Многоинтервальное планирование горных работ в K-MINE

Каждый опытный руководитель в горнодобывающей отрасли знает, что максимизация прибыли зависит от того, насколько оптимально выполняются горные работы. Другими словами: что необходимо извлекать в данный момент времени, в каком объеме, с каким качеством и куда должен направляться материал. По всему миру тысячи инженеров работают над этим вопросом в каждый момент времени - стремясь минимизировать объемы вскрышных работ при максимальном извлечении полезного ископаемого и учете всех горнотехнических факторов с точки зрения будущего компании.

Ведь никто не хочет остаться без руды, подготовленной к выемке. В этой статье мы наглядно покажем, как задача оптимизации добычи может быть решена с помощью программного обеспечения K-MINE.

Для начала стоит вспомнить основные принципы планирования горных работ и ключевые процессы. Главное правило при планировании - это соблюдение концептуальных принципов компании и поддержание добычи на требуемом уровне по количеству и качеству. Звучит просто, но для обеспечения этого принципа необходимо следовать определенным шагам и процессам при планировании. Концепция планирования основана на непрерывности - один интервал переходит в следующий, и важно учитывать результаты предыдущих этапов планирования для достижения стратегических целей компании. Рассмотрим наглядный пример того, как выглядит цикл планирования.

Если говорить о начальной точке, всё начинается с оптимизации контуров месторождения. Мы уже публиковали статью на эту тему, и вот ссылка для тех, кто хочет глубже разобраться в стратегическом планировании: Оптимизация контуров карьера

Далее мы используем результаты оптимизации для создания этапов разработки (pushbacks). На основе этих этапов мы начинаем строить долгосрочные производственные планы. Результаты - чаще всего каркасы - затем используются в среднесрочном планировании. Наши этапы разработки могут быть модифицированы или уменьшены для обеспечения большей гибкости; в таком виде они называются сокращенными этапами (cutbacks) и ограничиваются результатами предыдущего планового периода. На их основе создаются среднесрочные планы горных работ. После этого аналогичный подход применяется, но с более высокой детализацией, для краткосрочного планирования. Участки становятся еще меньше, при этом значительно больше внимания уделяется деталям их отработки, оборудованию, срокам, взаимодействиям и так далее.

Рассмотрим все эти процессы планирования на наглядном примере, чтобы увидеть, как это может выглядеть с точки зрения лучших практик.

Неотъемлемым этапом планирования является анализ. Улучшение плана невозможно без постоянной оценки фактических результатов и их сравнения с плановыми показателями. Причины отклонений должны быть выявлены, проанализированы и учтены в последующих итерациях разработки плана. С аналитической точки зрения существует несколько подходов, которые обеспечивают прозрачность и оставляют лишь необходимость принятия конкретных решений, направленных на сокращение разрыва между плановыми и фактическими показателями.

Стратегии долгосрочного планирования и автоматический поиск

Мы подробно рассмотрим это в будущих статьях, а сейчас сосредоточимся на нашей основной теме - календарном планировании. Как мы видим, первый этап - это долгосрочное планирование. Для него наиболее часто используемыми входными данными являются спроектированные этапы разработки, представляющие собой завершенные стадии развития карьера. Основная идея долгосрочного планирования - определить, какой этап разработки и в каком объеме необходимо отрабатывать для достижения целей компании. Вот как могут выглядеть спроектированные этапы разработки: они должны четко отражать транспортную сеть и возможность расширения карьера для последующих этапов. Кроме того, каждый этап должен быть продолжением предыдущего - или нескольких сразу. Это создает определенные сложности, но всё решается с помощью динамического проектирования в K-MINE и соответствующей квалификации.

Имея этапы разработки, мы можем переходить к непосредственному этапу планирования. Сначала загружаем блочную модель и определяем участки путем ее ограничения. После этого настраиваем каждый участок - направление отработки, зависимости и другие параметры. Настройка проста и интуитивно понятна. Когда участки готовы, создаем плановые интервалы и переключаемся в режим автоматического поиска. Для долгосрочного планирования это наиболее эффективный и подходящий инструмент.

