Применение новых компьютерных технологий при проектировании и планировании открытых горных работ

В 1998 году ОАО "Гайский горно-обогатительный комбинат" (ГГОК) по проекту института «Унипромедь» начал отработку месторождения «Летнее» открытым способом. Проект карьера состоит из двух очередей (рис.1). Вторая очередь является основной и наиболее глубокой, она предусматривает отработку рудных тел (р.т.) № 3, 5. В 2001 году ГГОКом получены рекомендации института "Унипромедь" по увеличению углов рабочего борта второй очереди карьера месторождения "Летнее" с целью повышения экономической эффективности горных работ. К этому времени первая очередь карьера практически была отработана.

Перед специалистами комбината встала задача самостоятельно разработать проект, просчитать и проанализировать объёмные и экономические показатели карьера с новыми исходными параметрами. При проектировании карьера на разных стадиях могут быть применены различные технологические решения, что влечёт за собой многовариантность проекта, а следовательно и большой объём времени и затрат для просчёта показателей различных вариантов карьера и анализа полученных результатов. Было очевидно, что традиционными методами «бумажного» проектирования такой объём работ проделать достаточно сложно. Было предложено для данной работы использовать новые компьютерные технологии для горного производства, которые к этому времени успешно применялись на Качканарском горно-обогатительном комбинате и ОАО "Уралэлектромедь" (УЭМ), что открывало перспективу на собственном опыте и конкретном объекте оценить эффективность применения таких технологий. Начать работы решено было совместно со специалистами геоинформационного отдела (ГИС-отдела) горного управления УГМК, имеющих опыт по созданию проекта на Удоканском месторождении с использованием программного пакета компании "Gemcom" (GC).

Для создания цифровых геологических моделей р. т. № 3, 5 в течение пяти дней специалисты ГГОКа сформировали электронную базу данных, включающую в себя сведения по 74 разведочным скважинам и состоящую из каталога координат, данных инклинометрии и данных опробования. Затем совместно со специалистами ГИС-отдела УГМК в течение трёх дней были созданы цифровые геологические модели р.т. № 3, 5. Блокировка и подсчёт запасов проведены на основании данных, утверждённых в Государственном Комитете по Запасам. На основании полученных данных и дополнительной графической документации построен предельный контур второй очереди карьера с новыми параметрами (Вариант I).

Работа над проектом показала высокую эффективность применения программного пакета GС: в течение месяца были построены цифровые модели рудных тел, несколько вариантов цифровых моделей второй очереди карьера, подсчитаны объёмы рудных тел, горной массы и объём руды в контуре карьера. Представленный на рассмотрение проект показал снижение коэффициента вскрыша/руда, уменьшение объёма вскрышных работ, увеличение извлекаемости руды. Проанализировав результаты, необходимо было доработать полученный проект с учётом всех замечаний и с использованием рекомендованных специалистами ГГОКа технологических решений, что, по сути, означало проектирование карьера заново.

Получив согласие научно-внедренческой компании "ВИСТ (г.Москва) завершить начатую работу на его базе, было решено направить специалистов ГГОКа в компанию "ВИСТ" для создания проекта по реконструкции второй очереди карьера в программном пакете GC.

Для построения предельного контура карьера взяты цифровые модели геологических тел, построенные ранее со специалистами ГИС-отдела УГМК. В течение семи дней работы построены четыре варианта карьера, два из которых были представлены к рассмотрению на техническом совете ГГОКа. Вариант II (рис.2) предполагает полную отработку рудных тел 3 и 5 до горизонта 100м. По электронной модели варианта II были построены разрезы, погоризонтные планы, определены объёмы горной массы и руды на горизонтах. Проект был оформлен в принятых условных обозначениях. Был рассчитан календарный график №1 горных работ (таб. №1, приложение).

 

 

 

 

Так же была построена цифровая модель карьера, которую можно назвать экспериментальной (вариант III, рис.3). Цель её построения заключается в следующем: отсечь наиболее погруженную часть рудных тел и посмотреть, насколько изменяются объёмные и экономические показатели карьера. Граница отсечения руды была принята эмпирически на горизонте 130 метров (рис.4). На первый взгляд полученные результаты варианта III показались резко отрицательными. В недрах остаётся 984,4 т.т. геологических запасов руды, что составляет 22,6% от запасов р.т. 3, 5, но дальнейшие экономические расчёты подтвердили целесообразность дальнейшего рассмотрения этого варианта.

