Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. постановка научной задачи 8
1.1. Практика среднесрочного планирования открытых горных работ и ее особенности на рудных карьерах 8
1.2. Анализ практики проектирования и планирования организационно-технологических схем открытых горных работ 18
1.3. Анализ исследований в области планирования открытых горных работ и их организационно-технологических схем 26
1.4. Постановка задачи, ее структура и методы решения 35
2. Методика формирования и развития организационно-технологических схем с использованием экскаваторных комплексов в системе среднесрочного планирования 43
2.1. Формализация задачи 43
2.2. Подготовка геологической и технологической информации 49
2.3. Подготовка технической информации о производительности горного оборудования :56
2.4. Формализация технологических ограничений 58
2.5. Критерии выбора рабочих блоков 63
Выводы по главе 69
3. Моделирование организационно-технологических схем открытых горных работ 71
3.1. Современное состояние компьютерного моделирования 71
3.2. Обоснование приоритета отработки блоков 80
3.3. Алгоритм формирования и моделирования организационно-технологической схемы 87
3.4. Характеристика программного комплекса 96
Выводы по главе 108
4. Формирование и моделирование организационно-технологических схем на предприятии «ЭРДЭНЭТ» 110
4.1. Общая характеристика СП «Эрдэнэт» и рынка меди
4.2. Моделирование развития организационно-технологических схем и анализ его результатов 117
4.3. Оценка и выбор варианта организационно-технологической схемы 128
Выводы по главе 134
Заключение 136
Литература 140
Приложение 147
- Анализ практики проектирования и планирования организационно-технологических схем открытых горных работ
- Анализ исследований в области планирования открытых горных работ и их организационно-технологических схем
- Подготовка технической информации о производительности горного оборудования
- Алгоритм формирования и моделирования организационно-технологической схемы
Введение к работе
Актуальность работы. Планирование горных работ включает оценку их состояния и имеющихся ресурсов, сбор и систематизацию материалов, определение возможностей в соответствии с бизнес-планом, подготовку методического обеспечения, расчеты и графические построения, обработку и оценку результатов. Текущее (годовое) планирование является характерным примером такого подхода «сверху», когда годовые контуры развития горных работ намечаются исходя из проектного развития и фактического отклонения от него, заданного (возможного) объема добычи руды и основного металла в ней. На ряде карьеров для подсчета объемно-качественных показателей руды и горной массы применяются компьютерные прикладные пакеты программ на базе блочных моделей месторождений.
Анализ фактического выполнения объемов горных работ по горизонту показывает, что даже на передовых карьерах они существенно отличаются от плановых заданий. Низкой является производительность экскаваторов, весьма велики промежуточные колебания содержания металлов в руде: месячные, декадные (недельные).
В настоящее время организационно-технологические схемы (ОТС ОГР), объединяющие элементы системы разработки и применяемое карьерное оборудования, их расстановку и взаимодействие, лишь в малой степени используются при текущем планировании. Вместе с тем, именно функционирование горного оборудования (в первую очередь экскаваторов) определяет как промежуточные, так и общие (на конец планового периода) результаты разработки.
В системе текущего планирования, которое здесь целесообразно трактовать как среднесрочное (продолжительностью 1,3-2 года), такая динамическая постановка задачи не использовалась.
Формирование организационно-технологических схем с
использованием экскаваторно-автомобильных комплексов, применяемых на
большинстве рудных карьеров моделирование их функционирования во времени и пространстве является актуальной научной задачей, решаемой в диссертационной работе.
Цель диссертационной работы - разработка методики формирования
динамической организационно-технологической схемы на рудных карьерах с
экскаваторно-автомобильными комплексами и имитационного
моделирования порядка ее функционирования при среднесрочном планировании горных работ.
Основная идея работы состоит в представлении элементами организационно-технологической схемы карьерного оборудования и уступных блоков горной массы, отличающихся соответственно состоянием и степенью подготовленности к разработке.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Динамический подход к среднесрочному планированию горных работ на рудных карьерах с экскаваторно-автомобильными комплексами обеспечивается формированием организационно-технологических схем, включающих основное горное оборудование и горнотехнические элементы - рабочие блоки различных видов горной массы, изменяющие в производственных процессах свое состояние.
