Магистерская работа

Тема: "Построение оптимизационной модели перспективного планирования производства на горнодобывающем предприятии"

Петровская Анна Сергеевна, магистрант ФВТИ

Актуальнось темы исследования обусловлена тем, что в настоящее время на большинстве горнодобывающих предприятий планирование производства (т. е. планирование последовательности и темпов проведения подготовительных и добычных работ) осуществляется вручную, а следовательно, не оптимальным образом. Автоматизация процесса планирования (частичная или полная) позволит

повысить производительность труда планировщиков;

составить оптимальные планы (краткосрочный и долгосрочный)производства;

повысить прибыльность и рентабельность предприятия.

К содержанию

Целью работы является исследование существующих программных продуктов для планирования производства; разработка оптимизационной модели планирования и на основе модели разработка автоматизированной системы планирования производства.
К содержанию

Постановка задачи автоматизации.
Объектом автоматизации является золотодобывающее предприятие, в состав которого входят два месторождения с различным типом расположения рудных жил. На крутопадающем месторождении рудные жилы расположены практически вертикально, на пологопадающем - под углом около 45° к горизонту. Для упрощения расчетов принимается, что на крутопадающем месторождении жилы расположены вертикально. На пологопадающем месторождении углы падения рудных жил учитываются. Каждое месторождение с точки зрения эксплуатации состоит из рудных тел - крупных обособленных участков рудных жил и горизонтов - горизонтальных уровней проведения работ. Рудные тела, в свою очередь, делятся на геологические блоки - более мелкие участки, с которыми и производится дальнейшая работа. На крутопадающем месторождении геологические блоки делятся еще на так называемые эксплуатационные блоки, из которых собственно и добывается золотоносная руда. На пологопадающем месторождении, как правило, дальнейшее деления геологических блоков на эксплуатационные не производится и считается, что геологические блоки являются также и эксплуатационными. Физическое деление геологических блоков на эксплуатационные осуществляется путем проведения комплекса подготовительных работ. Прежде всего проводят так называемые откаточные штреки, по которым впоследствии будет производиться транспортировка отбитой руды. Затем проводят подготовительные выработки: в каждом геологическом блоке через определенные промежутки (расстояние) проводят вертикальную выработку. Проведенные выработки укрепляют, причем тип и количество крепи определяются состоянием массива горных пород - это работы по поддержанию горных выработок. После проведения подготовительных выработок в эксплуатационных блоках проводят очистные работы (отбойку) - собственно добычу золота. На предприятии применяются 2 системы отбойки.

Система с магазинированием руды. Рудный блок подрывается снизу, часто из вспомогательного штрека, пройденного по жиле выше откаточного штрека; между вспомогательным и откаточным штреками через постоянные интервалы пробивают выработки и оставляют от 5 до 10 рудных целиков - неотбитых участков руды. Желоба с затворами располагаются в выработках таким образом, чтобы отбитая руда могла перепускаться на откаточный горизонт. Затем из вспомогательных штреков вертикально отбивается новая партия руды. После того, как будет выпущено достаточное количество отбитой руды для образования соответствующего рабочего пространства, горняки, располагающиеся на поверхности массива руды, отбитой предыдущей заходкой, разбуривают следующую секцию вертикальной жилы.

Система с закладкой выработанного пространства сразу после отбойки и выемки руды (эти системы используются при очистных работах в блоках, расположенных на низко лежащих горизонтах, где свойства руды не позволяют применять системы с магазинированием). После извлечения руды из блока оставшееся пустое пространство бетонируется. Для проведения очистных операций в рудниках необходимы крепления, соответствующие системе разработки и локальному состоянию рудного тела и массива вмещающих пород. При разработке руды с магазинированием крепления почти не применяются, так как оставляемые целики (впоследствии тоже извлекаемые) обычно обеспечивают достаточную устойчивость кровли. На место извлекаемых целиков устанавливается бетонная крепь с внешним металлическим бандажом. По мере отбойки руда транспортируется на поверхность: вначале ее спускают на откаточный штрек, а затем по этому штреку руда транспортируется к месту подъема на поверхность и поднимается.