Несколько слов о том, как работает автоматический поиск. Он оценивает все возможные комбинации для определения решений, соответствующих заданным целевым параметрам. Это означает:

• Чем больше участков мы определяем, тем больше комбинаций системе приходится исследовать
• Чем больше входных ограничений мы задаем - особенно жестких - тем меньше комбинаций остается доступными

Понимание этого помогает запрашивать реально достижимые результаты. Каждый хотел бы извлекать только ценную руду и забыть о вскрышных работах - и некоторые из вас наверняка слышали подобные предложения от экономического отдела, поскольку вскрыша не приносит дохода. Звучит заманчиво, но реальность работает иначе.

Если мы не уверены, какими должны быть реалистичные целевые показатели, мы можем начать с более широких настроек и постепенно уточнять их до достижения жизнеспособного решения. Рассмотрим функционал подробнее - что он умеет - а затем опробуем на практике.

• Задать целевые параметры, применяемые как ко всем интервалам сразу, так и индивидуально к каждому.
• Копировать настройки поиска из одного интервала в другой.
• Создавать уникальные условия для нахождения решений, применять ограничения и задавать конкретные требования.
• Рассчитывать один интервал или группу интервалов одновременно.
• Направлять поиск решения в соответствии с определенными нами критериями.

Теперь рассмотрим, что дают эти возможности на практике. В качестве одного из вариантов первый расчет можно выполнить с поиском, сфокусированным только на полезном ископаемом, без применения дополнительных ограничений - просто чтобы увидеть, где алгоритм определяет руду. Но этот результат не будет окончательным - его нужно будет доработать. Суть в том, что поскольку мы не ограничивали объемы вскрыши, в одних периодах будут избыточные объемы вскрышных работ, а в других - недостаточные.

Например, вот какой результат мы можем получить. Данные показаны в режиме графиков, что облегчает их интерпретацию. В K-MINE вы всегда можете построить график при наличии табличных данных. Это касается любых данных, что полезно как для геологии, так и для планирования.

Из этого графика хорошо видно, какой объем вскрыши необходимо отработать для достижения определенных целевых показателей по руде. Следующим шагом может быть попытка выровнять темпы вскрышных работ. Для этого достаточно добавить нужные значения в целевые параметры поиска. Результат может выглядеть так:

Как мы видим, темпы вскрышных работ действительно выровнялись, что является положительным результатом. Для достижения еще более равномерного результата можно применить более жесткие ограничения, но важно помнить, что целевые показатели должны оставаться реалистичными. Незначительные колебания допустимы на уровне среднесрочного планирования, так как они будут сбалансированы в последующих циклах.

Каждый план также должен быть подкреплен уверенностью в параметрах качества. Качество может быть добавлено как дополнительный целевой параметр, и в этом случае график примет следующий вид:

Качество взято под контроль, за исключением одного интервала, где целевой показатель оказался недостижимым. На графике также видно, что объем вскрыши тоже изменился. Всё это - нормальная часть поиска оптимального плана транспортировки горной массы. Такой подход помогает отслеживать поведение плана и его реакцию на различные входные параметры. С этим пониманием - и ощущением «что будет, если…» - мы продолжаем совершенствовать план до достижения оптимального результата.

Теперь несколько рекомендаций для ситуаций, когда целевые показатели всё же не удается достичь. Наиболее распространенная причина - нехватка доступных комбинаций для солвера. Снижение требований, как правило, не вариант, потому что руководство всегда ожидает отличный план. Поэтому наш единственный выбор - увеличить вариативность.

