К настоящему времени большинство специалистов, вероятно, знакомы с концепцией оптимизации карьера, особенно в части выбора оптимального конечного контура для открытых горных работ. Тем, кто считает этот процесс необязательным, рекомендуем внимательнее ознакомиться с данной статьёй.
Здесь мы опишем необходимость этого процесса, последствия его игнорирования, а также поделимся ценными рекомендациями и знаниями, доступными в программном комплексе K-MINE. Мы предоставляем инструменты для квалифицированных инженеров, расширяем знания в различных областях для улучшения принятия решений и помогаем сделать будущее более предсказуемым.
Любая компания, стремящаяся увеличить прибыль, контролировать денежные потоки и обеспечить свой долгосрочный успех, не может обойтись без построения надёжных долгосрочных финансовых моделей. Для горнодобывающих компаний основой такого финансового прогнозирования является стратегическое планирование — создание финансовой оценки всего жизненного цикла горного предприятия. Но что лежит в основе этого процесса? Разумеется, извлечение горной массы в ходе отработки месторождения.
Необходимо учитывать максимальное количество факторов, не погружаясь в излишние детали. Чрезмерная детализация может затруднить процесс стратегического планирования, особенно когда исходные данные постоянно меняются.
Итак, что именно необходимо учитывать?
- Начальные инвестиции для запуска операций. Сюда входят капитальные затраты на приобретение (или расконсервацию) оборудования, договоры с подрядчиками, осушение участка, строительство обогатительной фабрики и создание инфраструктуры. По сути — все значительные первоначальные затраты, необходимые для начала работ.
- Оценка операционных затрат. Здесь крайне важно соблюсти правильный баланс — не завышать и не занижать затраты. Зачастую это наиболее влияющий фактор. После определения затрат их следует сопоставить с аналогичными предприятиями, работающими в регионе. Подобные данные часто доступны в открытых источниках.
- Амортизация и замена оборудования. Для существующего оборудования и операций, где срок эксплуатации месторождения превышает 15 лет, необходимо планировать амортизационные расходы и возможную замену дорогостоящего оборудования в течение срока реализации проекта.
- Налоги. Налоговые ставки могут значительно варьироваться в зависимости от страны ведения деятельности.
- Прочие соображения. В определённых регионах следует учитывать дополнительные расходы на риски, такие как хищения, меры безопасности и увеличенные затраты из-за тяжёлых условий эксплуатации, среди прочего.
В данной статье мы сосредоточимся преимущественно на втором пункте: получении оптимального конечного контура карьера — как определить его среди множества вариантов и спроектировать с учётом максимального числа влияющих факторов. Результат этого этапа, как часть стратегического планирования, напрямую влияет на общую рентабельность компании, жизненный цикл месторождения, периодические денежные потоки и многое другое.
Перейдём непосредственно к процессу оптимизации.
Для начала — что это такое? Допустим, у нас есть месторождение.
Первый вопрос перед началом любых работ: Насколько выгодно его разрабатывать? Второй: До какой глубины следует вести добычу? Третий: Какими будут объёмы производства?
Хороший знак, когда подобных вопросов возникает много, ведь именно они составляют основу для построения стратегии горных работ. Подходы к оптимизации месторождений предназначены для определения общего объёма материала, подлежащего извлечению за все периоды отработки. Остальные соображения во многом будут зависеть от размеров карьера.
Итак, что такое оптимизация?
С точки зрения программного обеспечения, оптимизация — это определение предельного конечного контура карьера на основе набора критериев, заданных пользователем. Эти критерии определяются опытом и интуицией пользователя. В общем случае процесс нахождения предельного контура карьера включает оценку каждого блока в блочной модели для принятия решения о его включении в отрабатываемое пространство. Для этого разработаны различные подходы и математические алгоритмы, но наиболее широко используется алгоритм Лерча-Гроссмана. Это объясняется тем, что он охватывает наибольший диапазон возможностей и исключает минимальное количество факторов, обеспечивая наиболее точные результаты.
Что даёт этот алгоритм?
Он рассчитывает рентабельность каждого блока, которая затем увязывается через результирующие устойчивые углы. Блоки, совокупно дающие положительный результат, включаются в итоговое решение. Наиболее распространённый метод генерации диапазона вариантов — использование поправочного коэффициента цены конечного продукта.
Упрощённая демонстрация работы алгоритма Лерча-Гроссмана. В программном обеспечении K-MINE, в модуле Pit Optimizer, реализован усовершенствованный алгоритм Pseudo Flow. Этот алгоритм основан на методе Лерча-Гроссмана, но был улучшен и ускорен.
