CC BY
21
Секция 2. ГЕОТЕХНОЛОГИЯ БОЛЬШИХ ГЛУБИН. КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ОСВОЕНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ОТКРЫТЫМИ РАБОТАМИ
--© А.Л. Сердюков, Г.Г. Абросимова,
B.C. Кудряшов, Е.Л. Левин, 2015
УДК 622.015: 622.271.3.004.4
A.Л. Сердюков, Г.Г. Абросимова,
B.С. Кудряшов, Е.Л. Левин
ОБОСНОВАНИЕ ЛИНАМИЧЕСКИХ ГРАНИЦ И ПРОИЗВОЛСТВЕННОЙ МОЩНОСТИ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ В СЦЕНАРИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ КОНЪЮНКТУРЫ РЫНКА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И ТЕКУЩЕМ ПЛАНИРОВАНИИ ГОРНЫХ РАБОТ
Изложены основные положения компьютерного моделирования глубоких карьеров на матричной модели границ и календарного графика горных работ с учетом динамики изменения прогнозных цен на конечную продукцию, динамических ограничений на подработку существующих и проектируемых объектов. Полученная информационно-программная модель карьера является дополнением к проектной документации. Ключевые слова: глубокий карьер, границы, производственная мощность, динамическая информационно-программная модель карьера, автоматизированное проектирование.
Неопределенность рыночной конъюнктуры, недостаточная изученность физико-механических свойств и зон структурных неоднородностей горных пород обусловливают необходимость разработки и внедрения гибких, адаптивных методик, алгоритмов и программно-информационных комплексов для определения границ открытых горных работ, производственной мощности карьера и этапов его отработки при изменении во времени цен на продукцию и свойств горных пород.
Для крупных глубоких карьеров (таких как Ковдорский), отрабатываемых многие десятки лет, особенно актуально наличие в
руках специалиста по проектированию и планированию горнотранспортных работ достаточно простых, гибких инструментов многовариантной оптимизации параметров карьера в условиях неопределенности.
В качестве таких инструментов предлагается программно-информационный комплекс, обеспечивающий динамическое формирование карьерного пространства в случае наличия технически и технологически обоснованных условий временной консервации целиков горной массы в периоды снижения цен на конечную продукцию и своевременной их отработки при ожидаемом повышении цен без снижения мощности карьера по добыче полезного ископаемого. Этот комплекс призван также обеспечить адаптивность планов горных работ к изменению физико-механических свойств и пространственного размещения структурных неоднородностей горных пород по мере отработки карьера.
При этом следует также обеспечить выполнение соответствующих объемов горнотранспортных работ по темпам понижения, ширине площадок и транспортных берм с учетом общей эффективности разработки месторождения и с определением технологической последовательности ликвидации отставания вскрышных работ.
Решение поставленных задач обеспечивается созданием комплексной информационно-расчетной матричной модели границ и календарных графиков горнотранспортных работ с укрупненной оценкой эффективности принятых решений по границам, мощности, системам разработки, порядку консервации и расконсервации целиков горной массы и регулирования в динамике углов бортов карьера в зонах структурных неоднородностей (разрывных нарушений и трещин), имеющих опасное по устойчивости текущих и проектируемых конечных уступов и бортов залегание.
Разработанная матричная модель базируется на результатах моделирования карьеров в программных комплексах Whittle 4.5.5, PitDelevel [1], собственных программно-информационных и методических разработок [2—3], выполненных ОАО «Гипроруда». При этом подготовка модели месторождения и детальная проработка карьеров после их оптимизации выполняются в программных комплексах Datamine, Micromine, Surpac и др. Матричная модель формируется в виде базы данных MS Access из выходного файла Whittle или PitDelevel. Операции оптимизации границ и календарного графика горнотранспортных работ выполняются на
Рис. 1. Фрагмент таблицы интерактивного набора календарного графика горнотранспортны1х работ в карьере
множестве однотипных таблиц в Excel с визуализацией этих графиков в виде диаграмм. Это позволяет оперативно набирать календарные графики в интерактивном режиме с помощью представленной на рис. 1 таблицы с их оценкой.