Очередность вовлечения в технологические процессы рабочих блоков определяется комплексной рейтинговой оценкой блоков по совокупности показателей, характеризующих направление развития горных работ, качество руды, расстояния транспортирования горной массы и перегонов основного горного оборудования.
3. Разработанные алгоритмы формирования и имитационного
моделирования организационно-технологических схем, а также
программный комплекс их реализации позволяют организовать
планомерное развитие фронта горных работ на уступах с
минимальным отклонением от заданных или возможных по
горнотехническим условиям количественных и качественных показателей деятельности карьера.
Научная новизна работы:
предложен и реализован на компьютерной основе динамический подход к формированию и пространственно-временному позиционированию организационно-технологических схем открытых горных работ;
установлены состав и структура организационно-технологических схем с экскаваторно-автомобильными комплексами и их роль в системе среднесрочного планирования;
предложены критериальная база и рейтинговая система оценки приоритетности вовлечения в производственные процессы уступных блоков активных запасов горной массы;
разработаны метод имитационного моделирования функционирования организационно-технологических схем открытых горных работ и программный комплекс его компьютерной реализации.
Научное значение диссертации состоит в разработке динамического метода функционирования организационно-технологических схем, реализующего принципы непрерывности среднесрочного планирования открытых горных работ.
Практическое значение диссертации заключается в стабилизации промежуточных (квартальных, месячных) плановых показателей (объемов горной массы и руды, содержания металлов в добываемой руде), повышении производительности горных машин за счет сокращения их простоев и контроле результатов работы каждой единицы оборудования, возможности отстройки любых промежуточных и конечного положений горных работ.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
детальным анализом состояния текущего планирования горных работ на рудных карьерах, сопоставлением их результатов с проектными и фактическими показателями;
корректным отображением реальной последовательности действий каждого задолженного экскаватора и бурового станка на рабочих горизонтах карьера;
использованием современных компьютерных средств и программных продуктов при имитационном моделировании развития организационно-технологических схем;
удовлетворительной сходимостью результатов планирования с фактическими показателями работы меднорудного карьера «Эрдэнэт».
Реализация выводов и рекомендаций. Разработанный метод апробирован при годовом планировании горных работ на карьере СП «Эрдэнэт» и рекомендован к реализации.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научном симпозиуме в рамках «Недели горняка» в МГГУ (Москва, 2007 год), на научных семинарах кафедры «Организация и управление горным производством» МГГУ (Москва, 2007-2009 гг.).
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 3 научных статьях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 19 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 78 наименований.
Анализ практики проектирования и планирования организационно-технологических схем открытых горных работ
Для установления календарных объемов горных работ на горизонтах уже на ранних стадиях изучения месторождения (предпроектных, таких как ТЭС, ТЭР, ТЭД, а далее в ТЭО и проектах) выполняется, в той или иной мере, геометрический анализ месторождения, в последнее время во многих случаях — компьютерный. Как известно, впервые предложил геометрический анализ карьерных полей и разработал его методы, в основном на базе геологических профилей, акад. В.В. Ржевский [58]. Крупный вклад в развитее методов геометрического анализа с использованием погоризонтных планов и регулирования графиков режима горных работ внес проф. А.И. Арсентьев [7]. В.В. Ржевский и А.И. Арсентьев впервые предложили (с использованием разных методических приемов) использовать при установлении календарных объемов горных работ элементы их организации.
Организация промышленного производства, по определению проф. В.И. Ганицкого, - «система закономерностей, правил и мер, направленных на рациональное сочетание средств производства и труда в едином процессе производства при определенных технических, технологических и социально-экономических условиях» [24]. Это широкое определение объединяет как организацию производственных систем (задачи оптимизации соотношения количества и распределения оборудования в производственных звеньях, резервов производственных ресурсов, объемов сырья для отдельных подсистем и звеньев для обеспечения пропорционального и рационального их функционирования), так и организацию производственного процесса во времени и пространстве: обоснование календарного режима, ритмичности и цикличности производственного процесса, установление последовательности и взаимоувязки основных и вспомогательных работ на предприятии (временной аспект); установление пространственной последовательности и взаимоувязки непрерывности и цикличности горных работ, достижение оптимизации перемещений горного оборудования (пространственный аспект).
