Багатоінтервальне планування гірничих робіт у K-MINE

Кожен досвідчений керівник у гірничодобувній галузі знає, що максимізація прибутку залежить від того, наскільки оптимально виконуються гірничі роботи. Іншими словами: що саме потрібно видобувати в певний момент часу, в якому обсязі, з якою якістю і куди має спрямовуватися матеріал. По всьому світу тисячі інженерів працюють над цим питанням у кожну мить - прагнучи мінімізувати обсяги розкривних робіт при максимальному вилученні корисної копалини та врахуванні всіх гірничотехнічних факторів з огляду на майбутнє компанії.

Адже ніхто не хоче залишитися без руди, підготовленої до виїмки. У цій статті ми наочно продемонструємо, як задачу оптимізації видобутку можна розв’язати за допомогою програмного забезпечення K-MINE.

Для початку варто нагадати основні принципи планування гірничих робіт та ключові процеси. Головне правило при плануванні - дотримання концептуальних принципів компанії та підтримання видобутку на необхідному рівні за кількістю та якістю. Звучить просто, але для забезпечення цього принципу необхідно дотримуватися певних кроків і процесів під час планування. Концепція планування базується на безперервності - один інтервал переходить у наступний, і важливо враховувати результати попередніх етапів планування для досягнення стратегічних цілей компанії. Розглянемо наочний приклад того, як виглядає цикл планування.

Якщо говорити про початкову точку, все починається з оптимізації контурів родовища. Ми вже публікували статтю на цю тему, і ось посилання для тих, хто хоче глибше розібратися у стратегічному плануванні: Оптимізація контурів кар’єру

Далі ми використовуємо результати оптимізації для створення етапів розробки (pushbacks). На основі цих етапів ми починаємо будувати довгострокові виробничі плани. Результати - найчастіше каркаси - потім використовуються у середньостроковому плануванні. Наші етапи розробки можуть бути модифіковані або зменшені для забезпечення більшої гнучкості; у такому вигляді вони називаються скороченими етапами (cutbacks) і обмежуються результатами попереднього планового періоду. На їх основі створюються середньострокові плани гірничих робіт. Після цього аналогічний підхід застосовується, але з вищою деталізацією, для короткострокового планування. Ділянки стають ще меншими, при цьому значно більше уваги приділяється деталям їх відпрацювання, обладнанню, термінам, взаємодіям тощо.

Розглянемо всі ці процеси планування на наочному прикладі, щоб побачити, як це може виглядати з точки зору найкращих практик.

Невід’ємним етапом планування є аналіз. Покращення плану неможливе без постійної оцінки фактичних результатів та їх порівняння з плановими показниками. Причини відхилень мають бути виявлені, проаналізовані та враховані в подальших ітераціях розробки плану. З аналітичної точки зору існує кілька підходів, які забезпечують прозорість і залишають лише необхідність прийняття конкретних рішень, спрямованих на скорочення розриву між плановими та фактичними показниками.

Стратегії довгострокового планування та автоматичний пошук

Ми детально розглянемо це в майбутніх статтях, а зараз зосередимося на нашій основній темі - календарному плануванні. Як бачимо, перший етап - це довгострокове планування. Для нього найчастіше використовуваними вхідними даними є спроєктовані етапи розробки, що являють собою завершені стадії розвитку кар’єру. Основна ідея довгострокового планування - визначити, який етап розробки і в якому обсязі необхідно відпрацьовувати для досягнення цілей компанії. Ось як можуть виглядати спроєктовані етапи розробки: вони мають чітко відображати транспортну мережу та можливість розширення кар’єру для подальших етапів. Крім того, кожний етап має бути продовженням попереднього - або кількох одразу. Це створює певні складнощі, але все вирішується за допомогою динамічного проєктування в K-MINE та відповідної кваліфікації.

Маючи етапи розробки, ми можемо переходити до безпосереднього етапу планування. Спочатку завантажуємо блокову модель та визначаємо ділянки шляхом її обмеження. Після цього налаштовуємо кожну ділянку - напрямок відпрацювання, залежності та інші параметри. Налаштування просте та інтуїтивно зрозуміле. Коли ділянки готові, створюємо планові інтервали та переключаємося в режим автоматичного пошуку. Для довгострокового планування це найефективніший та найдоречніший інструмент.