Это означает:

1. Пересмотреть этапы разработки. Если этап содержит зоны с избыточной шириной, разделите его на сокращенные контуры и уменьшите его объем. Это позволяет быстрее добраться до руды, поскольку требуемый объем вскрыши уменьшается.
2. Пересмотреть параметры отработки этапа. В некоторых случаях добавление оборудования для ускорения вскрышных работ может помочь. После вскрытия руды интенсивность может вернуться к желаемому уровню.
3. Простейшее решение для любого инженера - нацелиться на руду, ближайшую к поверхности, и заставить систему вести отработку именно там. Но это приводит к ситуации, когда в последующих периодах объемы вскрыши должны расти экспоненциально. Что делать? Например, предположим, что этап 1 уже вскрыт и дает руду, этап 2 находится в стадии вскрышных работ, а этап 3 - следующий. Если мы видим, что в 5-м периоде потребуется значительный скачок вскрыши для достижения целевых показателей, мы можем начать постепенно наращивать объемы вскрышных работ уже с 1-го периода. Это позволит подойти к 5-му периоду без резких скачков. Важно видеть полную картину - не только первые несколько лет, но весь срок эксплуатации месторождения - для обеспечения стабильной подачи руды на фабрику.
4. На практике мне часто приходилось намеренно замедлять разработку зон с высоким содержанием, чтобы сохранить гибкость для будущего шихтования. Другими словами, важно отслеживать среднее содержание по месторождению и не превышать его слишком рано. Применяя эти простые принципы, любой инженер может достичь требуемых целевых показателей.

Переход к среднесрочному планированию

Когда целевые показатели достигнуты, мы переходим к следующему этапу планирования - среднесрочному. Что необходимо для корректного перехода? Нам нужны результаты долгосрочного плана, которые в нашем случае представлены каркасами. Мы экспортируем каркасы и «нарезаем» их на новые участки.

Наш модуль календарного планирования также позволяет быстро переходить между этапами планирования. Достаточно открыть контекстное меню нужного интервала в поиске решений и выбрать «Создать сценарий на основе результатов». Это создаст новый сценарий, содержащий только те этапы разработки, которые были задействованы в выбранном интервале, и только в том объеме, который был фактически отработан. Далее можно продолжить построение более детального плана.

На этом мы завершаем рассмотрение возможностей долгосрочного планирования. В большинстве случаев среднесрочное планирование отличается от долгосрочного только добавлением ограничений по оборудованию. Другими словами, если ваш долгосрочный план структурирован по отдельным годам, а не по пятилетним блокам, следующий шаг - проверить, может ли он быть выполнен имеющимся парком техники.

Как это сделать? Простейший подход - рассчитать производительность каждой единицы оборудования и определить, где она должна работать. Среднесрочное планирование требует более высокой детализации, что часто означает корректировку размеров участков для более удобного управления - теперь мы также должны учитывать, где оборудование будет физически размещено. Если участок должен развиваться быстро в соответствии с долгосрочным планом, для него может потребоваться более одной машины, поэтому ширина должна это позволять. Это можно сделать в Excel или через наш плагин. Модуль календарного планирования уже позволяет размещать экскаваторы на участках, контролировать их работу и перемещать при необходимости.

Если участок развивается медленно, нет смысла удерживать оборудование на нем в течение всего интервала. Можно назначить менее производительную единицу или временно перебросить машину с соседнего участка. Именно такие вопросы решаются на этапе среднесрочного планирования. Долгосрочный план должен быть выполнимым.

Если долгосрочные целевые показатели не могут быть достигнуты в рамках среднесрочных ограничений, это не проблема. Мы можем просто скорректировать долгосрочный план на основе выводов, полученных при среднесрочном планировании. Опытные горные инженеры уже на этапе долгосрочного проектирования думают о реализуемости на среднесрочном горизонте. Это может упростить среднесрочный этап или даже устранить его необходимость. Такое случается, когда долгосрочный план создается с высокой детализацией - с использованием реального оборудования и годовых интервалов, а не пятилетних циклов. Пятилетние блоки всё еще могут использоваться на поздних стадиях, не нарушая среднесрочный процесс.

Среднесрочное планирование подтверждает, что долгосрочный план может быть выполнен с имеющимся парком техники и технологиями. Другими словами, на этом этапе появляются тактические элементы - как именно компания будет достигать своих долгосрочных целей в течение ближайших 5-10 лет. Избыточная детализация не требуется; достаточно подтвердить концептуальную реализуемость.