Первоначально задачи организации горных работ входили в состав систем разработки (например, раздел «Организация горных работ» при обосновании бестранспортных систем разработки, в котором рассматривались вопросы последовательности отработки вскрышной и добычной заходок, рабочего и холостого движения вскрышного и добычного экскаваторов). Рассматривались эти организационные схемы применительно к вариантам системы разработки, которые различались количеством и расстановкой основного оборудования и назывались проф. Е.Ф. Шешко «схемами экскавации» [76], акад. Н.В. Мельниковым - «технологическими схемами» [46].
После того, как акад. В.В. Ржевский предложил (1968 г.) рассматривать отдельно системы открытой разработки и системы комплексной механизации открытых горных работ [59], получившие ранее применение (по классификации Н.В. Мельникова) термины «бестранспортные системы разработки», «транспортные системы разработки» стали часто пониматься как технологии, технологические схемы. Далее последние стали в основном связывать только с расстановкой оборудования.
В известном справочнике [62] проф. Н.Н. Медников [45] дает следующее определение этих понятий: технология открытой разработки месторождений — «совокупность технологических процессов — подготовки, выемки, транспортирования и складирования горных пород, осуществление которых комплексами горного и транспортного оборудования формирует дискретные или непрерывные грузопотоки горной массы из карьера к пунктам ее назначения (обогатительные фабрики, отвалы, теплоэлектростанции и др.)» технологическая схема— «взаиморасположение горных и транспортных машин, а также транспортных коммуникаций и дополнительных устройств при различных способах добывания полезных ископаемых».
В качестве отличительных свойств технологической схемы он рассматривает ее структуру, комплекс горного и транспортного оборудования, структурную характеристику (соединение элементов, наличие и число каналов СМО - системы массового обслуживания).
При более раннем обосновании типовых технологических схем открытой разработки угольных месторождений в НИИ ОГРе [68] была так же принята трактовка их (более простая) по расстановке оборудования. Основные параметры технологических схем (высота вскрышного уступа при перевалке, длина фронта работ экскаватора и др.) определялись по критерию «минимум удельных приведенных затрат». Уже поэтому полученные диапазоны оптимальных значений параметров технологических схем требуют во многих случаях корректировки.
Следует отметить следующие характерные черты рассмотренных в указанных трудах технологических схем, которые на самом деле уже связаны и с организационными факторами, исследованными проф. В.И. Ганицким [23,24], являются организационно-технологическими схемами: статичность схем. Изучаемый процесс (например, погрузки и перемещения горной массы) рассматривается как стационарный, его результаты не зависят ни от пространства, ни от времени. Для того чтобы их как-то учесть, следует изменить параметры модели (расстояние транспортирования, кусковатость взорванных пород и т.д.) и вновь (параллельно) выполнять моделирование, далее «кусочно» соединяя результаты расчетов; малая связанность схем с месторождением, карьером. Эта связь выражается малым числом статичных параметров, что существенно отличается от тесной связи систем открытой разработки (по классификации В.В. Ржевского) и их параметров с характеристиками объекта разработки и «большой системы» карьер; практическая независимость результатов работы горного и транспортного оборудования от горнотехнических элементов технологических схем, параметров системы разработки. Как показывает анализ, эти параметры не входят в расчетные выражения, характеризующие производительность комплексов карьерного оборудования и другие показатели схем. Однако это не соответствует действительности.
Поэтому естественно, что типовые технологические схемы, представленные графическими поперечными разрезами с табличными расчетными параметрами, получили лишь небольшую сферу применения в проектах отдельных проектирующих уголь институтах (Кузбассгипрошахт, Дальвостниипроект). В рудных же проектных институтах (Гипроруда, Унипромедь, Гипроцветмет и др.) самостоятельно разрабатывались технологические схемы и обосновывались их параметры.