Объёмные показатели всех проектов приведены в таблице №3. Из таблицы видно, что показатели проектов варианта I и варианта II близки, но при этом вариант II является наилучшим. Экономические оценки этого варианта по сравнению с первоначальным проектом дают следующие результаты: 1) объём вскрыши сокращается на 1865,4 т. м3, что при себестоимости 1м3 вскрыши 18,43 руб. даёт сокращение затрат на 34,8 млн. руб.; 2) в контур карьера попадает на 458 тыс. тонн руды больше, что при ценности 1 т. руды 562,89 руб. и себестоимости её добычи и переработки в 298,17 руб принесёт дополнительную прибыль 121,2 млн. руб. Вариант II с календарным графиком №1 рекомендованы к утверждению институту "Унипромедь".

Таблица объемов по проектированию второй очереди карьера месторождения "Летнее"

Таблица №3

Наименование показателей	Един. изм.	Проект "Унипромедь"	Вариант I		Гайский ГОК
					Вариант II		Вариант III
			кол-во	%	кол-во	%	кол-во	%
1. Горная масса	т.м3	26296	24956,3		24548		16772,3
2. Горная масса I очереди	т.м3	3172,4	3172,4		3172,4		3172,4
3. Горная масса II очереди	т.м3	23123,6	21783,9	-5,8	21375,6	-7,6	13599,9	-41,2
4. Вскрыша	т.м3	22125,1	20696,2	-6,5	20259,7	-8,4	12736,4	-42,4
5. Запасы руды в р.т. (3+5) (объемный вес 3,9 т/м3)	т.м3 т.т	1133,8 4421,8	1133,8 4421,8	100	1133,8 4421,8	100	1133,8 4421,8	100
6. Запасы руды в контуре II очереди карьера (объемный вес 3,9 т/м3)	т.м3 т.т	998,5 3894	1087,7 4242	+8,9	1115,9 4352	+12	863,5 3367,6	-13,5
7. Извлекаемость руды	%	88,1	95,9		98,4		76,2
8. Коэффициент вскрыша/руда	м3/т	5,68	4,88	-14	4,66	-18	3,78	-33,4

 

 

Дальнейшими расчётами необходимо было оценить экономическую эффективность отработки карьера в различных вариантах и при разных календарных графиках. Так как использование программы GC нам позволило иметь общие и "погоризонтные" объёмные показатели всех вариантов карьера, данная задача не представлялась сложной.

Геологические запасы руды были переведены в товарные. Расчёт товарной руды производился по горизонтам с величиной потерь и разубоживания взятыми из расчёта института "Унипромедь"[1]. На основании полученных товарных данных руды сделан пересчёт объёмных показателей карьера. Были рассчитаны содержания и количества в руде Cu, Ag и Zn, необходимые для экономических расчётов. К полученным показателям добавлены запасы руды и вскрыши, которые находились в первой очереди карьера на 1.01.2002г, чтобы экономические показатели были объективными для всего карьера в целом. Был построен календарный график №2 (таб. №2, приложение) для варианта II, в котором при заданной производительности рудника 500 т.т. руды в год определены минимальные технологически необходимые ежегодные объёмы вскрыши. В этом графике вскрышные работы распределены более равномерно по годам для того, чтобы сократить время между затратами на вскрышу и доходами от добытой руды. Для сравнения экономических показателей при различной конфигурации карьера был построен календарный график для варианта III.

Для экономических расчётов были взяты данные, планируемые ГГОКом на 2002 год. В программе Microsoft Excel была построена взаимосвязанная структура таблиц и расчётов, определяющая зависимость рентабельности каждого варианта от совокупности всех исходных параметров, таких как: цена 1 т. меди в концентрате, себестоимость 1м3 вскрыши, себестоимость добычи, доставки и переработки 1 т. руды и т.д. Расчёт затрат и доходов проводился по общепринятой методике и с учётом дисконтирования [2,3]. Механизм дисконтирования был применён ко всем календарным графикам. Итоговые результаты расчётов приведены в таблице №4, которая является конечной в цепи расчётов.

