Назад
На сьогодні більшість спеціалістів уже знайомі з концепцією оптимізації гірничих робіт, особливо коли йдеться про визначення оптимального кінцевого контуру відкритих кар’єрів. Тим, хто вважає цей процес необов’язковим, радимо уважно ознайомитися з цією статтею. У ній ми пояснюємо, чому цей процес є необхідним, які наслідки може мати його нехтування, а також надаємо цінні рекомендації та практичні поради щодо використання програмного забезпечення K-MINE. Ми пропонуємо інструменти для досвідчених інженерів, сприяємо підвищенню компетентності в різних напрямах для покращення прийняття рішень та допомагаємо зробити майбутнє більш передбачуваним.
Будь-яка компанія, що прагне збільшити прибутки, контролювати грошові потоки та забезпечити свій довгостроковий успіх, не зможе цього досягти без побудови надійних, довгострокових фінансових моделей. Для гірничодобувних підприємств основою такого фінансового прогнозування є стратегічне планування — створення фінансової оцінки всього життєвого циклу гірничого об’єкта. Але що ж саме є базою цього процесу? Звичайно, це видобуток корисних копалин у ході розробки родовища. Важливо врахувати якомога більше факторів, не заглиблюючись у зайві деталі. Надмірна деталізація може уповільнити процес стратегічного планування, особливо з огляду на постійну зміну вихідних даних. Тож, які саме аспекти необхідно враховувати?
- Початкові інвестиції для початку робіт. Вони включають капітальні витрати на придбання (або відновлення) обладнання, залучення підрядників, водовідведення ділянки, будівництво збагачувальної фабрики та створення інфраструктури. Іншими словами, це всі значні початкові витрати, необхідні для запуску виробництва.
- Оцінка операційних витрат. Тут важливо знайти правильний баланс—уникати як завищення, так і заниження витрат. Це часто є найвпливовішим чинником. Після визначення витрат їх слід порівняти з аналогічними компаніями, які вже працюють у регіоні. Такі дані зазвичай доступні у відкритих джерелах.
- Амортизація та заміна обладнання. Для діючого обладнання та проектів, де термін експлуатації (LoM) перевищує 15 років, необхідно планувати витрати на амортизацію та ймовірну заміну дороговартісного обладнання протягом життєвого циклу проекту.
- Податки. Податкові ставки можуть суттєво відрізнятися залежно від країни здійснення діяльності.
- Інші фактори. У деяких регіонах слід враховувати додаткові витрати, пов’язані з ризиками крадіжок, забезпеченням безпеки або підвищеними витратами через складні умови експлуатації та інші місцеві особливості.
У цій статті ми зосередимося переважно на другому пункті: визначенні оптимального контуру кінцевого кар’єру—як обрати його серед безлічі варіантів та ефективно спроектувати з урахуванням максимальної кількості впливових факторів. Результат цього етапу як складової стратегічного планування безпосередньо впливає на загальну прибутковість компанії, термін експлуатації родовища, періодичні грошові потоки та багато іншого.
Тепер безпосередньо перейдемо до процесу оптимізації. Для початку, що це таке? Наприклад, у нас є родовище.
Перше питання перед початком будь-яких робіт: наскільки вигідним є його освоєння?
Друге: на яку глибину його слід розробляти?
Третє: якими будуть обсяги видобутку?
Добре, коли подібних запитань виникає багато, оскільки саме вони є фундаментом для побудови гірничої стратегії. Методи оптимізації родовища призначені саме для того, щоб визначити загальний обсяг матеріалу, що має бути видобутий за всі періоди виробництва. Інші чинники значною мірою залежатимуть від розмірів кар’єру.
Отже, що ж таке оптимізація? У контексті програмного забезпечення, оптимізація — це процес визначення оптимального контуру кінцевого кар’єру на основі заданих користувачем критеріїв. Ці критерії формуються відповідно до досвіду й інтуїції користувача. Загалом процес визначення кінцевого контуру кар’єру передбачає оцінку кожного блоку в блочній моделі для ухвалення рішення щодо його включення в обсяг, який видобуватиметься. Для цього розроблені різні підходи та математичні алгоритми, серед яких найбільш поширеним є алгоритм Лерча-Гроссмана. Це пояснюється тим, що він охоплює найширший спектр можливостей і виключає найменшу кількість факторів, забезпечуючи максимально точні результати.