Кілька слів про те, як працює автоматичний пошук. Він оцінює всі можливі комбінації для визначення рішень, що відповідають заданим цільовим параметрам. Це означає:

• Чим більше ділянок ми визначаємо, тим більше комбінацій системі доводиться досліджувати
• Чим більше вхідних обмежень ми задаємо - особливо жорстких - тим менше комбінацій залишається доступними

Розуміння цього допомагає запитувати реально досяжні результати. Кожен хотів би видобувати лише цінну руду і забути про розкривні роботи - і дехто з вас напевно чув подібні пропозиції від економічного відділу, оскільки розкрив не приносить доходу. Звучить привабливо, але реальність працює інакше.

Якщо ми не впевнені, якими мають бути реалістичні цільові показники, ми можемо почати з ширших налаштувань і поступово уточнювати їх до досягнення життєздатного рішення. Розглянемо функціонал детальніше - що він вміє - а потім випробуємо на практиці.

• Задати цільові параметри, що застосовуються як до всіх інтервалів одразу, так і індивідуально до кожного.
• Копіювати налаштування пошуку з одного інтервалу в інший.
• Створювати унікальні умови для знаходження рішень, застосовувати обмеження та задавати конкретні вимоги.
• Розраховувати один інтервал або групу інтервалів одночасно.
• Спрямовувати пошук рішення відповідно до визначених нами критеріїв.

Тепер розглянемо, що дають ці можливості на практиці. Як один із варіантів, перший розрахунок можна виконати з пошуком, зосередженим лише на корисній копалині, без застосування додаткових обмежень - просто щоб побачити, де алгоритм визначає руду. Але цей результат не буде остаточним - його потрібно буде допрацювати. Суть у тому, що оскільки ми не обмежували обсяги розкриву, в одних періодах будуть надмірні обсяги розкривних робіт, а в інших - недостатні.

Наприклад, ось який результат ми можемо отримати. Дані показані у режимі графіків, що полегшує їх інтерпретацію. У K-MINE ви завжди можете побудувати графік за наявності табличних даних. Це стосується будь-яких даних, що корисно як для геології, так і для планування.

З цього графіка добре видно, який обсяг розкриву необхідно відпрацювати для досягнення певних цільових показників по руді. Наступним кроком може бути спроба вирівняти темпи розкривних робіт. Для цього достатньо додати потрібні значення до цільових параметрів пошуку. Результат може виглядати так:

Як бачимо, темпи розкривних робіт дійсно вирівнялися, що є позитивним результатом. Для досягнення ще більш рівномірного результату можна застосувати жорсткіші обмеження, але важливо пам’ятати, що цільові показники мають залишатися реалістичними. Незначні коливання допустимі на рівні середньострокового планування, оскільки вони будуть збалансовані в подальших циклах.

Кожен план також має бути підкріплений впевненістю у параметрах якості. Якість може бути додана як додатковий цільовий параметр, і в цьому випадку графік матиме такий вигляд:

Якість взято під контроль, за винятком одного інтервалу, де цільовий показник виявився недосяжним. На графіку також видно, що обсяг розкриву теж змінився. Все це - нормальна частина пошуку оптимального плану транспортування гірничої маси. Такий підхід допомагає відстежувати поведінку плану та його реакцію на різні вхідні параметри. З цим розумінням - і відчуттям «що буде, якщо…» - ми продовжуємо вдосконалювати план до досягнення оптимального результату.

Тепер кілька рекомендацій для ситуацій, коли цільових показників все ж не вдається досягти. Найпоширеніша причина - брак доступних комбінацій для солвера. Зниження вимог, як правило, не варіант, адже керівництво завжди очікує відмінний план. Тому наш єдиний вибір - збільшити варіативність.