В этой области выделяется деятельность института Гипроруда. Если ранее, когда этот институт был головным в железорудной подотрасли, значительная часть его работы заключалась в подготовке проектно-методических и нормативных материалов (в первую очередь норм технологического проектирования, экономических нормативов, а также и обоснования элементов технологических схем и горных выработок), то с 90-ых годов эти разработки находят широкое применение в конкретных предпроектных и проектных работах. Так в «Проекте первого этапа реконструкции Костомукшского рудника на базе новых технологий» (1995 г.) широко отражены научно-проектные разработки технологических схем этапной разработки с перманентным применением участков временно-нерабочих бортов (ВНБ), периодически (через 90-100 м подвигания фронта) отстраиваемых с целью сокращения текущих объемов вскрышных работ и эксплуатационных затрат на добычу руды. Ряд таких проектных технологических схем был признан изобретениями и получил патенты. Особо ценной, по мнению авторов, является разработанная Гипрорудой «Технология поэтапной отработки с совмещением одного из бортов каждого последующего этапа с соответствующим бортом предыдущего этапа, подвиганием несовмещенного рабочего борта с перемещением горной массы по железнодорожным или автомобильным коммуникациям, расположенным на совмещенном борту, формированием контуров этапов в виде участков временно-нерабочего борта (целиков), чередующихся с рабочими участками для их разноса». Заслуживают внимания обоснование минимальной ширины рабочих площадок уступов, конструкции и параметров ВНБ, способов их формирования и расконсервации. Технологические схемы, что безусловно, важно, «привязаны» к карьеру, что отражено на проектных положениях горных работ на 2000, 2005, 2010 и 2015 годы.
Анализ исследований в области планирования открытых горных работ и их организационно-технологических схем
Система планирования открытых горных работ базируется на проектных решениях, в первую очередь по системам разработки (понимаемых по классификации акад. В.В. Ржевского [59]). Основным научно-методическим инструментом пространственного исследования систем разработки в пределах карьерного поля является геометрический анализ, научные основы которого были заложены в трудах акад. В.В. Ржевского и проф. А.И. Арсентьева [58,7], развиты далее как ими, так и в трудах их учеников профессоров А.И. Анистратова, Г.Г. Ломоносова, П.И. Томакова, В.Г. Близнюкова и др. [4,43,69,12,8,77,27,50]. Этапная разработка, впервые предложенная акад. В.В. Ржевским [58], начала детально исследоваться в трудах проф. B.C. Хохрякова и его учеников [73,74]. Здесь следует отметить исследования рабочей зоны и ее параметров проф. СВ. Корнилковым. В МГРИ (ныне РГГРУ) работы по геометрическому анализу рудных месторождений, связанные в первую очередь с обеспечением качества добываемой руды, были начаты проф. Б.П. Юматовым, продолжены проф. Ж.В. Букиным, а в ИПКОНе проф. В.П. Шитаревым [77].
Крупный вклад в научные основы недропользования, теорию проектирования открытых разработок внесен в ИПКОНе трудами акад. К.Н. Трубецкого, чл.-корр. РАН А.А. Пешкова [70,51].
Методы геометрического анализа сплошных поперечных и углубочно-сплошных поперечных систем разработки обоснованы проф. П.И. Томаковым [69] и B.C. Коваленко [38].
Важное значение для планирования имеют графики режима горных работ, их форма. В этой области исследования проводились вместе с развитием геометрического анализа. Среди других следует отметить работы по обоснованию равномерного, ступенчато-возрастающего и ступенчато-убывающего графиков режима горных работ акад. В.В. Ржевского, профессоров А.И, Арсентьева, B.C. Хохрякова, В.В. Истомина [58,7,74,60].
Исследования в области компьютерного геометрического анализа месторождений в стране были начаты проф. С.Д. Коробовым и проф. И.Б. Табакманом [41,65] и получили развитие в работах проф. В.М. Аленичева [3], проф. Д.Г. Букейханова [15], многих других ученых.
Необходимо еще раз отметить, что элементы организации горных работ появляются уже на стадии их проектирования. К таким элементам следует отнести аналитическое определение темпа углубления горных работ Уг акад. В.В. Ржевским с выделением экскаваторных блоков и использованием производительности задалживаемых экскаваторов [58], графо-аналитическое определение величины Уг А.И. Аресентьевым с использованием графика L = f[T) [7] и применение других графиков, связывающих основные параметры карьера и системы разработки с временем [Я = (Г)ИДр.].