Що забезпечує цей алгоритм? Він обчислює прибутковість кожного блоку, після чого блоки поєднуються один з одним з урахуванням заданих кутів відкосів. У підсумковий результат потрапляють лише ті блоки, які загалом формують позитивний економічний результат. Найбільш поширений спосіб отримання різноманітних варіантів полягає у застосуванні коефіцієнта коригування ціни кінцевого продукту.
Спрощена демонстрація роботи алгоритму Лерча-Гроссмана. У програмному забезпеченні K-MINE, у модулі Pit Optimizer, реалізований покращений алгоритм Pseudo Flow. Цей алгоритм базується на методі Лерча-Гроссмана, але був вдосконалений і значно пришвидшений.
Щодо частоти проведення оптимізації мінеральних родовищ, рекомендовано виконувати цей процес щонайменше раз на рік, з урахуванням оновлених економічних показників та інших параметрів, що могли змінитись. Крім того, у разі суттєвих змін будь-якого ключового чинника, що впливає на оптимізацію, слід негайно провести повторну оптимізацію й оперативно скорегувати видобувні роботи відповідно до нових умов. Ігнорування цього може призвести до суттєвого погіршення економічного становища компанії. Такий підхід дозволяє залишатися проінформованим і бути готовим до викликів, що виникають через зміну ринкової кон’юнктури.
Отже, що ми маємо у підсумку? Стратегічне планування є першим етапом процесу планування гірничодобувних робіт. Його головна мета полягає у визначенні оптимальної стратегії розробки кар’єру. Виходячи з цілей компанії, повинні бути досягнуті такі результати:
- Максимізація чистої приведеної вартості (NPV)
- Максимізація терміну служби родовища
- Максимізація видобувних запасів
- Мінімізація капітальних вкладень
- Мінімізація терміну окупності інвестицій
- Максимізація якості кінцевого продукту
- Мінімізація собівартості кінцевого продукту
Звісно, необхідно досягти балансу між зазначеними параметрами.
Основним результатом стратегічного планування є план життєвого циклу кар’єру, що може бути представлений у кількох варіантах, таких як: мінімальний сценарій, стандартний режим видобутку, сценарій максимальних інвестицій.
Без стратегічного планування ми можемо зіштовхнутися з безліччю питань без відповідей, таких як:
- Що станеться, якщо ми будемо добувати більше або менше?
- Що, якщо ефективність збагачувальної фабрики збільшиться або зменшиться?
- Що, якщо ми припинимо зняття розкриву зараз і зменшимо його загальний обсяг?
- Що станеться через 7 (N) років, якщо ми не почнемо розробку цієї ділянки сьогодні?
- Де і коли оптимально розмістити екскаватор?
- Який обсяг розкриву необхідний для видобутку необхідної кількості руди?
- Який мінімальний вміст корисного компонента слід вважати прийнятним, і яку руду з певними показниками якості варто залишити на складі до «кращих часів»?
- І багато інших… Що, зрештою, станеться з нашим прибутком, якщо…?
Відповівши на ці та інші питання, стає можливим вибрати оптимальну стратегію розвитку компанії. Робота з «умовним» планом означає ризикувати втратами або упустити потенційні можливості.
Сподіваємося, нам вдалося переконати читачів, що оптимізація родовищ є важливим елементом успішної роботи за сучасних ринкових умов. Тепер можемо перейти до більш технічних аспектів цього процесу. Модуль Pit Optimizer у програмному комплексі K-MINE створений для того, щоб послідовно супроводжувати користувачів на всіх етапах оптимізаційного проєкту. Кожний етап можна перевірити, згенерувавши і проаналізувавши проміжні результати.
Тепер докладніше розглянемо послідовність завдань у процесі оптимізації.