Це означає:

1. Переглянути етапи розробки. Якщо етап містить зони з надмірною шириною, розділіть його на скорочені контури та зменшіть його обсяг. Це дозволяє швидше дістатися до руди, оскільки необхідний обсяг розкриву зменшується.
2. Переглянути параметри відпрацювання етапу. У деяких випадках додавання обладнання для прискорення розкривних робіт може допомогти. Після розкриття руди інтенсивність може повернутися до бажаного рівня.
3. Найпростіше рішення для будь-якого інженера - націлитися на руду, найближчу до поверхні, і змусити систему вести відпрацювання саме там. Але це призводить до ситуації, коли в подальших періодах обсяги розкриву мають зростати експоненціально. Що робити? Наприклад, припустімо, що етап 1 вже розкрито і він дає руду, етап 2 перебуває на стадії розкривних робіт, а етап 3 - наступний. Якщо ми бачимо, що в 5-му періоді знадобиться значний стрибок розкриву для досягнення цільових показників, ми можемо почати поступово нарощувати обсяги розкривних робіт вже з 1-го періоду. Це дозволить підійти до 5-го періоду без різких стрибків. Важливо бачити повну картину - не лише перші кілька років, а весь термін експлуатації родовища - для забезпечення стабільного постачання руди на фабрику.
4. На практиці мені часто доводилося навмисно уповільнювати розробку зон із високим вмістом, щоб зберегти гнучкість для майбутнього шихтування. Іншими словами, важливо відстежувати середній вміст по родовищу і не перевищувати його занадто рано. Застосовуючи ці прості принципи, будь-який інженер може досягти необхідних цільових показників.

Перехід до середньострокового планування

Коли цільових показників досягнуто, ми переходимо до наступного етапу планування - середньострокового. Що необхідно для коректного переходу? Нам потрібні результати довгострокового плану, які в нашому випадку представлені каркасами. Ми експортуємо каркаси та «нарізаємо» їх на нові ділянки.

Наш модуль календарного планування також дозволяє швидко переходити між етапами планування. Достатньо відкрити контекстне меню потрібного інтервалу в пошуку рішень та обрати «Створити сценарій на основі результатів». Це створить новий сценарій, що містить лише ті етапи розробки, які були задіяні у вибраному інтервалі, і лише в тому обсязі, який було фактично відпрацьовано. Далі можна продовжити побудову більш детального плану.

На цьому ми завершуємо розгляд можливостей довгострокового планування. У більшості випадків середньострокове планування відрізняється від довгострокового лише додаванням обмежень по обладнанню. Іншими словами, якщо ваш довгостроковий план структуровано за окремими роками, а не за п’ятирічними блоками, наступний крок - перевірити, чи може він бути виконаний наявним парком техніки.

Як це зробити? Найпростіший підхід - розрахувати продуктивність кожної одиниці обладнання та визначити, де вона має працювати. Середньострокове планування вимагає вищої деталізації, що часто означає коригування розмірів ділянок для зручнішого управління - тепер ми також маємо враховувати, де обладнання буде фізично розміщене. Якщо ділянка має розвиватися швидко відповідно до довгострокового плану, для неї може знадобитися більше однієї машини, тому ширина має це дозволяти. Це можна зробити в Excel або через наш плагін. Модуль календарного планування вже дозволяє розміщувати екскаватори на ділянках, контролювати їх роботу та переміщувати за потреби.

Якщо ділянка розвивається повільно, немає сенсу утримувати обладнання на ній протягом усього інтервалу. Можна призначити менш продуктивну одиницю або тимчасово перекинути машину із сусідньої ділянки. Саме такі питання вирішуються на етапі середньострокового планування. Довгостроковий план має бути здійсненним.

Якщо довгострокових цільових показників не вдається досягти в межах середньострокових обмежень, це не проблема. Ми можемо просто скоригувати довгостроковий план на основі висновків, отриманих при середньостроковому плануванні. Досвідчені гірничі інженери вже на етапі довгострокового проєктування думають про здійсненність на середньостроковому горизонті. Це може спростити середньостроковий етап або навіть усунути його необхідність. Таке трапляється, коли довгостроковий план створюється з високою деталізацією - з використанням реального обладнання та річних інтервалів, а не п’ятирічних циклів. П’ятирічні блоки все ще можуть використовуватися на пізніх стадіях, не порушуючи середньостроковий процес.

Середньострокове планування підтверджує, що довгостроковий план може бути виконаний наявним парком техніки та технологіями. Іншими словами, на цьому етапі з’являються тактичні елементи - як саме компанія буде досягати своїх довгострокових цілей протягом найближчих 5-10 років. Надмірна деталізація не потрібна; достатньо підтвердити концептуальну здійсненність.