Графики транспортировки горной массы должны оставаться относительно равномерными, без значительных пиков, и поддерживать как количество, так и качество руды. В целом они должны соответствовать долгосрочному плану. Что касается оборудования, учитываются только крупные ремонты, влияющие на производство - как правило, продолжительностью от двух недель и более (этот порог может варьироваться в зависимости от опыта инженера). Результатами данного этапа являются таблицы, графики, каркасы и полилинии при необходимости.

На этом мы переходим к заключительному этапу планирования - краткосрочному.

На данном этапе планирования детализация крайне важна. Здесь необходимо учесть максимально возможное количество эксплуатационных условий и увязать основные процессы между собой.

К таким процессам могут относиться, например:

• Маркшейдерская съемка блока перед бурением
• Зачистка и подготовка блока
• Повторная съемка и передача данных для проектирования + проектирование блока
• Зарядка
• Взрыв
• Начало экскавации

Все эти процессы знакомы горным инженерам, и задача планировщика - связать их в скоординированный рабочий процесс для обеспечения системной отработки в краткосрочном периоде. Типичный краткосрочный период - один месяц - это временной отрезок, который должен быть спланирован с максимальной детализацией. В целом краткосрочное планирование может охватывать от трех месяцев до двух лет, в зависимости от различных факторов, таких как размер месторождения. Поэтому мы должны понимать распределение оборудования в каждый момент выполнения плана, плюс как минимум на месяц вперед.

Это наиболее сложный этап планирования. Он требует больше всего времени из-за количества влияющих факторов, непредвиденных событий и динамичного характера горных работ.

Рассмотрим, что необходимо настроить в проекте календарного планирования для перехода в режим краткосрочного планирования:

1. Плановые периоды. Настройте их в соответствии с требованиями. В большинстве случаев используется комбинированная структура: один месяц с разбивкой по дням, следующие два месяца - по неделям, а оставшиеся месяцы года - помесячно. Таким образом каждый период плавно переходит в следующий. Дополнительно может быть добавлен годовой уровень с разбивкой по кварталам.

2. Корректировка участков планирования. Это переход от более крупных результатов по периодам или этапов разработки к более мелким, детальным «сегментам» участков.

3. Задать новую последовательность отработки участков и настроить их параметры.
4. Спроектировать и применить транспортную сеть.
5. Настроить пункты разгрузки и направления на обогатительную фабрику.
6. Добавить экскаваторы, задать их производительность, определить периоды ремонтов и установить последовательность экскавации.
7. Скорректировать параметры отработки по результатам планирования.

Далее, на основе настроенного сценария, экскаваторы начинают отрабатывать месторождение, и мы сможем отслеживать положения забоев и объем извлеченного материала в каждый день плана. После этого анализируем полученные результаты и вносим корректировки при необходимости.

Стоит также отметить, что в краткосрочном планировании также может использоваться автоматизированный подход с поиском оптимальной последовательности отработки. В этом случае перед назначением экскаваторов можно запустить автоматический расчет, чтобы проверить, достижимы ли желаемые суточные показатели.

Анализ результатов для непрерывного улучшения

• Как должны выглядеть результаты нашего планирования?
• Что мы должны видеть четко и прозрачно?
• Что свидетельствует об успешности плана?

Все ответы находятся на этапе анализа результатов. Первый и наиболее показательный результат - это основной график горной массы (RoM). Детальная оценка всех результатов должна проводиться только после того, как планировщик удовлетворен этим графиком. Если нет, анализ должен проводиться в обратном направлении - для выявления того, что не позволяет плану достичь намеченных целевых показателей.

Рассмотрим график.

Он может выглядеть примерно так. Ключевое требование - он должен включать все основные показатели: объем полезного ископаемого, объем вскрыши и качество. Дополнительно можно добавить разбивку по типам пород, что делает график еще более информативным.