Таким образом, на руднике производятся следующие горные работы:

подготовительные выработки, в т.ч. проведение откаточных штреков для транспортировки;
укрепление проведенных выработок;
отбойка руды в эксплуатационных блоках;
транспортировка руды на поверхность.

Естественно предположить, что одновременно проходческие (подготовительные) и очистные работы могут вестись в нескольких блоках. Отсюда возникает первая задача автоматизации на предприятии - составление плана проведения проходческих и очистных работ таким образом, чтобы:

количество одновременно действующих проходческих и очистных забоев было не больше, чем это возможно при существующих трудовых ресурсах.
к планируемому моменту начала очистных работ в блоках были проведены все подготовительные выработки;
если в блоке начаты очистные работы, то он должен отрабатываться до конца;
трудовые ресурсы были загружены равномерно;
материальные ресурсы использовались равномерно;
выполнялись ограничения по физическому расположению отрабатываемых блоков, т.е. отрабатываемые одновременно блоки должны находиться недалеко друг от друга (на одном горизонте или соседних горизонтах);
по возможности обеспечивалось стабильное качество руды, что можно сделать путем подбора блоков, которые будут находиться в отработке;
выполнялся план добычи золота в каждый период времени.

Кроме задачи составления плана проведения работ на предприятии существует задача учета имеющихся запасов. Для учета запасов необходимо рассчитать ряд характеристик эксплуатационных блоков. В эти характеристики входят геологические параметры блоков (площадь, мощность и т.д.), эксплуатационные параметры (балансовые запасы, потери и разубоживание). Все эти показатели имеют и самостоятельную ценность для геолога, а не только используются при подсчете добычи руды. Кроме того, все эти характеристики должны рассчитываться при планировании отбойки руды.
К содержанию

Описание полученных результатов
Была решена задача автоматизации учета запасов на предприятии путем разработки автоматизированной системы учета запасов. Кроме того, в данной автоматизированной системе начато решение задачи планирования работ на руднике. Структура автоматизированной системы приведена на рисунке 1

Рисунок 1 Структура программы "Рудник - планирование"

Описание основных модулей
Программа реализована для двух типов месторождений - круто- и пологопадающего. В основном работа с этими типами производится одинаково, если есть отличия, они описаны.

