Система оперативного планирования работой технологического транспорта для горно-добывающих предприятий

Основой бесперебойной работы карьера как объекта управления является эффективная система планирования горных работ. Качество функционирования системы определяется несколькими факторами: планирование буро-взрывных работ, экскавации и работы транспорта при вывозе горных пород из карьера.

Транспортные расходы составляют более 50% в себестоимости добычи руды и пород вскрыши, извлекаемых из карьера [1]. Поэтому даже незначительное уменьшение этого показателя приводит к существенному экономическому эффекту.

Вопросами повышения эффективности управления транспортным комплексом ученые занимаются уже давно. Математические модели формирования грузопотоков с различными ограничениями и нахождением экстремумов функций различных видов рассмотрены в работах [2,3]. Практически все авторы при составлении моделей разделяют их по виду транспорта. То есть, транспортирование каждым видом транспорта рассматривается как отдельная система. При использовании нескольких видов транспорта в единой системе грузопотоков такие модели являются неполными и не могут быть использованы в задачах календарного планирования.

В статье рассмотрены вопросы использования автоматизированной системы формирования транспортных грузопотоков в карьере при календарном планирования горных работ и комплексном использовании нескольких видов транспорта.

При вывозе пород из карьера могут использоваться различные схемы транспортирования: автомобильным, железнодорожным, конвейерным транспортом или комбинированные. Один из способов одновременного использования нескольких видов транспорта - циклично-поточная технология (ЦПТ). Рассмотрим вариант применения ЦПТ как наиболее сложной схемы транспортирования пород при открытом способе добычи полезных ископаемых.

Горные породы из экскаваторных забоев вывозятся большегрузным автомобильным транспортом на перегрузки (ЖД или у конвейера), склады (внутренние и внешние) и отвалы; железнодорожным транспортом из забоев, со складов или перегрузок на внешние отвалы или дробильную фабрику; конвейерным транспортом из карьера на поверхность (рис.1), где опять таки могут перегружаться на автомобильный или ж/д транспорт. Совместное использование различных видов транспорта иногда носит несистемный характер и может изменяться в зависимости от текущей производственной ситуации.

Рис.1 - Транспортная схема рудоуправления ГОКа

Учитывая значительное количество пунктов погрузки и разгрузки, ограничения на пропускную способность участков трасс, пропускную способность железнодорожных станций, техническое состояние погрузочно-транспортной техники, формирование оптимальных грузопотоков в карьере практически невозможно без специального программного обеспечения. Поэтому, разработана автоматизированная система расчета оптимальных грузопотоков горной массы в составе программного комплекса календарного планирования горных работ. Разработка является технологическим модулем геоинформационной системы K-MINE и позволяет производить расчеты грузопотоков горной массы в карьере исходя из различных производственных ситуаций.

Все грузопотоки в карьере разделяются на рудные и вскрышные. При этом технология дальнейшего обогащения может предусматривать селективную добычу и разделение грузопотоков руды по разновидностям. Руда из забоев транспортируется большегрузными автосамосвалами на рудные перегрузки, рудные склады или конвейерные тракты. Кроме того, руда с рудоскладов также поставляется на перегрузки и конвейерные тракты, откуда вывозится железнодорожным транспортом на дробильную фабрику (рис.2 а). Для некоторых предприятий руда по системе конвейеров транспортируется на дробильную фабрику. Породы вскрыши транспортируются автомобильным транспортом на вскрышные перегрузки, склады или отвалы (рис. 2 б). Вскрыша с некоторых складов может быть перемещена на другие склады. Железнодорожным транспортом выполняется транспортирование пород вскрыши со вскрышных перегрузок и складов на отвалы. Также выполняется транспортирование пород рыхлой вскрыши с верхних горизонтов из забоя на отвалы.

Таким образом, при расчете оптимальных грузопотоков руды и вскрышных пород в карьере с помощью программы предусмотрено решение задачи оптимизации для нескольких видов горной массы. При этом учитывается взаимодействие различных видов транспорта между собой. В качестве ограничивающих факторов выступают показатели производительности горно-транспортного оборудования, горно-геометрические и технологические параметры дорог, емкость накопительных складов, пропускная способность станций и дорожных развязок и др. Задача определения оптимальных грузопотоков может выполняться для месячного, квартального и годового планирования.