Здесь в строках таблицы зафиксированы отметки горизонтов, в столбцах — №№ оболочек карьера, нарезанных в Whittle или PitDelevel. В каждой клетке таблицы интерактивно задается № периода (пятилетка, год, квартал, месяц и т.п.). В частности, в таблице (рис. 1) зафиксированы №№ лет отработки. После 10-го года набор календаря идет по пятилеткам.
Структура информационно-расчетной матричной модели границ и календарных графиков горнотранспортных работ, сформированной в Excel, идентична таблице, представленной на рис.1. Из базы данных MS Access запросами к БД формируется множество аналогичных по структуре таблиц с объемами руд, пород, полезных компонентов, тонно-километров подъема разновидностей горной массы на поверхность либо до площадок с рудоспусками, РДКК, ПДКК, тоннелей и др. Информация по запросам к БД размещается в таблицы Excel, где и происходит обработка этих таблиц.
Суммарный график развития производственной мощности карьера (восточный + западный борт).
Рис. 2. Варианты графиков отработки глубокого карьера до отметок -540, -665 и -905м при выработке автосамосвала 6 млн т-км/год
Рис. 3. Фрагмент таблицы сводных результатов интерактивного набора календарного графика горнотранспортных работ в карьере до отметки -905 м
Результаты интерактивного набора календарных графиков горнотранспортных работ немедленно отображаются в виде графиков, позволяющих оперативно рассмотреть варианты развития мощности карьера и его промежуточных или конечных границ. Ниже на рис. 2 представлены результаты набора календаря в трех вариантах границ (этапов) карьера.
Из графика (рис. 3) видно, что минимальный карьер (этап 1) до отметки -540 м может быть отработан примерно за 30 лет. При этом пиковое количество автосамосвалов (44-52 шт. при подъеме горной массы до отметки +310 м) наблюдается в 4-11 годах отработки.
Карьер до отметки -665 м может быть отработан примерно за 40 лет. Пиковое количество автосамосвалов (44-47 шт. при подъеме горной массы до отметки +310 м) наблюдается в 4-30 годах отработки.
Наиболее напряженным (оптимальным по денежному потоку) является календарный график отработки карьера до отметки -905
м (срок отработки 50 лет). Пиковое количество автосамосвалов (52-98 шт., подъем горной массы до отметки +310 м) имеет место в 15-35 годах отработки. Ниже в таблице (рис. 3) представлены некоторые итоговые показатели варианта отработки этого карьера до отметки -905 м при использовании только автотранспорта.
Анализ объемов горнотранспортных работ в оптимальном карьере (до отметки -905 м) показал необходимость использования альтернативной (комбинированной) транспортной схемы взамен исключительно автотранспортной для перемещения значительной части руды и вскрышных пород. Предварительные расчеты при матричном моделировании объемов горнотранспортных работ при вводе рудоспуска с горизонта порядка -200м показали возможность уменьшения количества автосамосвалов в пиковый период с 98 до 87 шт. Ввод ПДКК западного борта на отметки порядка +50 м может уменьшить пиковое количество автосамосвалов еще на 10-12 единиц. Представляется целесообразным рассмотреть дополнительно или альтернативно возможности использования скипового подъема горной массы с целью дальнейшего уменьшения количества задействованных в карьере самосвалов.
Комбинирование графиков отработки этапов карьера (рис. 2) в вариантах границ (рис. 1) позволяет синхронно с ожидаемыми колебаниями рынка синтезировать оптимальную траекторию отработки карьера с разбивкой на очереди (этапы). При изменении прогнозной траектории движения рынка можно достаточно легко перемоделировать карьер на предлагаемой матричной модели границ и календарного графика горных работ.
