Капутин Ю.Е. Информационные технологии планирования горных работ (для горных инженеров)
Подождите немного. Документ загружается.
151
Рис. 7.17. Параметры оболочек встроенных карьеров
Рис. 7.18. Худший вариант последовательности (секвенции) отработки карьера
Если запустить программу оптимизации последовательности отработки, то по критерию
максимума NPV мы получим график (рис. 7.20), дающий близкое к наивысшему значение NPV = 354
млн. долларов. Но полученный график ежегодного изменения объемов горной массы и
коэффициента вскрыши не может считаться удовлетворительным, т.к. ежегодные изменения этих
параметров чересчур «экзотичны».
На рис. 7.21 показаны кумулятивные графики Руда/Порода для каждого из только что
рассмотренных случаев. Он показывает область допустимых решений, в которой находится и
приемлемый для нас вариант. Можно предположить гипотетический вариант, показанный на рис.
7.21 сплошной красной линией, который основан на варианте оптимальной последовательности
(рис. 7.20).
152
Рис. 7.19. Лучший вариант последовательности отработки карьера
Рис. 7.20. Вариант последовательности отработки карьера, дающий максимум NPV
На графике точка А соответствует году 5, который принят за эталон при планировании добычи
руды в следующие годы. Контрольная точка В соответствует увеличению коэффициента вскрыши,
начиная с года 6, а точка С – параметрам добычи в предпоследний год жизни карьера. Такие
контрольные точки графика соответствуют примерной ежегодной добыче горной массы; 17.3 млн т в
годы 1 – 5, 37.5 млн т в годы 6 и 7, а начиная с года 8 - 23.1 млн т,
Получив такие ограничения, программа рассчитала новый график, показанный на рис. 7.22.,
который дает NPV = 341 млн долларов. Кумулятивный график, построенный для этого случая (рис.
7.23), показывает, что фактическая кривая Руда/Порода несколько отличается от заданных нами
ограничений. Целевые точки А, В и С соответствуют установленным, но между ними имеются
отклонения.
153
Рис. 7.21. График Руда/Порода с оптимальной (по NPV) производительностью.
Рис. 7.22. Вариант последовательности с заданной производительностью.
Можно, сдвинув контрольные точки, несколько улучшить NPV (до 344 млн долларов) и
получить график, показанный на рис. 7.24.
Дальнейшее улучшение эффективности отработки месторождения может быть достигнуто за
счет использования модуля Whittle – Opti-Cut. Этим достигается оптимизация бортового содержания
меди в руде по критерию NPV, которая достигает в этом случае 370 млн долларов. При расчете
было использовано ограничение на предельный объем извлекаемой горной массы – 40 млн т в год
(рис. 7.25). Отметьте, что в данном случае увеличение NPV достигнуто за счет повышения борта в
первые годы отработки карьера.
154
Рис. 7.23. График Руда/Порода с использованием ограничений по производительности.
Рис. 7.24. Улучшенный вариант последовательности с заданной производительностью.
Из рассмотренного примера видно, что последовательность отработки месторождения и
принятая стратегия регулирования бортового содержания играют определяющую роль в повышении
эффективности горных проектов. Введение ограничений по производительности позволяет при этом
добиться реальных графиков горных работ, позволяющих использовать приемлемые стратегии
капиталовложений в горную технику. Обычно такие расчеты требуют многих итераций и
продуктивной работы инженеров – планировщиков. Программные продукты Whittle позволяют
получать оптимальные решения этих задач в короткое время.
155
Рис. 7.25. Вариант последовательности с оптимальным бортовым содержанием.
7.6. Оптимизация размещения выемочных блоков на
подземных рудниках
7.6.1. Введение
Для начала компьютерного проектирования подземного рудника необходимо располагать блочной
моделью месторождения (см. главу 5), каркасной моделью рельефа поверхности, информацией о
существующей сети подземных выработок (каркасной моделью этой сети), а также большим набором
технико-экономической информации о районе месторождения, ситуации на рынке металлов,
экологических ограничениях и т.п. и т.д.
Лучше, если блочная модель содержит не только информацию о качестве и плотности руды, а
включает в себя также геомеханические параметры массива, сведения о гидрогеологии и другие –
жизненно важные данные для подземного рудника.