1. Додавання блочної моделі до проєкту
Щоб розпочати процес оптимізації, необхідно мати блочну модель і топографічну основу, яка відображає поточне положення гірничих робіт у кар’єрі, що потребує оптимізації. Якщо кар’єр ще не розроблений, топографічна основа повинна представляти поверхню ділянки.
Як блочна модель, так і поверхня, представлена у вигляді сітки, мають виходити за межі покладу, щоб не обмежувати зайвим чином можливості оптимізатора.
На першому етапі блочна модель повинна бути обмежена топографічною сіткою. Після виконання цієї операції блочну модель можна додати до проєкту.
Далі визначаємо типи й властивості порід, які будуть використовуватись у проєкті, і виконуємо перерахунок блочної моделі. Це створює детальну інформацію по горизонтах, згруповану за типами порід.
2. Додавання геотехнічних параметрів до проєкту
Мета наступного етапу — визначити кути укосів кінцевого кар’єру. Ці параметри можуть бути задані кількома способами і змінюватися залежно від різних ділянок кар’єру, що значно покращує точність результатів і дозволяє враховувати реальні гірничо-геологічні умови.
Користувачі можуть встановлювати ці параметри кількома способами:
- За азимутом (за векторами): Можна задавати різні кути укосів залежно від визначених азимутів.
- За сіткою (за зонами): Різні кути укосів призначаються згідно з визначеними зонами (мешами). Всередині цих зон також можуть бути визначені окремі області з використанням векторного методу.
- За властивостями блочної моделі: Кути укосів можуть задаватися на основі полів блочної моделі або атрибутів класів матеріалів. Це найбільш поширений метод. Геотехнічні спеціалісти можуть внести конкретні значення для окремих блоків блочної моделі, які потім використовуються тут. Альтернативно, різні властивості можуть бути отримані з блочної моделі та їм можуть бути призначені відповідні значення кутів укосів.
3. Додавання економічних показників
Один із найважливіших етапів у створенні проєкту — економічна оцінка кожного блока, яка є основою для визначення оптимального контуру кар’єру. Перший крок — встановлення коефіцієнтів коригування ціни на кінцевий продукт. Рекомендується використовувати невеликі кроки (від 0,1 до 0,01) у діапазоні від 0,1 до 1,2 (від 10% до 120%). Це забезпечить високу інформативність отриманого набору даних.
У меню кінцевого продукту необхідно налаштувати такі параметри:
- Назва та ціна кінцевого продукту
- Вміст (лише коли вимірюється у грамах на тонну)
- Витрати на переробку
- Бортовий вміст (граничний вміст корисного компонента)
- Коефіцієнт вилучення кінцевого продукту з вихідної руди
У разі, якщо переробка не потрібна, ці поля можуть залишатися незмінними. Окрім того, всі параметри можуть вводитися як фіксовані значення, у вигляді формул або бути безпосередньо отриманими з блочної моделі, що підвищує гнучкість сценаріїв та спрощує їх налаштування.
Для випадків, коли блок містить декілька цінних компонентів, процес може бути налаштований із врахуванням послідовного вилучення мінералів із вихідної руди.
Для покращення зручності користування передбачена можливість налаштування вартості виїмки на території або повного виключення її з оцінювання. Це особливо важливо під час врахування будівель чи інших споруд, розташованих у межах контуру кар’єру.
Витрати на виїмку та транспортування налаштовуються окремо. При цьому транспортні витрати можуть коригуватися по горизонтах, пропорційно збільшуючись зі збільшенням відстані транспортування.
У параметрах розрахунку для визначення чистої приведеної вартості (NPV) та терміну відпрацювання родовища необхідно задати запланований річний обсяг виробництва та ставку дисконтування. Окрім цього, є можливість встановити бажаний розмір граничного прибутку для визначення остаточного контуру кар’єру.
Після завершення цього етапу можна розпочинати розрахунки та переглядати результати.
4. Аналіз і вибір остаточного контуру кар’єру
Після успішного розрахунку результати можна переглядати у кількох форматах:
Табличні дані
Табличні дані можна переглядати в декількох режимах: накопичувальному, диференціальному та приростовому. Великий обсяг даних дозволяє легко оцінити кожен із варіантів, а для більш детального аналізу результати можуть бути експортовані в Excel.