Главный модуль программы Здесь находится главное меню программы, из которого осуществляется доступ ко всем остальным модулям. Кроме того, в главном модуле производится выбор типа месторождения (круто- или пологопадающее). Дальнейшая работа осуществляется для выбранного типа месторождения.
Модуль помощи Содержит описание всех возможностей программы, основных принципов работы с ней и используемых методик подсчета запасов. Может быть вызван из любого модуля программы.
Геологические запасы. В этом модуле предусмотрена возможность работы с геологическими запасами в геологических блоках: ввод, просмотр и редактирование. Реализована фильтрация блоков по горизонту и/или рудному телу. Для пологопадающего месторождения почти все геологические блоки являются эксплуатационными, т.е. дальнейшее их деление не производится. При вводе и редактировании в таблице геологических запасов автоматически рассчитываются расчетные показатели (объем и вес руды, вес золота) в соответствии с формулами из раздела 3.3. Чтобы этот расчет не производился, нужно отметить флаг "Не рассчитывать значения". Для расчета значений во всей таблице - нажать кнопку "Перерасчет таблицы". Обязятельные поля выделены красным. Внизу окна приводятся итоговые данные по всем отображаемым на данный момент геологическим блокам. При работе с пологопадающим месторождением, можно перенести все или отдельные геологические блоки и их геологические параметры в таблицу эксплуатационных блоков. Для переноса всех геологических блоков в эксплуатационные нужно нажать кнопку "Перенести все в эксп. запасы"; для переноса отдельных геологических блоков - выделить в таблице блок и нажать кнопку "Перенести выдел.".
Эксплуатационные запасы. Возможны два режима работы (ввода, просмотра и редактирования) эксплуатационных запасов (блоков): всех и по выбранному геологическому блоку. Также осуществляется фильтрация блоков по горизонту и/или рудному телу. Аналогично геологическим блокам, при вводе и редактировании в таблице эксплуатационных блоков производится автоматический расчет большинства показателей.
Выработки. В этом модуле осуществляется работа с выработками: ввод, просмотр и редактирование выработок и их параметров. Осуществляется фильтрация выработок по конкретному горизонту. Виды выработок и сечений можно просматривать и редактировать (в т. ч. добавлять и удалять) в окне, которое открывается при нажатии кнопки "Виды выработок и сечений".
План отработки блоков. В этом модуле производится задание плана отработки эксплуатационных блоков. План отработки блоков представляет из себя последовательность отработки блоков (задаются конкретные даты начала отработки для каждого блока). Одновременно с окном задания плана на экране отображается график отработки блоков по датам. Для задания плана отработки необходимо выбрать блок из списка эксплуатационных блоков, затем для каждого блока ввести производительность, или нагрузку (количество руды в т, которое планируется добывать за сутки) и дату начала отработки. Дату начала отработки можно ввести вручную в формате дд.мм.гг., а можно ввести с помощью календаря, нажав на кнопку "…" справа в поле даты. Дата окончания отработки каждого эксплуатационного блока рассчитывается автоматически исходя из запасов блока и производительности отработки (к дате начала прибавляется количество дней, получаемое путем деления запасов блока на производительность его отработки). Для формирования таблицы с планом отбойки по всем блокам и просмотра диаграмм добычи руды и металла, отображающих этот план, нужно нажать на кнопку "Расчет итоговых показателей". После этого отображаются диаграммы добычи руды (в тоннах) и металла (в кг) по дням. Расчетные данные сохраняются в таблицах. Предусмотрена возможность печати диаграмм отбойки после предварительного просмотра по нажатию кнопки "Отчет" в окне диаграмм. При нажатии кнопки "Расчет итоговых показателей" формируется таблица, содержащая для каждого блока дату и нагрузку (производительность) в этот день на все время отработки блока. По умолчанию предполагается, что в каждый день работы нагрузка одинакова, но возможно изменять нагрузку в любой день работы. Для этого нужно нажать кнопку "Корректировка нагрузки на блоки". Затем в окне корректировки изменить нагрузку стандартными средствами и нажать кнопку "Применить" для перерасчета даты окончания работы в блоке.
План проведения подготовительных работ. В этом модуле задается и редактируется план проведения подготовительных выработок. В таблице "Задание ограничений на проведение выработок" необходимо выбрать из списка эксплуатационный блок, относящиеся к нему выработки (поочередно) и задать количество дней опережения, т.е. количество дней от окончания проведения подготовительной выработки до начала очистных работ в блоке. После этого в таблице "План проведения выработок" задается положение на начало и конец периода для каждой выработки (м), скорость проведения выработки (м/мес). Затем по нажатию кнопки "Расчет плана проведения подготовительных выработок" производится расчет даты окончания и начала проведения выработок и просмотр графика проведения подготовительных выработок по дням. Дата окончания проведения выработки рассчитывается исходя из дат начала отработки связанных с ней блоков и количества дней опережения (выбирается минимальное значение, т.е. самое раннее, из значений, получаемых путем вычитания из даты начала отработки каждого эксплуатационного блока и количества дней опережения для этого блока), дата начала проведения выработки - по дате окончания, положению на начало и конец периода и скорости ее проведения (дата начала равна дате окончания минус разница между положением на конец и на начало периода, деленная на скорость проведения выработки). Для просмотра графиков объемов проведения подготовительных выработок нужно нажать кнопку "Диаграммы". Их можно вывести на печать, нажав кнопку "Отчет". Для просмотра отчета по плану проведения подготовительных работ нужно нажать кнопку "Итог". (Выводятся данные по неделям, объемы проведения выработок в м и м3).Для просмотра и редактирования параметров выработок (подготовительных работ) нужно нажать кнопку "Выработки".

Таким образом, в программе реализован подсчет запасов для двух типов месторождений и ручное задание плана отработки эксплуатационных блоков. После задания плана отработки производится расчет плана проведения подготовительных выработок.
К содержанию

Практическое применение результатов работы: в настоящее время разрабатываемая система планирования внедряется в эксплуатацию на ОАО "Бурятзолото" (Россия).
К содержанию