Рис. 2 - Схема грузопотоков карьера ГОКа:

а) рудные грузопотоки; б) грузопотоки вскрышных пород

В качестве начальных параметров работы системы используются:

1. Объемы погрузки (объемы выемки из забоев (блоков) с разделением по видам и сортам горной массы).

2. Объемы выгрузки (перегрузки) по каждому пункту.

3. Удельные стоимостные показатели по видам работ (транспортирование 1 тоннокилометра горной массы автомобильным, железнодорожным или конвейерным транспортом, экскавация 1 тонны горной массы, бульдозерные работы).

4. Расстояния от мест погрузки к местам разгрузки горной массы по существующей сети дорог (автомобильные, ж/д, тракты).

5. Ограничения на пропускную способность участков трасс (согласно паспортов дорог), а также на пропускную способность внутрикарьерных ж/д станций при заданном направлении грузопотоков.

Задача комплексного вывоза пород автомобильным, железнодорожным и конвейерным транспортом в карьере для разных временных интервалов, может быть представлена как транспортная задача с набором ограничений [2, 3].

Расчет грузопотоков при выполнении задачи календарного планирования выполняется в несколько этапов [4]:

1. Определяются расстояния между пунктами погрузки и разгрузки для автомобильных и железных дорог в карьере. Все магистрали представляются в виде дерева графов. При этом ветвь графа описывает участок маршрута между точками разветвления дорог для автомобильного транспорта, перегон между станциями или разминочными пунктами для железнодорожного. Для каждого участка графа задаются параметры, ограничивающие пропускную способность участка трассы или узловой точки. При возможности транспортирования горной массы между двумя пунктами по нескольким маршрутам, определяется маршрут с минимальной общей длинной (рис. 3). Определение длин маршрутов выполняется с учетом третьей координаты, то есть все расчеты выполняются в трехмерном пространстве. Это дополнительно позволяет выявлять участки трассы с уклонами, превышающими предельно допустимые для заданного вида транспорта и исключать их из общего расчета.

2. Определяются плановые объемы для каждого пункта погрузки и приемного пункта.

3. Вводятся ограничения на вид горной массы для каждого выемочного блока и приемного пункта.

4. Выполняется расчет опорного решения для варианта транспортирования по каждому грузопотоку. При поиске опорного решения используется математический аппарат линейного программирования (прямой и двойственный симплекс метод).

5. Выполняется оптимизация опорного решения методом потенциалов для минимизации целевой функции.

6. На основании рассчитанных данных формируется пакет отчетной документации, который заносится в общую базу данных для выполнения последующего анализа.

Расчет варианта планирования транспортных грузопотоков по времени занимает несколько секунд. Это позволяет выполнять расчет нескольких вариантов формирования грузопотоков при изменении объемных показателей плана, а также горно-геометрических и технологических показателей.

Рис. 3 - Определение расстояний транспортирования для решения транспортной задачи

Использование автоматизированной системы управления транспортными потоками для рудоуправлений ГОКов на основе ГИС K-MINE позволяет:

- сократить дальность транспортирования горной массы в целом по рудоуправлению на 50-100 м на каждую тонну горной массы;
- анализировать варианты развития транспортных схем при изменении горных работ для разных временных интервалов;
- существенно сократить трудозатраты на проведение календарного планирования.

Все это, в конечном счете, качественно улучшило работу предприятия, позволило стабильно добиваться поставленных плановых заданий, снизить себестоимость ведения горных работ, увеличить рентабельность производства.

Литература

1. Астафьев Ю.П., Полищук Г.К., Горлов Н.И. Планирование и организация погрузочно-транспортных работ на карьерах. - М.: Недра. -1986. - 168 с.
2. Резниченко С.С. Математическое моделирование в горной промышленности. - М.: Недра. -1981. - 216 с.
3. Цой С., Шерман А.И. Дискретные модели горного производства. -Алма-Ата Наука КазССР. -1981г. -247 с.