Діаграми
Як і таблиці, діаграми можна представляти у трьох режимах.
Отримані сітки
На основі сформованих груп блоків користувачі можуть створити необхідну кількість сіток, які на цьому етапі планування прийнято називати вкладеними контурами кар’єру (Nested Pit Shells).
Обсяг інформації, доступної для аналізу й вибору кінцевого контуру, є достатньо великим і містить усі необхідні дані для прийняття рішення. Підхід до вибору залежить від конкретних потреб компанії: чи це максимізація короткострокового прибутку, максимальне вилучення запасів, загальний чистий приведений дохід (NPV) або інші пріоритети.
Для більш ретельного й поглибленого аналізу можуть бути використані такі показники, як прибуток, коефіцієнт прибутковості, NPV, маржинальність, обсяг руди в переробці, тривалість експлуатації (LoM), якість, внутрішня норма рентабельності (IRR), термін окупності (DPP), дисконтовані грошові потоки (DCF) та багато інших. Як і будь-який інший проєкт, цей проєкт ґрунтується на фінансових правилах та аналізі.
Наступні кроки є додатковими в процесі визначення оптимального контуру кар’єру й мають ключове значення для стратегічного планування.
5. Створення Pushbacks (етапів відпрацювання)
Для детального планування гірничих робіт, зокрема визначення оптимального обсягу розкриву та видобутку руди за кожний період, необхідно встановити етапи розвитку кар’єру, що відомі як Pushbacks. Для досягнення максимальної ефективності ці етапи рекомендовано використовувати у модулі планування (Scheduling Module). Існує два варіанти створення таких етапів: ручний та автоматичний.
6. Створення календарного плану видобутку
Для попередньої оцінки обсягів видобутку за періодами рекомендовано використовувати планування у модулі оптимізації кар’єру (Pit Optimizer). Воно передбачає створення панелей на основі вкладених контурів кар’єру та горизонтів, які вони перетинають.
7. Аналіз чутливості
Аналіз чутливості відповідає на запитання, як зміниться наш дохід у разі коригування одного з параметрів проєкту оптимізації. Модифікуючи діапазон коливань даних та спостерігаючи за тим, як поводиться прибуток або чиста приведена вартість (NPV), ми можемо робити висновки та впливати на результат.
8. Оцінка зовнішніх контурів
Щоб визначити, наскільки добре задана кінцева поверхня узгоджується з оптимізованим результатом, або порівняти результати кількох проєктів оптимізації, існує можливість додавання зовнішніх контурів до проєкту оптимізації. Ця функція також корисна для порівняння проєктного кінцевого контуру з отриманим контуром кар’єру (Pit Shell).
Крім того, у складі результатів надається детальна інформація щодо кожної з доданих поверхонь у табличному вигляді для порівняння.
Повернімося до питання остаточного контуру кар’єру. Припустимо, ми визначили, що кінцевий контур — це той, де, відповідно до кумулятивного режиму відображення даних, зростання чистої приведеної вартості (NPV) припиняється. Ми обираємо цей контур і створюємо відповідну поверхню, відому як Pit Shell. Але що далі? Як перетворити цей результат на повноцінний проєкт, який враховує всі комунікації, стійкість бортів та інші умови?
Звичайно, можливо вручну креслити контури горизонт за горизонтом — ретельна робота, що потребує значних часових витрат. Якщо потрібні зміни, доведеться переробляти весь проєкт з нуля. Попри ефективність, такий підхід є негнучким і непрактичним. Щоб вирішити ці проблеми, K-MINE розробив рішення під назвою Dynamic Design, що є важливою складовою модуля Open Pit Design.
Основне завдання модуля Open Pit Design — швидке створення кінцевих контурів кар’єру, проміжних етапів (пушбеків), а також регулярних креслень для різних часових періодів. Завдяки автоматичним розрахункам час, необхідний на виконання цих завдань, скорочується в кілька разів — і це не перебільшення! Ще один важливий аспект цього процесу полягає в тому, що при завантаженні збереженого проєкту можливо швидко внести необхідні корективи та перебудувати весь проєкт.