Графіки транспортування гірничої маси мають залишатися відносно рівномірними, без значних піків, та підтримувати як кількість, так і якість руди. Загалом вони мають відповідати довгостроковому плану. Щодо обладнання, враховуються лише великі ремонти, що впливають на виробництво - як правило, тривалістю від двох тижнів і більше (цей поріг може варіюватися залежно від досвіду інженера). Результатами даного етапу є таблиці, графіки, каркаси та полілінії за потреби.

На цьому ми переходимо до заключного етапу планування - короткострокового.

На даному етапі планування деталізація вкрай важлива. Тут необхідно врахувати максимально можливу кількість експлуатаційних умов та пов’язати основні процеси між собою.

До таких процесів можуть належати, наприклад:

• Маркшейдерська зйомка блоку перед бурінням
• Зачищення та підготовка блоку
• Повторна зйомка та передача даних для проєктування + проєктування блоку
• Зарядження
• Підривання
• Початок екскавації

Всі ці процеси знайомі гірничим інженерам, і завдання планувальника - пов’язати їх у скоординований робочий процес для забезпечення системного відпрацювання у короткостроковому періоді. Типовий короткостроковий період - один місяць - це часовий відрізок, який має бути спланований з максимальною деталізацією. Загалом короткострокове планування може охоплювати від трьох місяців до двох років, залежно від різних факторів, таких як розмір родовища. Тому ми маємо розуміти розподіл обладнання у кожний момент виконання плану, плюс щонайменше на місяць наперед.

Це найскладніший етап планування. Він вимагає найбільше часу через кількість впливових факторів, непередбачених подій та динамічний характер гірничих робіт.

Розглянемо, що необхідно налаштувати у проєкті календарного планування для переходу в режим короткострокового планування:

1. Планові періоди. Налаштуйте їх відповідно до вимог. У більшості випадків використовується комбінована структура: один місяць з розбивкою по днях, наступні два місяці - по тижнях, а решта місяців року - помісячно. Таким чином кожен період плавно переходить у наступний. Додатково може бути доданий річний рівень із розбивкою по кварталах.

2. Коригування ділянок планування. Це перехід від більших результатів за періодами або етапів розробки до менших, більш детальних «сегментів» ділянок.

3. Задати нову послідовність відпрацювання ділянок та налаштувати їх параметри.
4. Спроєктувати та застосувати транспортну мережу.
5. Налаштувати пункти розвантаження та напрямки на збагачувальну фабрику.
6. Додати екскаватори, задати їх продуктивність, визначити періоди ремонтів та встановити послідовність екскавації.
7. Скоригувати параметри відпрацювання за результатами планування.

Далі, на основі налаштованого сценарію, екскаватори починають відпрацьовувати родовище, і ми зможемо відстежувати положення вибоїв та обсяг видобутого матеріалу у кожний день плану. Після цього аналізуємо отримані результати та вносимо коригування за потреби.

Варто також зазначити, що у короткостроковому плануванні також може використовуватися автоматизований підхід із пошуком оптимальної послідовності відпрацювання. У цьому випадку перед призначенням екскаваторів можна запустити автоматичний розрахунок, щоб перевірити, чи досяжні бажані добові показники.

Аналіз результатів для безперервного вдосконалення

• Як мають виглядати результати нашого планування?
• Що ми маємо бачити чітко та прозоро?
• Що свідчить про успішність плану?

Всі відповіді знаходяться на етапі аналізу результатів. Перший і найбільш показовий результат - це основний графік гірничої маси (RoM). Детальна оцінка всіх результатів має проводитися лише після того, як планувальник задоволений цим графіком. Якщо ні, аналіз має проводитися у зворотному напрямку - для виявлення того, що не дозволяє плану досягти намічених цільових показників.

Розглянемо графік.

Він може виглядати приблизно так. Ключова вимога - він має включати всі основні показники: обсяг корисної копалини, обсяг розкриву та якість. Додатково можна додати розбивку за типами порід, що робить графік ще більш інформативним.