Блочная модель месторождения позволяет с высокой степенью достоверности оценить его
геологические запасы и сделать предварительный вывод о целесообразности отработки этих ресурсов
подземным способом.
Если месторождение предполагается отрабатывать комбинированным способом, то для первичной
оценки глубины перехода от открытых к подземным работам можно использовать рассмотренную выше
программу MaxiPit. В этом случае экономические показатели подземной добычи могут оказать воздействие
156
на границы открытых горных работ. При таком варианте оптимизации экономическая оценка (значение
прибыли от переработки руды данной ячейки модели) блоков модели будет предварительно пересчитана
следующим образом:
Новая оценка блока = оценке при открытой добыче - оценка при подземной добыче.
Эта новая оценка используется только для определения оптимальных границ открытых работ при
комбинированной отработке залежи. В расчете статистических параметров полученного карьера
учитываются только полностью «карьерные» исходные оценки блоков модели.
Для начала такого расчета Вы должны задать, по крайней мере, один тип руды и один метод ее
переработки для подземной добычи. Несколько замечаний:
1. Если блок модели содержит подъячейки руды и породы, то для подземной добычи
используется только его рудная часть.
2. При расчете себестоимости добычи руды из подземного рудника затраты на добычу должны
быть включены в сумму общих затрат на переработку руды.
3. При таком расчете (только для подземной руды) будут игнорироваться следующие исходные
данные: все коэффициенты изменения себестоимости добычи и переработки руды, имеющиеся
в модели, разубоживание, потери руды при добыче и затраты на рекультивацию. Поэтому, если
эти показатели играют определяющую роль, то они должны быть учтены каким-то другим
способом.
4. Если подземным способом предполагается добывать только определенный тип руды, то Вы
должны будете установить для него особое название и единственный способ добычи –
подземный.
В результате расчетов Вы получите предельный карьер, дно которого будет размещаться на глубине, где
экономически целесообразно перейти на подземный способ добычи руды.
7.6.2. Процессы системы Датамайн
Почти все интегрированные горные системы сейчас имеют программы, которые оптимизируют
размещение очистных блоков по имеющейся блочной модели месторождения. Для примера, ниже приведен
такой расчет с использованием программы Orefinder компании Earthworks.
В системе Датамайн, например, для этой цели используются 2 процесса: MODENV и ENVSEQ.
Процесс MODENV отмечает и выделяет те блоки модели месторождения, которые экономически
целесообразно извлекать по отдельности или совместно со смежными блоками с учетом горных
157
ограничений на минимальную ширину выработанного пространства. MMU (Minimal Mining Unit) – это
очистной блок с минимальными размерами.
Процесс создан на основе алгоритма «плавающего очистного блока» ('floating stope'), который
сейчас может быть использован и для карьеров. Он схож с описанным ниже пакетом Orefinder, но
является частью Датамайн и не требует отдельной лицензии. Кроме того, на результатах работы этого
процесса может быть запущена программа ENVSEQ, которая будет оптимизировать последовательность
извлечения выделенных блоков для достижения максимального эффекта.
Программа рассматривает все кондиционные (по заданному борту) блоки и формирует варианты
их объединения в очистные блоки различных размеров, из которых затем выбираются наилучший.
Критерий для определения оптимального положения блока выбирается пользователем из
следующих вариантов:
1. Максимум тоннажа руды. При равенстве тоннажа выбирается блок с более высоким содержанием
2. Максимальное среднее содержание в блоке
3. Максимальное количество металла в руде
4. Максимальная денежная оценка руды в блоке
Параметр @ENVTYPE задает тип формируемых оболочек блоков: минимальный или
максимальный. Минимальная оболочка – это граница наилучших MMU при учете только рудных блоков
модели. Максимальная оболочка получается, когда обрабатывается рудно-породная модель, и внутри
экономически целесообразных MMU могут быть как рудные, так и породные ячейки. Детальное
проектирование очистных блоков должно вестись снаружи минимальных и внутри максимальных MMU.
Максимальная оболочка обеспечивает размещение в ней всех возможных вариантов положения
MMU. Форма м ориентация MMU могут быть заданы одним из следующих методов с увеличивающейся
гибкостью:
1. Метод 1 определяет MMU как 3-х мерный параллелепипед, перпендикулярный к осям
входной блочной модели. Расположение MMU определяется размером, координатами
начала, максимальными координатами и приращением (?) MMU
2. Параметры ограничивают оболочку прямоугольной формой с размерами, движущимися
вдоль координатных осей. Это облегчает оптимизацию методом плавающего MMU.