В настоящей статье мы не ставили задачу оптимизации конкретного горнотранспортного комплекса. Как было выше отмечено, нашей целью является разработка комплексной информационно-расчетной матричной модели границ, календарных графиков горнотранспортных работ как инструмента для проектирования и планирования в карьере.
Неотъемлемой частью информационно-расчетной матричной модели является также БД с контурами оболочек на горизонтах на конец каждого планируемого периода. После оптимизации календарных объемов на интерактивной таблице (рис. 1) происходит компоновка соответствующих положений горных работ на горизонтах, обеспечивающих объемные показатели календарного графика горных работ.
Предлагаемая методика определения динамических границ и параметров открытых горных работ и программно-информационная модель карьера могут быть применены как при проектировании карьеров, так и при планировании горных работ. Разработка соответствующих методических рекомендаций и новой редакции «Норм технологического проектирования горнодобывающих предприятий» (НТП) [3] может существенно ускорить внедрение в производство компьютерных технологий. Необходимость обновления НТП, несомненно, назрела.
Ограниченный размер статьи не позволяет более подробно рассмотреть возможности комплекса интерактивного матричного моделирования горнотранспортных работ. Ниже перечислены основные операции по обоснованию границ и мощности карьера.
1) На подготовленной рудно-породной блочной модели месторождения выполняются предварительные оконтуривание, оценка календарных графиков горных работ в вариантах устойчивых углов бортов и границ в программном комплексе Whittle или PitDelevel в сценариях развития рыночной ситуации и в вариантах производственной мощности карьера.
2) Результаты, полученные в п.1, используются в PitDelevel для интерактивного матричного набора календарных графиков горных работ с целью углубленной проработки вариантов горнотранспортного комплекса с их оценкой. При этом карьерное пространство разбивается на оболочки этапов, секторы, целики и участки, прорабатываемые в календарном графике горнотранспортных работ как отдельно, так и путем их комбинирования. Выполняется регулирование в динамике углов бортов карьера в зонах структурных неоднородностей, имеющих опасное по устойчивости текущих и проектируемых конечных уступов и бортов залегание. Перемоделирование карьера в Whittle не требуется.
3) П. 2 повторяется в вариантах производственной мощности карьера, его участков секторов и блоков с учетом имеющихся статических и динамических ограничений на подработку поверхностных, карьерных и подземных выработок и объектов, мощностей ОФ.
4) Формируется адаптированная к рыночным условиям информационно-программная модель месторождения и карьера, а также и его участков. Эта модель готовится в форматах MS Access, Excel, Micromine, Surpac и др.
5) С помощью полученной информационно-программной модели углубленно прорабатываются потенциально оптимальные варианты из рассмотренных в пп. 1-4. При этом учитываются разносортность добываемых руд, динамические ограничения на подработку коммуникаций, перегрузочных пунктов, комплексов ЦПТ, тоннелей и др. Разбивка карьерного пространства на соответствующие участки, оболочки (этапы), секторы, целики позволяет локализовать в пространстве и во времени объемы горнотранспортных работ в карьере (в том числе и при нивелировке отставания вскрышных работ) с учетом фактического положения горных работ.
В результате выполнения пп.1-5 фиксируются проектные решения по границам карьера и календарным графикам горнотранспортных работ в рассматриваемых сценариях развития рынка. Увеличение эффективности отработки карьера обеспечивается выделением оболочек и этапов его отработки с отнесением значительных объемов вскрышных работ на более позднее время.
Интерактивное матричное моделирование горнотранспортных работ позволяет сформировать необходимые площадки для размещения оборудования, временных и постоянных съездов в пределах оболочек, участков, секторов и блоков-целиков достаточно крупных размеров. Сформированная адаптивная информационно-программная модель карьера может служить инструментом для дальнейшего текущего и перспективного планирования горнотранспортных работ.
Выводы и предложения.
1) Разработанная адаптивная матричная информационно-программная модель карьера - это дополнительный инструмент для разработки проектов и текущих планов горнотранспортных работ. Эта модель является дополнительной компонентой к проектной продукции.