У нашому стандартному пакеті цей графік включено за замовчуванням, оскільки він є одним із основних вихідних даних. Ми також надаємо графіки, що показують розподіл видобутку - за екскаваторами або за ділянками. Ця інформація допомагає визначити на загальному рівні, чи правильно структуровано план.

Ці графіки «живі» - ми можемо обрати будь-який показник для візуалізації, і дані оновляться миттєво. Наступний вид аналітичного результату - таблиці - найбільш детальна та об’ємна частина, оскільки вони містять усі нюанси та відповіді на більшість запитань.

У нас є кілька підготовлених звітів, і вони показують наступне:

1. Звіт про роботу екскаваторів на ділянках. Він показує для кожного часового інтервалу, який екскаватор видобув який обсяг матеріалу і з якою якістю.
2. Звіт про участь ділянок у процесі транспортування. Він показує, з якої ділянки та уступу, в якому періоді, який обсяг і якість матеріалу було транспортовано.
3. Звіти по транспортній мережі. Вони вкрай важливі, і основна увага при аналізі має бути зосереджена саме на них. 3.1 Звіт із групуванням за точками завантаження та типами матеріалів. Ці два показники розділені. Всі інші - виїмкове обладнання, пункти розвантаження тощо - згруповані, а числові значення розраховані методом середньозважених або кумулятивних величин залежно від показника. 3.2 Звіт із групуванням за пунктами розвантаження, з усіма іншими показниками, агрегованими аналогічно до попереднього пункту. 3.3 Звіт із групуванням за типами матеріалів. 3.4 Звіт по транспортуванню матеріалу зі складів на збагачувальну фабрику. 3.5 Загальний звіт, що об’єднує всі дані за гірничими інтервалами.

Звіти розділу 3 також розраховують додаткові параметри: тонно-кілометри перевезення (ТКМ), висоту підйому та відстань транспортування. Ці параметри є одними з найважливіших для аналізу та прийняття рішень. За потреби будь-яка результуюча таблиця може бути використана для побудови графіка або експорту в Excel для глибшого аналізу.

Ще одна корисна функція - можливість створення віртуальних стовпців. Ці стовпці можуть містити будь-яку формулу для подальших розрахунків - аж до розрахунку виходу кінцевого продукту. Для цього потрібна лише залежність між якістю матеріалу та коефіцієнтом вилучення, а також сам коефіцієнт вилучення та інші додаткові параметри.

Одна з особливих можливостей нашого модуля планування - транспортна мережа. Вона налаштована таким чином, щоб задовольняти всі задані обмеження при виборі найкоротшого маршруту транспортування.

Це завдання універсальне: воно може оцінити будь-який налаштований сценарій, включаючи обмеження за якістю на складах або фабриці, максимальну місткість складу за інтервал та багато іншого. Воно також може автоматично розподіляти транспортні потоки між складами відповідно до критеріїв оптимальності.

Підсумуємо - що дає комплексний підхід до планування в K-MINE:

1. Повне покриття всього циклу планування гірничих робіт - від довгострокового стратегічного планування до щотижневих та добових короткострокових планів, включаючи проєктну документацію.
2. Плавний перехід від одного етапу планування до іншого.
3. Детальна, прозора інформація для аналізу результатів та прийняття обґрунтованих рішень у складних ситуаціях завдяки виконанню повного циклу планування в одному середовищі.
4. Відсутність потреби у кількох програмних продуктах або конвертації форматів даних для підтримання безперервності робочого процесу.
5. Максимізація рентабельності за рахунок вибору оптимального сценарію розробки - досягається за допомогою модулів планування та проєктування і можливості створення численних сценаріїв.
6. Стабілізація якості руди, що надходить на збагачувальну фабрику, зниження виробничих витрат завдяки покращеному шихтуванню.
7. Підвищення ефективності роботи обладнання за рахунок мінімізації непродуктивних перегонів.
8. Додаткові можливості, що забезпечуються інтеграцією всіх модулів у єдиному середовищі, побудованому на єдиній базі даних.
9. Зниження ризиків та негативних наслідків за рахунок раннього виявлення потенційних проблем та своєчасних коригувальних заходів.
10. Максимізація вилучення запасів за рахунок оптимального проєктування відпрацювання - та багато іншого.