Что касается периодичности выполнения оптимизации месторождения, рекомендуется проводить этот процесс не реже одного раза в год, с обновлением и уточнением экономических показателей и любых других параметров, которые могли измениться.
Кроме того, если какой-либо ключевой участник процесса оптимизации претерпевает существенные изменения, рекомендуется немедленная переоптимизация с оперативной корректировкой горных работ, если того требуют обстоятельства. В противном случае это может привести к значительному ухудшению экономического положения компании. Такой подход обеспечивает вашу осведомлённость и готовность к вызовам, связанным с изменениями рыночного спроса и предложения.
Подводя итог — что мы имеем?
Стратегическое планирование горных работ — это первый этап процесса планирования. Его основная цель — определить оптимальную стратегию развития карьера. Исходя из целей компании, должны быть достигнуты следующие результаты:
- Максимизация ЧДД (чистого дисконтированного дохода)
- Максимизация срока эксплуатации месторождения
- Максимизация извлекаемых запасов
- Минимизация капитальных вложений
- Минимизация срока окупаемости
- Максимизация качества конечного продукта
- Минимизация себестоимости конечного продукта
Разумеется, достижение баланса между этими параметрами является ключевым.
Основным результатом стратегического планирования является план жизненного цикла, который может быть представлен в нескольких вариантах, таких как:
Минимальный сценарий, Стандартный режим производства, Сценарий максимальных инвестиций
Без стратегического планирования мы можем столкнуться с вопросами, на которые нет ответов:
- Что произойдёт, если мы будем добывать больше или меньше?
- Что если производительность обогатительной фабрики увеличить или уменьшить?
- Что если прекратить вскрышные работы сейчас и сократить их общий объём?
- Что произойдёт через 7 (N) лет, если мы не начнём работы на данном участке сегодня?
- Где и когда лучше всего разместить экскаватор?
- Сколько вскрыши необходимо для извлечения требуемого объёма руды?
- Какое содержание следует считать минимальным, и какую руду с определёнными качественными показателями следует складировать для «лучших времён»?
- И многое другое… В конечном счёте — что будет с нашей прибылью, если…?
Ответив на все эти и другие вопросы, можно выбрать стратегию развития компании. Работа с «неявным» планом означает риск убытков или упущенных возможностей.
Надеемся, мы убедили читателей, что оптимизация месторождения является неотъемлемой частью успешной работы в современных рыночных условиях. Теперь можно перейти к более техническим аспектам этого процесса. Модуль Pit Optimizer в ПО K-MINE предназначен для пошагового сопровождения пользователей при создании проекта оптимизации. Каждый этап может быть верифицирован, а промежуточные результаты — сформированы и проверены.
Рассмотрим подробнее последовательность задач в процессе оптимизации.
1. Добавление блочной модели в проект
Для начала процесса оптимизации необходимы блочная модель и топографическая основа, отражающая текущее положение горных работ в карьере, подлежащем оптимизации. Если карьер ещё не разрабатывается, топографическая основа должна представлять поверхность участка.
Как блочная модель, так и поверхность, представленная в виде триангуляционной сетки (mesh), должны выходить за пределы границ месторождения, чтобы не ограничивать возможности оптимизатора без необходимости.
В качестве первого шага блочная модель должна быть ограничена топографической поверхностью. После завершения этого этапа блочная модель может быть добавлена в проект.
Далее определяем типы пород и свойства, которые будут использоваться в проекте, и выполняем расчёт блочной модели. При этом формируется детальная информация по горизонтам, сгруппированная по типам пород.
2. Добавление геотехнических параметров в проект
Цель следующего шага — определение результирующих углов откосов бортов карьера. Они могут быть заданы несколькими способами и могут варьироваться на различных участках карьера, что значительно повышает точность результатов с учётом реальных горнотехнических условий.
Пользователи могут задать эти параметры несколькими методами:
- По азимуту (по векторам): Различные углы откосов могут быть назначены на основании заданных азимутов.
- По поверхности (по областям): Различные углы откосов назначаются в соответствии с определёнными поверхностями (mesh). Внутри этих поверхностей также могут быть выделены отдельные зоны с использованием метода векторов.
- По свойствам блочной модели: Углы откосов могут устанавливаться на основе полей блочной модели или атрибутов классов материалов. Это наиболее часто используемый метод. Геотехнические специалисты могут вводить конкретные значения для определённых блоков в блочной модели, которые затем применяются здесь. Альтернативно, из блочной модели могут быть получены различные свойства, которым назначаются соответствующие значения углов откосов.