2) Предлагаемая методика определения динамических границ открытых горных работ может быть представлена как доступная технология при проектировании и планировании горных работ и должна быть изложена в специальных методических рекомендациях и в новой редакции «Норм технологического проектирования горнодобывающих предприятий», необходимость в актуализации которых, несомненно, назрела.
3) Предлагаемые инструменты компьютерного проектирования и планирования позволяют существенно повысить надежность
текущих и перспективных планов горных работ, обеспечить адаптивность этих планов к изменению рыночных условий путем динамического регулирования вскрышных и добычных работ в увязке с оптимальными решениями для границ и производственной мощности карьера.
1. Левин Е.Л. Оптимизация границ, направления развития и календарного графика горных работ при проектировании карьеров в системе PitDelevel // Компьютерные технологии при ведении открыггых горных работ: Сб.тр. Всероссийской научной конференции с международным участием, 23 - 26 сентября 2008г. - Апатиты; СПб.: Реноме, 2009. с. 99 - 103.
2. Сердюков А.Л., Черепанов A.B., Левин Е.Л., Квитка В.В. Особенности автоматизированного определения границ и рационального графика развития производственной мощности карьера // Информационные технологии в горном деле: Сб. докладов Всероссийской научной конференции 1214 октября 2011г. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2012, с.104-109.
3. Нормы технологического проектирования горнодобывающих предприятий черной металлургии с открытым способом разработки, Гипроруда, 1986. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Сердюков Андрей Леонидович - генеральный директор, [email protected], Абросимова Гадина Геннадьевна - начальник отдела, Кудряшов Вдадимир Сергеевич - главный горняк, зам. начальника, Левин Евгений Львович - главный специалист, ОАО «Гипроруда».
UDC 622.015: 622.271.3.004.4
JUSTIFICATION OF DYNAMIC BOUNDARIES AND OUTPUT OF DEEP OPEN PITS VERSUS CHANGING MARKET SCENARIOS FOR MINE DESIGN AND SCHEDULING
Serdyukov A.L., [email protected], JSC «Giproruda», Russia,
Abrosimova G.G., Head of Department of Open Pit Mining, JSC «Giproruda», Russia, Kudryashov V.S., Deputy Head, Principal Mining Expert, JSC «Giproruda», Russia, Levin E.L., Principal Specialist, JSC «Giproruda», Russia.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Basic principles have been presented of deep open pits computer modeling based on matrix model of pit boundaries and mining schedule taking into account the dynamics of final product target price changes as well as the dynamic constraints on undermining of existing and designed structures.
Key words: deep open pit, boundaries, output, dynamic data-software pit model, computer-aided design.
REFERENCES
1. Levin E.L. Optimizacija granic, napravlenija razvitija i kalendarnogo grafika gornyh rabot pri proektirovanii kar'erov v sisteme PitDelevel (Optimization of boundaries, directions of development and schedule of mining operations in the design of quarries in the system PitDelevel) // Komp'juterneye tehnologii pri vedenii otkrytyh gornyh rabot: Sb.tr. Vserossijskoj nauchnoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem, 23-26 sentjabrja 2008. Apatity; SPb.: Renome, 2009. pp. 99-103.
2. Serdjukov A.L., Cherepanov A.V., Levin E.L., Kvitka V.V. Osobennosti avtomatizirovannogo opredelenija granic i racional'nogo grafika razvitija proizvodstvennoj moshhnosti kar'era (Features of the automated definition of the boundaries of rational and graphics development production capacity of the quarry) // Informacionnye tehnologii v gornom dele: Sb. dokladov Vserossijskoj nauchnoj konferencii 12-14 oktjabrja 2011. Ekaterinburg: IGD UrO RAN, 2012, pp.104-109.
3. Normy tehnologicheskogo proektirovanija gornodobyvajushchih predprijatij chyornoj metallurgii s otkrytym sposobom razrabotki (Standards for technological design of mining enterprises of ferrous metallurgy with an open method of development), Giproruda, 1986.