Но основой и перспективного, и даже текущего (годового) планирования остается геометрический анализ. Совершенствование компьютерного геометрического анализа применительно к задачам планирования (обеспечение возможностей неравномерного подвигания отдельных участков фронта горных работ, подвигания их в режиме поддержания планового качества руды, заданного коэффициента вскрыши и других факторов) отражено в трудах И.Б. Табакмана, В.М. Аленичева, А.С. Давидковича [65,3,1], а также ряда работ, выполненных на кафедре ОУГП МГИ - МГГУ под руководством проф. С.С. Резниченко, а также других организациях [16,66,67].
Проф. В.М. Аленичевым процесс планирования по временным периодам (год, квартал, месяц, неделя, сутки) рассматривается как непрерывный и представлен пакетами программных модулей для каждого этапа и технологического процесса. На уровне года главная задача — распределение объемов горной массы по горизонтам в рабочей зоне карьера с соблюдением технологических требований и ограничений. При реализации годовой программы корректируются квартальные планы по алгоритму, подобному годовому. Месячное планирование базируется на текущем состоянии горных работ. Объемы отгружаемой горной массы, как правило, набираются из взорванных или частично обуренных блоков с учетом
производительности экскаваторов и фонда рабочего времени оборудования. На данном этапе планирования устанавливается взаимосвязь буровзрывных, экскаваторных, транспортных и отвальных работ. При внутримесячном планировании проводится распределение объемов горной массы по забоям, отслеживается ритмичный выпуск продукции заданного качества в плановых объемах [2].
Подобная постановка системы планирования, но более схематично, была обоснована в качестве основных принципов построения системы автоматизированного планирования горных работ в Криворожском горнорудном институте [1] как система распределения годового объема горных работ по кварталам и месяцам между отдельными выемочными участками и экскаваторными забоями с дальнейшим составлением недельно-суточных графиков. При этом годовой план развития горных работ должен обеспечить выполнение карьером плановых (директивных) заданий по количеству и качеству руды, объему вскрышных работ при минимальных затратах. Результатами квартального планирования являются объемы добычи в каждом эксплуатируемом блоке, положение фронта работ на конец каждого квартала, объемы и качество добытой руды, ее подготовленных и готовых к выемке запасов. Далее на основе этой информации моделируется возможное положение фронта горных работ на конец каждого месяца и месячные объемы горной массы по ее видам. На следующем этапе предусматривается распределение по экскаваторам объема выемочно-погрузочных работ, запланированного на первый месяц (цель — обеспечение ритмичной и равнонапряженной работы выемочного оборудования). Далее месячные объемы распределяются по неделям, разрабатываются конкретные недельно-суточные графики горных работ с учетом всех регламентированных простоев и выполнения вспомогательных работ основным горным оборудованием. Задача квартально-месячного планирования буровзрывных работ сводится, по мнению авторов, к минимизирующей эксплуатационные затраты расстановке буровых станков.
Научные проблемы организации открытых горных работ начали интенсивно изучаться и постепенно решаться, начиная с 60-ых годов прошлого века, чему способствовали быстрый рост открытой добычи руд (особенно железных), актуальность повышения и стабилизации качества добываемого сырья, снижения удельных затрат на разработку в целом бедных руд (железистых кварцитов, порфировых медных и молибденовых руд и др.).
Большой вклад в постановку и решение организационных задач горного производства внесен проф. В.И. Ганицким [23]. Им разработаны методические основы расстановки основного горного оборудования, оптимизации грузоперевозок, а также периодичности массовых взрывов, количественной комплектации оборудования, разработки комплексного сетевого графика работы карьера (всех производственных и вспомогательных процессов).
Этапу исследований организационно-технологических схем предшествовал этап изучения собственно технологических схем, хотя и тогда в эти схемы уже закладывались элементы организации работы оборудования. К числу первых крупных исследований, определивших направления построения и расчета технологических схем относятся работы проф. Е.Ф. Шешко, акад. Н.В. Мельникова, проф. Б.П. Боголюбова, далее профессоров М.Г. Новожилова, П.Э. Зуркова, К.Е. Виницкого, М.В. Васильева, Б.Н. Тартаковского, академиков К.Н. Трубецкого и Н.Н. Мельникова, чл.-корр. РАН В.Л. Яковлева и А.А. Пешкова [76,46,13,48,29,21,20,25,71,47,78]. Научные основы обоснования технологических схем подземной и открыто-подземной разработки рудных месторождений созданы трудами чл.-корр. РАН Д.Р. Каплунова и проф. М.В. Рыльниковой [34,61].