3. Добавление экономических показателей
Один из наиболее важных этапов создания проекта — экономическая оценка каждого блока, которая является основой для определения предельного контура карьера. Первый шаг — определение поправочных коэффициентов цены конечного продукта. Рекомендуется использовать малые приращения (в диапазоне от 0,1 до 0,01) в пределах от 0,1 до 1,2 (от 10% до 120%). Это обеспечивает высокую информативность получаемого набора данных.
В меню конечного продукта необходимо настроить следующие параметры:
- Наименование и цена конечного продукта
- Содержание (только при измерении в граммах на тонну)
- Затраты на переработку
- Бортовое содержание
- Коэффициент извлечения конечного продукта из исходной руды
В случаях, когда переработка не требуется, эти поля можно оставить без изменений. Кроме того, все параметры могут вводиться как фиксированные значения, формулы или выбираться непосредственно из блочной модели, что повышает гибкость сценариев и упрощает их настройку.
Для случаев, когда блок содержит несколько полезных компонентов, процесс может быть настроен с учётом последовательного извлечения минералов из исходной руды. Для повышения удобства работы предусмотрена возможность задать стоимость экскавации участка или полностью исключить её из оценки. Это особенно актуально при учёте зданий или иных сооружений, расположенных в пределах контура карьера.
Стоимость экскавации и транспортировки настраивается раздельно. Транспортные расходы также могут корректироваться по горизонтам, увеличиваясь пропорционально расстоянию перевозки.
В параметрах расчёта для определения ЧДД (чистого дисконтированного дохода) и срока эксплуатации месторождения необходимо указать расчётный годовой объём производства и ставку дисконтирования. Дополнительно предусмотрена возможность задать желаемый размер маржинальной прибыли для определения предельного контура карьера.
По завершении данного этапа можно приступить к расчётам и ознакомиться с результатами.
4. Анализ и выбор конечного контура карьера
После успешного расчёта результаты могут быть представлены в нескольких форматах:
Табличные данные
Табличные данные могут отображаться в нескольких режимах — Накопительном, Дифференциальном и Инкрементальном. Объём данных позволяет легко оценить каждый вариант, а для более глубокого анализа результаты могут быть экспортированы в Excel.
Графики
Графики, как и таблицы, могут быть представлены в трёх режимах.
Результирующие поверхности
На основе сформированных групп блоков пользователи могут создать необходимое количество поверхностей, которые на данном этапе планирования обычно называются вложенными оболочками карьера (Nested Pit Shells).
Объём данных, доступных для анализа и выбора предельного контура, обширен и достаточен для принятия решения. Подход к выбору зависит от конкретных потребностей каждой компании — будь то максимизация краткосрочной прибыли, максимизация извлекаемых запасов, общего ЧДД или других приоритетов.
Для более детального и углублённого анализа могут использоваться следующие показатели: Прибыль, Коэффициент прибыли, ЧДД, Маржа, Объём руды в переработке, Срок эксплуатации, Качество, ВНР (внутренняя норма рентабельности), Дисконтированный срок окупаемости, ДДП (дисконтированный денежный поток) и многие другие. Как и любой другой проект, данный подчиняется финансовым правилам и анализу.
Следующие этапы являются дополнительными к процессу определения предельного контура карьера и необходимы для стратегического планирования.
5. Создание этапов развития карьера (Pushbacks)
Для детального планирования горных работ, в частности для определения оптимального объёма вскрыши и руды на каждый период, необходимо определить фазы развития карьера, известные как этапы отработки (Pushbacks). Для максимальной эффективности эти этапы рекомендуется использовать в модуле календарного планирования (Scheduling). Существуют два варианта создания pushbacks: ручной и автоматический.
6. Создание календарного плана
Для предварительной оценки извлечения материала по периодам рекомендуется использовать календарное планирование в модуле Pit Optimizer. Оно структурировано для создания панелей на основе оболочек конечного контура и горизонтов, которые они пересекают.
7. Анализ чувствительности
Анализ чувствительности отвечает на вопрос, как изменится наш доход при корректировке одного из параметров проекта оптимизации. Изменяя диапазон колебаний данных и наблюдая за поведением прибыли или ЧДД, мы делаем выводы и влияем на результат.
8. Оценка внешних контуров
Для оценки того, насколько хорошо заданная поверхность конечного контура соответствует нашему оптимизированному результату, или для сравнения результатов нескольких проектов оптимизации, предусмотрена возможность добавления внешних контуров в проект оптимизации. Эта функция также полезна для сравнения спроектированного предельного контура с сгенерированной оболочкой карьера (Pit Shell).
Кроме того, в составе результатов предоставляется детальная информация по каждой из добавленных поверхностей в табличной форме для сравнения.