3. Непрямоугольная форма MMU может быть получена заданием специальных коэффициентов
для каждой оси.
4. Поворот MMU может быть задан самой моделью, если она предварительно была развернута.
158
5. Пользователь может в принципе задать любую форму MMU, используя несколько
дополнительных параметров при запуске процесса.
Предопределенные объемы пустой породы могут быть смоделированы перед созданием оболочек.
Заданные минимальные размеры породных прослоев могут быть или удалены из оболочек, или
использованы для подшихтовки руды. В этом случае требуется проверка обогатителей, которые должны
подтвердить целесообразность такого разубоживания рудопотока.
Все блоки входного файла записываются в выходной файл с дополнительным полем «*MINED»,
которое содержит информацию о блоках, соответствующих заданному критерию. Там, где ячейка модели
выходит за пределы оболочки, она не делиться, но создается информация о пропорции MMU этой ячейки в
оболочке.
Может быть выведена блочная модель с размером ячейки, равным величине приращения MMU. Это
облегчает визуализацию и требуется на входе в процесс оптимизации последовательности отработки
блоков ENVSEQ. Модель содержит поля:
• *GRADE - среднее содержание в блоке и *VALUE – для денежной оценки.
• *DENSITY – средняя плотность
• *ENVBEST - содержание или оценка в оболочке, где имеются части MMU.
• *OPTIMISE – значение параметра оптимизации.
Определенные области модели могут быть исключены из оптимизации, чтобы ограничить
число оболочек MMU. В качестве примеров можно назвать предварительно отработанные области,
блоки выше поверхности топографии, или участки, которые были исключены из планов добычи по
разным причинам.
Процесс ENVSEQ запускается после процесса MODENV и определяет оптимальную
последовательность отработки блоков с учетом технологических и экономических требований и
ограничений.
Из процесса MODENV мы получаем файл блочной модели с дополнительными полями
*ENVELOPE и *ENVNUM, которые определяют классификацию ячеек и их группировку в
соответствии с выбранным ранее критерием оптимизации. На выходе процесса также формируется
файл &RESULTS, который суммирует статистику по MMU: тоннаж, содержание, денежную оценку,
центр тяжести, номер и классификацию блоков. В дальнейшей обработке процессом ENVSEQ
используется только поле *ENVELOPE (классификация блоков).
Расчет последовательности должен учитывать развитие горных работ, доступ к блоку и
требования обогатителей к поставляемой на переработку руде. Критерии для оптимизации
используются те же, что и в процессе MODENV.
Во входном файле &SEQUENCE пользователь задает те последовательности извлечения
блоков, которые он хочет предопределить. Может быть задано 3 типа таких связей:
1. Задается 1 или больше блоков (оболочек), с которых начинается выемка запасов.
Это дает возможность начать отработку запасов с одного или нескольких шахтных стволов
2. Для блока 2 указывается, что он может быть отработан только после блока 1.
3. То же, что и п. 2, но между 1 и 2 допускается отработка промежуточных блоков.
159
Если файл &SEQUENCE не определен, то процесс выбирает блоки в соответствии с
установленным критерием. Начальный блок выбирается по максимальному значению критерия.
Оптимальная последовательность описывается в выходном файле &OUT с помощью пар
номеров оболочек ENVNUM1 и ENVNUM2. Результат может быть показан в виде графа, где каждый
блок имеет только 1 родительский блок, но каждый родительский блок может иметь более одного
производного блока.
7.6.3. Программа Orefinder
Программа использует алгоритм плавающего очистного забоя, который является аналогом
метода плавающего конуса, используемого для оптимизации карьеров. Она способна быстро
оценить плюсы и минусы новых схем освоения месторождений, а также создать экономически
приемлемые границы очистных рудных блоков. Возможности программы:
1. Импорт блочных моделей из разных горных систем
2. Оптимизация границ очистных забоев для разных исходных параметров отработки по
одному из критериев:
Максимум извлекаемой руды
Максимум содержание полезных компонентов в руде
Максимум извлекаемого металла в руде
Максимальный комплексный показатель (введенный пользователем)
3. Определение минимальных (только рудных) и максимально допустимых границ блоков с
учетом частичного извлечения пород
4. Оптимизация извлечения, как основных блоков, так и междублочных целиков
5. Исключение из оптимизируемой модели целиков капитальных выработок и других – по
указанию пользователя.