Подготовка технической информации о производительности горного оборудования
При исследовании динамики организационно-технологических схем с использованием экскаваторно-автомобильных комплексов оборудования необходимо рассмотреть те производственные процессы, выполнение которых происходит в течение периода, характеризуемого продолжительностью периода моделирования. Исследования проводятся в течение среднесрочного периода работы карьера, средней мерой которого является один год. Временной шаг измеряется декадой. Цикл работы транспортных средств (в данном случае автосамосвалов) гораздо короче временного шага моделирования t. Естественно, что в этих условиях непосредственно работа транспортных средств не может моделироваться; она учитывается косвенно, через параметры распределения производительности экскаватора, размеры блоков горной массы, расстояние транспортирования горной массы.
Поэтому основными объектами карьерного оборудования, участвующего в моделировании, являются экскаваторы и буровые станки, работающие по открытому циклу — они не закреплены за экскаваторами.
Наблюдения за работой экскаваторов [52] проводились в различных организационно-технологических условиях и для экскаваторов разных типоразмеров. Полученные данные позволяют с большой достоверностью считать, что устойчивыми статистическими характеристиками процесса экскавации, так же как и процесса бурения, являются сменная производительность экскаватора, рабочий период (смена) и длительность целосменных нарушений основного процесса [37]. В данной работе принято, что производительности экскаваторов и буровых станков как случайные величины характеризуются усеченным нормальным законом распределения вероятностей.
Однако, в каждом конкретном случае, целесообразно использование в задачах моделирования производственных процессов стохастических моделей, учитывающих реальные характеристики и законы распределения вероятностей, адекватные условиям работы основного горного оборудования.
Одной из наиболее специфических задач организации производственного процесса в карьере является согласование работ, выполняемых одновременно на смежных участках и уступах карьера. В связи с перемещением горного оборудования и одновременной отработкой нескольких участков породного массива периодически возникают ситуации, когда возможность дальнейшей работы того или иного экскаватора, бурового станка зависит от состояния работ на смежном участке. В конечном счете, эти зависимости сводятся к наличию подготовленного фронта работы для каждого действующего элемента производственной системы. При этом в понятие наличия фронта работы включается и возможность функционирования элемента по условиям техники безопасности, требований технической эксплуатации оборудования и т.п.
На современных карьерах, в результате значительного увеличения мощностей бурового оборудования, отношение числа буровых станков к числу экскаваторов не превышает 0,7-1,0. При этих условиях существует возможность выбора очередности обуривания блоков.
В данной работе численное моделирование организационно-технологического цикла работы оборудования выполнено для шести экскаваторов ЭКГ-10, одного экскаватора ЭКГ-15, двух экскаваторов R-994 и шести буровых станков СБШ-250МН.
Для каждой единицы оборудования рассчитывается математическое ожидание суточной производительности с учетом мощности машины, срока эксплуатации, ее производительности в предшествующие периоды, вида работы (максимальная производительность — на вскрыше, минимальная (из-за селекции) - в смешанном блоке и несколько выше на руде). Производительность бурового станка зависит не от вида работы, а от крепости породы (руды) в блоке. Аварийные и внутримесячные ремонты учитываются в среднесуточной производительности. Оборудование, остановленное на капитальный, средний или годовой ремонт, на время ремонта из моделирования производственного процесса исключается.
Для каждой единицы оборудования сроки остановки на ремонт задаются через величины ty (i-ый шаг моделирования работы j-ro оборудования). Продолжительность и сроки указанных ремонтов принимаются в соответствии с графиками ПНР. Однако фактическое исполнение ремонта должно начинаться после завершения работы данной машины в рабочем блоке (его обуривания или завершения выемки блока).
При «нарезке» рабочих блоков в области активных запасов минимальный объем такого блока принимался равным декадной (двухнедельной) производительности экскаватора, максимальный — месячной его производительности (3 и 4 математических ожидания декадной и недельной производительности).
