Система планирования горных работ для разных способов отработки месторождений полезных ископаемых

Эффективность работы любого горного предприятия зависит от качества системы планирования горных работ. Она определяется, в первую очередь стоимостными показателями, которые будут затрачены на работы, связанные с выемочно-погрузочные работы для полезного ископаемого и пород вскрыши, транспортирование ее на пункты перегрузки или разгрузки. Учитывая стохастичность процессов горного производства, изменчивость геологических характеристик пород достаточно сложно учесть все факторы, влияющие на выбор оптимального планового решения. Поэтому, для подобных работ целесообразно использовать специализированное программное обеспечение.

Процессы планирования горных работ привязываются к временным интервалам и разделяются на перспективное (на срок больше одного года), текущее (в пределах года, квартала, месяца) или оперативного (на внутримесячном интервале).

ГИС K-MINE позволяет решать задачи перспективного и текущего планирования горных работ для предприятий с открытым и подземным способом добычи.

Работа модуля планирования начинается со сбора и подготовки первичных данных. В зависимости от вида планирования (текущее, перспективное или оперативное) первичная информация может несколько отличаться. В качестве первичной информации для любого вида планирования используется цифровая модель поверхности карьера (для открытого способа) или выработок (для подземного) и цифровая модель месторождения (рис. 1). Далее для повышения детализации могут быть использованы слои моделей: контуры ранее взорванного, текущее состояние коммуникаций и др. Подготовкой первичной информации занимаются маркшейдерская и геологическая службы предприятия.

Открытые горные работы

Для выполнения задач перспективного планирования для предприятий с открытым способом добычи, используется цифровая модель поверхности карьера и отвалов на начало планируемого периода, а также цифровая геологическая модель месторождения. Технология перспективного планирования стандартная, и практически не зависит от вида полезного ископаемого. Сущность ее состоит в формировании уступов с заданной шириной бермы и углом откоса борта. В настоящее время известно много способов отработки, отличающиеся как правило только очередностью выполнения операций.

Рис. 1 - Совмещенная геолого-маркшейдерская модель - основа для перспективного планирования горных работ

Начинается работа с формирования конечного положения верхней или нижней бровки одного из уступов. Далее производится формирование уступа карьера вверх или вниз от этой бровки (в качестве параметров построения задаются значения высоты уступа, угла уступа и ширины площадки - бермы). При необходимости вносятся коррективы в конфигурацию бровок. Для этого используется инструментарий графического редактора ГИС (добавление, удаление точек, сглаживание, увеличение или уменьшение длины и др). От полученной бровки выполняется построение нового уступа. Построение выполняется до тех пор, пока не будет закончено формирование всего выемочного блока. (рис. 2).

Рис. 2 - Пример отработки участка карьера

Для проверки объемов блока используются специальные функции. Расчет объемов выполняется для замкнутой фигуры. В качестве метода расчета используется метод трехгранных призм. Предварительно производится оконтуривание фигуры, создание замкнутого каркаса (солида) ограничивающего блок по верху и по низу, а затем выполняется расчет (рис. 3). Выполняется подсчет объемных и качественных показателей по породам, попадающим в расчетный блок, и на основании этого показатели шихтовки руд.

Рис. 3 - Пример подсчета объемов для выемочного блока

По рассчитанным данных горной массы и руды, попадающих в блок определяется сроки, за который данный блок может быть отработан, и на основании этого формируется набор технических и технологических показателей отработки и полный пакет таблично-графической документации.

На базе подобных перспективных проработок определяются показатели годовой производительности карьера по руде и горной массе и на базе этой информации основные показатели годовой программы.

Особенностью годового планирования является дополнительный учет горной массы, руды и пород вскрыши с разбивкой на горизонты, а также объемы вывоза руды на переработку и пород вскрыши на перегрузки и отвалы. Технология наборки объемов для годовой программы практически совпадает с технологией перспективного планирования горных работ. В пакет функций для наборки годовой программы горных работ входят задачи автоматической разбивки фигур на погоризонтные планы, расчет объемов по уточненным геологическим планам, расчет качества в блоках с учетом эксплуатационной разведки и пр. (рис. 4). Одновременно выполняется контроль показателей потерей и разубоживания пород, а также попадание контуров годовой программы в перспективные или проектные контуры. При выходе этих показателей за пределы заданного норматива, выполняется корректировка.

Рис.4 - Пример годовой программы горных работ. Разбивка объемов на погоризонтные планы и кварталы

По результатам формирования годовой программы формируется набор регламентированной отчетной документации, который проходит согласование в горнотехнических инспекции и экспертно-технических центрах. В настоящее время для экспертно-технических центров и предприятий, использующих для работы ГИС K-MINE, отработана технология по подготовке и передаче информации о годовой программе горных работ в электронном виде.