6. Создание отчетных статистических данных по результатам оптимизации
7. Экспорт полученных блочных моделей очистных блоков для дальнейшего использования
в горных системах для проектирования
Первым шагом оптимизации является импорт блочной модели из какой-то горной системы,
например, из Датамайн. При импорте Вы оставляете в модели нужные для Вас показатели (поля), а
также указываете поле для оптимизации (обычно – одно из содержаний или какой-то комплексный
показатель). Кроме того, на этом этапе вводится поле, содержащее преобладающее (желательное)
содержание оптимизируемого компонента в поставляемой на фабрику руде.
Здесь Вы можете указать поле модели, в котором указано, будет ли данный блок когда-то
отрабатываться, или он находится в охранном целике и т.д. Далее вводится требуемая для отчета
информация.
Теперь Вы можете задать также:
Границы оптимизации по координатным осям. Например, можно рассмотреть только
один горизонт или часть шахтного поля
Минимальные размеры очистной выработки по координатным осям
Размер шага увеличения размеров блока при оптимизации
Минимальные или максимальные размеры очистного пространства Вы хотите
получить. Оптимум, как правило, находится посередине этих значений.
Минимальный процент руды в блоке
Бортовое содержание оптимизируемого компонента в руде
Способ добычи руды: с отделением породы от руды или совместная добыча
Параметры разубоживания и потерь руды
Способ интерпретации пустот в блочной модели: как воздух или порода.
На выходе процесса Вы получаете блочную модель оптимальных очистных блоков (рис. 7.26) , а
также – набор статистических показателей, собранных в таблицу (табл. 7.7).
160
После экспорта – импорта модели в систему Датамайн ее можно рассмотреть в окне
проектирования, визуализере (рис. 7.26) и, далее, использовать в детальном проектировании подземного
рудника.
Таблица 7.7. Информация на выходе программы
Название проекта: Case 1
Входная модель: MODELN2A.DM (блочная модель)
Критерий оптимизации: Максимум металла
Минимальное очистное пространство
Мин. % руды в блоке = 70 %
Бортовое содержание AU = 2.300 г/т
Выемка: Селективная (только руда)
Разубоживание: 10 %
Содержание в добавляемой породе: 1.0 г/т
Плотность добавляемой породы: 2.6 т/м3
Потери руды: 10 %
Входные поля: Оптимизация по полю: AU
Плотность: DENSITY
По умолчанию: Содержание в добавляемой породе: 1.000 г/т
Плотность 2.600 т/м3
Среднее содержание на ОФ: 5.000 г/т
Содержание в породе: 1.000 г/т
Плотность породы: 2.600 т/м3
Отсутствие блоков в модели интерпретируется как порода
Размеры очистного пространства: X Y Z
Минимальное пространство: 10 10 5
Пропорция возможного уменьшения размеров: 2 2 1
Размер шага уменьшения размеров: 5 5 5
Начало модели: 57850 35200 -100
Размеры модели: 1150 1600 150
ВХОДНАЯ МОДЕЛЬ:
Всего Порода Руда Порода/Руда
Объем (м3) 8028 4261 3767 1.131
Плотность руды (т/м3) 2.240 2.253 2.225
Тоннаж (т) 17980 9598 8382 1.145
Содержание Au,(г/т) 3.833 1.095 6.969
Металл (кг) 68922 10512 58410
ИНФОРМАЦИЯ ПО ИНТЕРВАЛАМ:
ВНУТРИ ИНТЕРВАЛА ВЫШЕ НИЖНЕЙ ГРАНИЦЫ
Содержание Объем Тоннаж Содержание Объем Тоннаж Содержание
Au, г/т м3 т г/т м3 т г/т
< 0.0 - - - 8028 17980 3.833
0.0 to 2.3 4261 9598 1.095 8028 17980 3.833
> 2.3 3767 8382 6.969 3767 8382 6.969
ВЫХОДНАЯ МОДЕЛЬ (ОЧИСТНЫЕ БЛОКИ):
Всего Порода Руда Порода/Руда
Объем (м3) 323 47 275 0.172