Модуль призначений для роботи не лише з кар’єрами, але й з відвалами. Він дозволяє проєктувати кар’єри як знизу вгору, так і зверху вниз. Мінімальний обсяг даних, потрібних для створення проєкту, включає геотехнічну інформацію — зокрема, перелік горизонтів із зонами (якщо такі є) та початковий контур для побудови. Всі інші налаштування можна задавати безпосередньо у проєкті.
А зараз перейдемо покроково: як перетворити «це» на «ось це»?
Однією з ключових переваг K-MINE є те, що всі модулі функціонують у єдиному середовищі, що дозволяє використовувати задачі з інших модулів під час роботи над комплексним проєктом. Саме це ми зараз і продемонструємо…
Спочатку нам потрібно отримати лінії перетину поверхні з горизонтами. Для цього ми скористаємося задачею «Побудова ізоліній».
Далі нам необхідно згладити отримані ізолінії для точніших побудов.
Після цього нам необхідно вибрати лише ті лінії, які безпосередньо впливають на остаточний контур проєкту. У нашому випадку це лінії, які не повторюють конфігурацію попереднього горизонту. Далі ми уточнюємо їхню форму, забезпечуючи плавність, що підвищує стабільність окремих зон кар’єру.
Наступним кроком безпосередньо в модулі Open Pit Design module створюємо список горизонтів із зонами стійкості.
Далі приймаємо рішення щодо способу побудови остаточного контуру кар’єру — згори донизу чи знизу догори. Важливо пам’ятати: при побудові згори донизу ми не зможемо захопити весь обсяг руди, тому частина її всередині остаточного контуру залишиться в кар’єрі. З іншого боку, якщо будувати кар’єр знизу догори, то можна вилучити весь обсяг руди, але це потребуватиме видалення більшого об’єму порід розкриву, ніж пропонує оптимальна оболонка кар’єру (Pit Shell).
Для вирішення цих завдань існують різні підходи, але остаточний вибір залишається за проєктувальником, що виконує роботу — тут ми не розкриватимемо всіх секретів.
Після цього додаємо базові лінії на відповідні горизонти й отримуємо перший результат після розрахунку.
Наступний крок — налаштування параметрів дороги для кар’єру та визначення початкової точки. У нашому випадку ця точка знаходиться на дні кар’єру, оскільки будівництво здійснюється знизу догори.
Можна додати практично необмежену кількість доріг, залежно від потреб конкретного проєкту. Ми створюємо повороти, зупиняємо дороги у визначених точках, розширюємо або звужуємо їх, адаптуємо до конкретних умов і отримуємо результат за лічені секунди.
Після остаточного визначення доріг ми можемо додати до проєкту топографічну основу й розрахувати результат, враховуючи поверхню та фактичні гірничі роботи. Послідовність дій можна скорегувати, якщо дороги необхідно адаптувати до існуючої системи транспортування у кар’єрі.
Кінцевим результатом є сітка, яка поєднує проєктні рішення з реальними умовами. Крім того, створюються полілінії з можливістю включення лінії перетину двох сіток. За потреби отриману сітку можна використовувати для подальших конструкцій, таких як відвали для розміщення розкривних порід.
Отже, підсумуємо… Використовуючи модулі планування та проєктування у програмному забезпеченні K-MINE, користувачі можуть виконати всі етапи процесу планування. У цій статті ми детально розглянули створення проєкту фінального контуру кар’єру. Як бачите, весь процес є послідовним і не потребує надзвичайних зусиль чи значних витрат часу. Розуміння процесу підвищує впевненість у результатах, а багаторазові ітерації з різними вхідними даними дають змогу оцінити потенційні коливання фінансових показників і меж кар’єру.
Стратегічне планування є надзвичайно важливим і необхідним в умовах сучасної ринкової економіки. Воно надає чітке розуміння того, як реагувати на виклики, що можуть виникнути у майбутньому. Бути попередженим — означає бути готовим.
Підписатися на розсилку 
Підпишіться на K-MINE в LinkedIn