 

Сравнительная характеристика вариантов отработки месторождения "Летнее"

Таблица №4

Показатели	Ед. изм.	II вариант		III вариант	Разница II-В гр.2 и III-В
		График работ №1	График работ №2
Затраты на вскрышу (усл.-перем.)	тыс.руб.	208 918,9	162 312,1	118 496,1
Затраты по руде (усл.-перем.)	тыс.руб.	915 615,7	929 387,6	858 410,3
Усл.-пост. Затраты	тыс.руб.	500 520,3	500 520,3	467 140,5
Общие затраты	тыс.руб.	1 625 054,9	1 592 220,0	1 444 046,9	148 173,1
Доход от реализации	тыс.руб.	1 728 524,8	1 754 523,7	1 671 053,7	83 470,0
Затраты на непогашенную вскрышу на 1.01.2002г.	тыс.руб.	53 447,5	53 447,5	53 447,5
Кап. затраты ОАО"Гайский ГОК"	тыс.руб.	70 000,0	70 000,0	70 000,0
Прибыль	тыс.руб.	103 469,9	162 303,7	227 006,8	-64 703,1
Прибыль итоговая	тыс.руб.	-19 977,6	38 856,2	103 559,3	-64 703,1
Рентабельность	%	-1,2	2,4	7,2	-43,7

Из таблицы видно, что отработка нижних горизонтов карьера влечёт за собой неокупаемые затраты в размере 64,7 млн. руб., а более равномерное распределение вскрышных работ по графику №2 увеличит рентабельность карьера на 3,6%, что составит 58,8 млн. руб. Результаты показывают, что целесообразно пересмотреть календарный график работ, а так же и конфигурацию проектного контура карьера.

Выводы:

1. Проведённая работа на конкретном примере продемонстрировала высокую технологическую и экономическую эффективность применения компьютерных технологий при проектировании открытых горных работ. Программа GC позволяет в короткие сроки минимальному числу специалистов построить множество вариантов цифровой модели карьера. Работа показала, что проектирование карьера в программе GC состоит из ряда простых операций, исключающих рутинные подсчёты и построения, а следовательно, и погрешности в вычислениях. Заложенные в программе простые геометрические операции позволяют проектировщику манипулировать моделью и получать наглядные разрезы, планы горизонтов, подсчитывать объёмы твёрдотельных моделей любой конфигурации и автоматизировать массу рутинных процедур в процессе ведения горных работ для геологов, маркшейдеров и горняков.
2. Применение компьютерных технологий позволяет быстро и качественно получить весь массив параметров различных проектных решений, который, в свою очередь, позволяет провести экономический анализ различных вариантов. Необходимость выполнения такого анализа так же подтверждена данной работой, т.к. итоговые сравнительные результаты заставляют возвращаться к принятию технологических решений на стадии проектирования.
3. Для снижения затрат на стадии проектирования горных работ, а так же в процессе эксплуатации локальных зон месторождений применение таких компьютерных программ, как Gemcom, является передовым и наиболее целесообразным.

 

Список используемой литературы:

1. "Подсчёт запасов. Расчёт потерь и разубоживания. Пояснительная записка.", Екатеринбург, "Унипромедь", 1992 г.;
2. Хохряков В.С., "Оценка эффективности инвестиционных проектов открытых горных разработок", Екатеринбург, УГГА, 1996 г.;
3. "Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования", Москва, Минфин, 1994 г.

 

Приложение

"Календарные планы горных работ по месторождению "Летнее" по варианту II"

Календарный план горных работ по месторождению "Летнее" (№1)

Таблица №1

Показатели	Ед. изм.	Всего	Остат. на 01.01.02	Годы работы
				2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014
Горная масса	т.м.куб.	24547	18895	2300	2926	2626	2026	1626	1526	1426	1326	1126	806	626	476	79
Вскрыша	т.м.куб.	22789	17374	2200	2800	2500	1900	1500	1400	1300	1200	1000	680	500	350	44
Добыча руды	т.м.куб.	1758	1521	100	126	126	126	126	126	126	126	126	126	126	126	35
	т.т.	6611	6014	300	500	500	500	500	500	500	500	500	500	500	500	214
Коэф. вскрыши	м.куб/т.	3,45	2,9	7,3	5,6	5,0	3,8	3,0	2,8	2,6	2,4	2,0	1,4	1,0	0,7	0,2

 

Календарный план горных работ по месторождению "Летнее" (№2)

Таблица №2

Показатели	Ед. изм.	Всего	Остат. на 01.01.02	Годы работы
				2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014
Горная масса	т.м.куб.	24547	18895	1150	1476	1526	1576	1456	1406	1406	1406	1406	1784	2104	1864	335
Вскрыша	т.м.куб.	22789	17374	1050	1350	1400	1450	1330	1280	1280	1280	1280	1680	2000	1760	234
Добыча руды	т.м.куб.	1758	1521	100	126	126	126	126	126	126	126	126	104	104	104	101
	т.т.	6611	6014	380	500	500	500	500	500	500	500	500	410	410	410	404
Коэф. вскрыши	м.куб/т.	3,45	2,9	2,8	2,7	2,8	2,9	2,7	2,6	2,6	2,6	2,6	4,1	4,9	4,3	0,6