Нарезка выемочных блоков выполняется в области взорванных запасов. Для таких рудных блоков минимальный их объем может быть больше недельной (декадной) производительности, а максимальный больше месячной производительности экскаватора. Целесообразным является выделение «чистых» блоков: рудных и породных. Если это невозможно, выделяются «смешанные» блоки, включающие и рудные, и вскрышные элементарные блоки.
Ширина рабочего блока в массиве: минимальная — 12-15 м (не менее двух рядов взрывных скважин), максимальная - 40-45 м, (максимально допустимая ширина взрываемого блока).
Высота блока равна высоте уступа. Длина рабочего блока зависит от ограничений на объем блока. Так как элементарные блоки имеют размер 15x15x15 м, рабочие блоки имеют размер, кратный 15 м. Средние размеры рабочего блока-45x105x15 м.
В модели предусмотрена «перенарезка» блоков, которая осуществляется 1 раз в полгода, когда большая часть «начальных» активных запасов на горизонтах отработана и появляется необходимость в выделении активных областей либо в области пассивных запасов (если они подготовлены), либо в нарезке рабочих блоков на новых горизонтах. Сроки перенарезки блоков зависят от горно-геологических и горнотехнических условий отработки месторождения.
Динамичность производственных объектов карьера определяет необходимость периодического перемещения (перегонов) экскаваторов и буровых станков в карьере между рабочими блоками (с блока на блок и с горизонта на горизонт), не считая передвижения горного оборудования в процессе работы, в пределах одного рабочего блока.
В ряде случаев перемещение горных машин по уступам и с уступа на уступ требуют значительных затрат времени и средств, поэтому подлежат планированию и четкой организации. Как правило, холостые перегоны экскаваторов в карьере стремятся свести к минимуму, так как они ухудшают экономические показатели.
Один из возможных вариантов планирования экскаваторных работ характеризуется тем, что число подготовленных к работе блоков не превышает число рабочих экскаваторов, то есть отсутствует выбор при смене экскаватором рабочего блока. В этом случае задача организации перегонов сводится к подготовке кратчайшей или наиболее удобной в организационном отношении трассы перегона и обеспечении необходимых условий (подача электроэнергии, обслуживание ходовой части экскаватора и т. д.). Более широкое распространение имеет задача оптимизации перемещений карьерного оборудования.
Алгоритм формирования и моделирования организационно-технологической схемы
Алгоритм моделирования [40] состоит из этапа формирования ОТС (подготовительного) и собственно цикла моделирования организационно-технологических схем. На подготовительном этапе решаются задачи обеспечения всей необходимой информацией процесса имитационного моделирования ОТС (рис 3.2). С использованием информации по эксплуатационным и разведочным скважинам выполняется расчет матрицы элементарных блоков по каждому горизонту (метод «ближайшего района»). Всего рассматривается 10 горизонтов. Информация по элементарным блокам представляет собой трехмерный массив (куб), хранящий сведения о размерах блока, координатах местоположения, содержании металла в руде, статусе блока (актив, пассив, временный пассив), типе блока (дорога, съезд, рабочий блок, отработан, свободный), состоянии (отрабатывается, обуривается) и другие данные.(рис. 3.3). Принятые размеры элементарного блока (объекта) - 15x15x15 м. Обращение к объекту осуществляется по трем координатам - I,j,k (I,j - своего рода индексные координаты блока на К-ом горизонте). Исходный куб информации обрабатывается наложением на него координат контуров дневной поверхности карьера. Таким образом формируется файл координат контуров карьера на каждом горизонте. С помощью алгоритма машинной графики можно определить, является ли блок из куба действующим (существующим) или уже отработанным (представляет собой воздух). Алгоритм реализует метод, позволяющий определить, находится ли точка (объект из куба) внутри многоугольника произвольной формы (многоугольник образуется из файла «дневной поверхности карьера»). Следующий этап — выделение области активных и пассивных запасов. Для этого обрабатывается куб информации по каждому горизонту. Если рассматриваемый элементарный блок не закрыт блоком вышележащего горизонта, он принадлежит области активных или пассивных запасов данного горизонта. В области пассивных запасов К-го горизонта отстраиваются бровки уступов, минимальные рабочие площадки, области транспортных съездов с площадками примыкания, транспортные коммуникации, предохранительные бермы.