Вернёмся к конечному контуру карьера. Предположим, мы определили, что предельный контур карьера — это тот, при котором в режиме отображения накопительных данных ЧДД перестаёт расти. Мы выбираем этот контур и создаём поверхность, известную как оболочка карьера (Pit Shell). Но что дальше? Как превратить этот результат в полноценный проект, учитывающий все коммуникации, устойчивость и прочие условия?
Разумеется, можно вручную прорисовать горизонт за горизонтом — кропотливая задача, требующая значительного времени. При необходимости внесения изменений весь проект пришлось бы переделывать заново. Такой подход, хотя и работает, является негибким и непрактичным. Для решения этих задач K-MINE разработал решение Dynamic Design, являющееся ключевой частью модуля проектирования карьеров (Open Pit Design).
Назначение модуля проектирования карьеров — обеспечить быстрое создание контуров конечного карьера, фаз pushback и чертежей для различных временных периодов. Благодаря автоматизированным расчётам необходимое время сокращается в несколько раз — и это не преувеличение! Ещё один важный аспект этого процесса — при загрузке сохранённого проекта можно внести необходимые корректировки и быстро перестроить проект.
Модуль предназначен для работы не только с карьерами, но и с отвалами. Он позволяет проектировать карьеры как снизу вверх, так и сверху вниз. Минимальные данные, необходимые для построения проекта, включают геотехнические данные — а именно, список горизонтов с зонами (при их наличии) и начальный контур для построения. Всё остальное может быть настроено непосредственно в проекте.
Теперь рассмотрим пошагово: как превратить «это» в «то»?
Одно из ключевых преимуществ K-MINE заключается в том, что все модули работают в единой среде, что позволяет использовать задачи из других модулей при работе над комплексным проектом. Именно это мы и продемонстрируем далее…
Прежде всего необходимо получить линии пересечения поверхности с горизонтами. Это делается с помощью задачи «Создание изолиний».
Далее наши изолинии необходимо сгладить для более точных построений.
После этого необходимо выбрать только те линии, которые повлияют на проект конечного контура. В нашем случае это линии, не повторяющие конфигурацию предыдущего горизонта. Затем мы уточняем их внешний вид для достижения плавности, повышая устойчивость на определённых участках карьера.
Далее, непосредственно в модуле проектирования карьеров (Open Pit Design), создаём список горизонтов с зонами устойчивости.
Принимаем решение, как строить конечный контур карьера — снизу вверх или сверху вниз. Важно помнить, что при построении сверху вниз мы не сможем охватить весь объём руды, что означает — часть руды в пределах предельного контура останется в карьере. С другой стороны, при построении снизу вверх мы можем охватить полный объём руды, но для этого потребуется удалить больше вскрыши, чем предполагает оптимальная оболочка карьера (Pit Shell).
Для решения этих задач существуют различные подходы, но окончательный выбор остаётся на усмотрение проектировщика, выполняющего работу — мы не будем раскрывать все секреты.
Далее добавляем базовые линии к соответствующим горизонтам и получаем первый результат после расчёта.
Следующий шаг — настройка параметров транспортных дорог карьера и добавление начальной точки, которая в нашем случае расположена на дне карьера, поскольку построение ведётся снизу вверх.
Количество дорог, которое можно добавить, практически не ограничено и зависит от потребностей конкретного проекта. Мы добавляем повороты, останавливаем дороги в определённых точках, расширяем или сужаем их, адаптируем к конкретным условиям — и получаем результат за считанные секунды.
После завершения работы с дорогами можно добавить в проект топографическую основу и выполнить расчёт с учётом поверхности и фактических горных работ. Последовательность действий может быть скорректирована, если дороги необходимо адаптировать к существующей транспортной системе карьера.
Конечный результат — поверхность, интегрирующая проект с фактическими условиями. Дополнительно создаются полилинии, а также имеется возможность включить линию пересечения двух поверхностей. Результирующая поверхность может быть использована для дальнейших построений, например, отвалов для вскрышных пород.
Резюме
Используя модули планирования и проектирования в K-MINE, пользователи могут выполнить все этапы процесса планирования. В данной статье мы подробно рассмотрели создание проекта конечного контура карьера. Как видно, весь процесс является последовательным и не требует чрезмерных усилий или значительных затрат времени. Понимание процесса повышает уверенность в результатах, а многократные итерации с различными данными дают представление о возможных колебаниях финансовых показателей и границ карьера.
Стратегическое планирование критически важно и необходимо в условиях современной рыночной экономики. Оно обеспечивает чёткое понимание того, как реагировать на вызовы, которые может принести будущее. Предупреждён — значит вооружён.
