карьера. При составлении календарного графика отработки и самого проекта, этапы будут привязаны к временному интервалу, что позволит скорректировать объемы вскрышных работ. Кроме того, будут несколько отредактированы и контура этапов. Редактирование обусловлено технологией отработки месторождения. ггш
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Колганов Виталий Федорович — кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией горно-геологических компьютерных технологий,
Акишев Александр Николаевич — кандидат технических наук, начальник комплексного отдела открытых горных работ, е-шаИ: [email protected], ОАО АК АЛРОСА, Якутнипроалмаз, е-mail: [email protected].
Заровняев Борис Николаевич — доктор технических наук, профессор, декан горного факультета,
Северо-восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, е-mail: [email protected].
А
ГОРНАЯ КНИГА-2012
Процессы открытых горных работ. Часть 1.
Подготовка горных пород к выемке
Репин Н.Я. Год: 2012 Страниц: 188 ISBN: 978-5-98672-302-0 UDK: 622.221
ПРОЦЕССЫ
Приведены краткие сведения о технологии добычи полезных ископаемых открытым способом. Дана характеристика горных пород и оценка влияния свойств пород на эффективность их подготовки к выемке. Уделено внимание технике и технологии бурения скважин в карьерах, обоснован выбор режимов бурения. Рассмотрены характеристики современных взрывчатых веществ и средств взрывания. Изложены принципы выбора оптимальных параметров буровзрывных работ, базирующегося на учете свойств породного массива. Описаны технологии буровзрывных работ в некоторых специфических условиях карьеров. Даны основные сведения по организации и обеспечению безопасности буровых и взрывных работ.
cyberleninka.ru