Отстраивание происходит путем перевода блоков из активных во временно пассивные в непосредственной близости от кромки вышележащего К+1 горизонта на заданном расстоянии. Остальные вскрытые блоки составляют активные запасы горизонта. На области оставшихся активных запасов на К-м горизонте отстраивается область, на которой в дальнейшем будет происходить нарезка выемочных блоков. Отстраивание происходит путем перевода блоков из активного состояния в состояние «свободный» в соответствии с технологическими ограничениями на ширину рабочего (выемочного) блока. Отстройка ведется «параллельно» кромке горизонта. Необходимо отметить, что эта область, в ряде случаев, не является сплошной (могут образовываться «разрывы»). Линией отсчета ширины является кромка К-го горизонта. Далее, на выделенной таким образом области, пользователь должен на каждом горизонте в обязательном порядке указать съезд. Таким образом часть элементарных блоков переходят в состояние «съезд». Так же пользователь должен указать выездную траншею из карьера на обогатительную фабрику, отвал, спецотвал. После завершения построения съездов формируется ориентированный граф, в котором хранятся расстояния между съездами для нахождения кратчайшего пути транспортирования и перегонов с помощью алгоритма Флойда-Уоршелла. Используется и модификация этого алгоритма, позволяющая получать кратчайший путь через вершины. Результатом решения является информация о кратчайшем расстоянии и собственно маршруте движения.
Нарезка рабочих блоков внутри выделенной области активных запасов начинается от съезда на горизонте вдоль контура К-го горизонта. На каждом шаге отстраивается перпендикуляр к контуру горизонта, рассчитывается набранный объем и длина выемочного блока. Высота таких блоков равна высоте уступа, ширина - ширине выделенной области, длина зависит от объема блока [минимальный объем - двухнедельная (декадная) производительность экскаватора, максимальный — месячная производительность]. Если объем превышает максимально допустимое значение, то фиксируется предыдущий шаг и все набранные блоки объединяются в выемочный блок. Аналогично в случае превышения длины блока. Рабочие блоки разделяются на рудные, забалансовые, породные. Если содержание металла в руде блока ам аоорт (0,30%) — руда кондиционная и транспортируется на обогатительную фабрику. Если 0,15% ам 0,30% - блок забалансовый, руда некондиционная, транспортируется на спецотвал. Если аЛ( 0,15% - блок породный, вскрышные породы транспортируются на вскрышной отвал. Выделяются также смешанные рудо-породные блоки, часть которых представлена кондиционной рудой, а часть - породой или некондиционной рудой. По категориям подготовленности рабочие блоки делятся на: свободные, обуриваемые, взорванные, экскавируемые (выемочные). Информация по рабочим блокам также представляет собой трехмерный массив (куб), хранящий сведения об индексе блока, типе блока, содержании металла в руде, статусе оборудования, индексе оборудования, текущем рейтинге, объемах горной массы и руды в блоке и другие данные (рис. 3.3). На подготовительном этапе пользователь осуществляет ввод оборудования в систему моделирования. При этом необходимо задать количество оборудования и основные показатели каждой единицы оборудования, а именно: тип (буровой станок или экскаватор), математическое ожидание производительности с учетом наработки, срока эксплуатации, ремонтов плановых и аварийных и дисперсию (MX, DX), их местоположение.
Местоположение назначает пользователь путем выбора единицы из списка и указания на форме выемочного блока, куда предполагается поместить оборудование. Таким образом осуществляется привязка конкретной единицы оборудования к конкретному обуриваемому или выемочному блоку. На каждом горизонте может работать не более двух буровых станков и двух экскаваторов. При размещении оборудования в блок происходит первичный расчет срока его отработки. Для этого разыгрывается производительность конкретной единицы оборудования и рассчитывается объем блока. В блок, где находится буровой станок или экскаватор записывается i-ый день окончания работы оборудования в данном блоке. После распределения оборудования и предварительного выполнения всех необходимых подготовительных действий запускается процесс моделирования. По условиям моделирования все оборудования начинает работу одновременно. Все рассмотренные выше этапы определяют формирование организационно-технологической схемы. Укрупненная блок-схема шага моделирования представлена на рисунке 3.4.