В нашем стандартном пакете этот график включен по умолчанию, поскольку является одним из основных выходных данных. Мы также предоставляем графики, показывающие распределение добычи - по экскаваторам или по участкам. Эта информация помогает определить на общем уровне, правильно ли структурирован план.

Эти графики «живые» - мы можем выбрать любой показатель для визуализации, и данные обновятся мгновенно. Следующий вид аналитического результата - таблицы - наиболее детальная и объемная часть, поскольку они содержат все нюансы и ответы на большинство вопросов.

У нас есть несколько подготовленных отчетов, и они показывают следующее:

1. Отчет о работе экскаваторов на участках. Он показывает для каждого временного интервала, какой экскаватор извлек какой объем материала и с каким качеством.
2. Отчет об участии участков в процессе транспортировки. Он показывает, с какого участка и уступа, в каком периоде, какой объем и качество материала было транспортировано.
3. Отчеты по транспортной сети. Они крайне важны, и основное внимание при анализе должно быть сосредоточено именно на них. 3.1 Отчет с группировкой по точкам погрузки и типам материалов. Эти два показателя разделены. Все остальные - выемочное оборудование, пункты разгрузки и т.д. - сгруппированы, а числовые значения рассчитаны методом средневзвешенных или кумулятивных величин в зависимости от показателя. 3.2 Отчет с группировкой по пунктам разгрузки, со всеми остальными показателями, агрегированными аналогично предыдущему пункту. 3.3 Отчет с группировкой по типам материалов. 3.4 Отчет по транспортировке материала со складов на обогатительную фабрику. 3.5 Общий отчет, объединяющий все данные по горным интервалам.

Отчеты раздела 3 также рассчитывают дополнительные параметры: тонно-километры перевозки (ТКМ), высоту подъема и расстояние транспортировки. Эти параметры являются одними из наиболее важных для анализа и принятия решений. При необходимости любая результирующая таблица может быть использована для построения графика или экспорта в Excel для более глубокого анализа.

Еще одна полезная функция - возможность создания виртуальных столбцов. Эти столбцы могут содержать любую формулу для дальнейших расчетов - вплоть до расчета выхода конечного продукта. Для этого нужна лишь зависимость между качеством материала и коэффициентом извлечения, а также сам коэффициент извлечения и другие дополнительные параметры.

Одна из особых возможностей нашего модуля планирования - транспортная сеть. Она настроена таким образом, чтобы удовлетворять все заданные ограничения при выборе кратчайшего маршрута транспортировки.

Эта задача универсальна: она может оценить любой настроенный сценарий, включая ограничения по качеству на складах или фабрике, максимальную вместимость склада за интервал и многое другое. Она также может автоматически распределять транспортные потоки между складами в соответствии с критериями оптимальности.

Подведем итог - что дает комплексный подход к планированию в K-MINE:

1. Полное покрытие всего цикла планирования горных работ - от долгосрочного стратегического планирования до еженедельных и суточных краткосрочных планов, включая проектную документацию.
2. Плавный переход от одного этапа планирования к другому.
3. Детальная, прозрачная информация для анализа результатов и принятия обоснованных решений в сложных ситуациях благодаря выполнению полного цикла планирования в одной среде.
4. Отсутствие необходимости в нескольких программных продуктах или конвертации форматов данных для поддержания непрерывности рабочего процесса.
5. Максимизация рентабельности за счет выбора оптимального сценария разработки - достигается с помощью модулей планирования и проектирования и возможности создания многочисленных сценариев.
6. Стабилизация качества руды, поступающей на обогатительную фабрику, снижение производственных затрат благодаря улучшенному шихтованию.
7. Повышение эффективности работы оборудования за счет минимизации непроизводительных перегонов.
8. Дополнительные возможности, обеспечиваемые интеграцией всех модулей в единой среде, построенной на единой базе данных.
9. Снижение рисков и негативных последствий за счет раннего выявления потенциальных проблем и своевременных корректирующих мер.
10. Максимизация извлечения запасов за счет оптимального проектирования отработки - и многое другое.