Следующим этапом планирования горных работ для предприятий с открытым способом добычи является разбивка годовой программы на месячные программы горных работ. При месячном планировании ужесточаются требования к точности расчетов. При этом кроме работ по экскавации выполняется планирование буровзрывных, подготовительных и хозяйственных работ, а также вывоз пород с использованием существующего транспортных схем и оборудования.

Для предприятий, выполняющих отбивку горной массы с использованием энергии взрывов, задача месячного планирования начинается с определения объемов взорванного по карьеру, а также планирования размещения новых площадок под бурение. Расчет остатков взорванных пород выполняется в автоматическом режиме не основании данных о текущем состоянии горных работ, а также о контурах буровзрывных работ (рис.5).

Рис. 5 - Расчет остатков ранее взорванной горной массы по карьеру

На основании полученной информации определяются блоки готовые к экскавации, формируется программа объемов бурения и взрывания и намечаются места расположения новых блоков. Выполняется разбивка взрывных блоков по датам проведения взрывов. Информация согласовывается со всеми производственными службами предприятия.

Выемочные экскаваторные блоки формируются на базе модели поверхности карьера, геологической модели месторождения и намеченных для бурения и взрывания блоков. При отрисовке блоков учитываются технические характеристики экскаваторов (ширина заходки, производительность, объем ковша), а также качественные показатели пород, попадающих в расчетный контур блока. Динамически меняется таблица суммарных показателей по карьеру (рис. 6).

Следующим этапом после формирования объемов добычи по карьеру является вывоз руды на дальнейшую переработку и пород вскрыши на отвалы. Специфика планирования вывоза пород определяется транспортными схемами принятыми для данного предприятия. В системе реализован блок задач по выбору оптимального варианта транспортирования руды с учетом шихтовки или селективности, а также пород вскрыши с использованием различных схем транспортирования. При расчетах используется аппарат линейного и динамического программирования.

Рис. 6а - Пример месячной программы горных работ по карьеру

Рис. 6б - Пример месячной программы горных работ по карьеру

На основании данных планирования формируется полный пакет графической и табличной документации по программе горных работ. Данные месячной программы горных работ могут быть использованы в системе сквозного технологического планирования производства, а также в системе оперативного планирования и диспетчерского управления транспортом.

Подземные горные работы

Специфика добычи полезных ископаемых подземным способом накладывает определенный отпечаток на функционирование системы планирования горных работ.

ГИС K-MINE содержит набор функций, позволяющих планировать горные работы для предприятий с подземным способом добычи. В качестве первичных данных используется цифровая модель подземных выработок шахтного поля, а также геологическая модель месторождения (рис. 7). Все работы по отработки запасов подземным способом разделяются на горнопроходческие, подготовительные, разбуривание и взрывание, добычу. В системе реализован метод подэтажного обрушения, подэтажного разбуривания, а также отработка горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства твердеющей смесью.

Рис. 7 - Совмещенная модель, используемая для планирования при подземном способе

Для выполнения горно-подготовительных работ используются так называемые проволочные пространственные модели. Для их построения используются инструменты пространственного моделирования графического редактора ГИС. Таким способом выполняется моделирование горизонтальных, вертикальных и наклонных выработок разного назначения.

Основной целью модуля планирования для подземного способа отработки является определение очередности и сроков выполнения работ. На рис. 8. показан пример формирования программы нарезных работ по ортам в подэтаже и очередность выполнения работ.

Рис. 8 - Планирование нарезных работ для подэтажа

Далее после формирования проволочных моделей выработок выполняются работы по выполнению проходки выработок и разбуриванию массива. Система содержит функции для геометрического построения горизонтальных и наклонных буровых скважин, вееров и пучков согласно паспортов (рис. 9). На основании рассчитанных данных определяются объемные и стоимостные показатели работ для каждого элемента работ. По результатам работы модуля планирования формируется набор горно-геологической документации.

Рис. 9 - Разбуривание подэтажа веерами скважин из ортов

Использование K-MINE в задачах планирования горных работ позволяет:

• ускорить процессы планирования в несколько раз, что позволяет за то же время рассмотреть несколько вариантов горных работ;
• выполнять оптимизацию процессов планирования, что позволит снизить себестоимость добычи.

Наибольшая эффективность модуля планирования достигается при его комплексном использовании в составе автоматизированной системы управления горными работами, что подтверждается опытом его эксплуатации на предприятиях.