Малофеев Д. В., главный эксперт по планированию горных работ ООО «Гинтелл»
Туманов А. А., технический руководитель по планированию горных работ ООО «Распадская угольная компания»
Планирование горных работ на угольных шахтах — это сложный процесс, основанный на комплексном подходе. Подземная добыча угля сопряжена с рядом особенностей: ведение работ в зонах влияния тектонических нарушений, в опасных зонах от геолого-разведочных скважин, в условиях повышенного горного давления и высокой газоносности пластов — всё это замедляет работы и требует особого внимания при создании плана горных работ. Помимо основной работы по проходке и очистной добычи, необходимо запланировать множество дополнительных операций, включая монтаж и демонтаж оборудования, заведение механизированного комплекса под защитное перекрытие, вывод комплекса из монтажной камеры. Таким образом, процесс планирования является сложным и трудоёмким, учитывающим обширное число ограничений. Для учёта всех показателей и обеспечения надёжной проверки каждого варианта плана важно использовать единую систему, предоставляющую удобные инструменты для разработки оптимального решения.
LOM-модели месторождений
В рамках цифровизации ООО «Распадская угольная компания» при содействии специалистов ООО «Гинтелл» были созданы 3D-геологические модели шахт на платформе Micromine Origin & Beyond. Модели такого типа служат ключевым источником данных, позволяя интегрировать многочисленные факторы и детально моделировать расположение и характеристики угольного пласта. Располагая такой подробной информацией, появилась возможность перейти к следующему этапу — использованию 3D-геологических моделей в качестве основы для планирования.
В 2023–2024 гг. сотрудниками компании ООО «Гинтелл» совместно со специалистами ООО «Распадская угольная компания» были разработаны 3D-модели планирования горных работ для угольных шахт в Micromine Spry. Данный софт — это приложение, созданное для планирования горных работ на пластообразных месторождениях. Идео-логия софта — комплекс для планирования должен быть гибким, производительным и дружелюбным к кастомизации. Гибкость достигается благодаря зависимостям и ограничивающим условиям, которые можно применить ко всему выемочному участку или только к его частям, ко всем проходческим бригадам или только к одной. Высокая скорость обработки и визуализации большого массива данных — важная отличительная черта ПО, которая обеспечивает оперативный расчёт и визуальный контроль вариантов планирования. Процесс планирования находится в одном приложении, функции для работы с выемочными блоками всегда под рукой, неограниченное количество пользовательских атрибутов позволяет успешно создавать модели на различные периоды с нужной степенью детализации.
Micromine Spry позволяет моделировать горные работы на всех горизонтах планирования. К наиболее востребованным относится годовое планирование, среднесрочное (1–5 лет), долгосрочное (более 5 лет) и LOM. Горизонты планирования Spry приведены на рис. 1.
LOM (Life of Mine) — это стратегический план, охватывающий весь жизненный цикл отработки запасов шахты и служащий основой для формирования общей стратегии предприятия. На его основе разрабатываются долгосрочные и среднесрочные планы, в том числе пятилетний и годовой, а при необходимости — промежуточный скользящий план на 2–3 года. В процессе внедрения планировщика Micromine Spry специалистами ООО «Гинтелл» и ООО «Распадская угольная компания» была создана основная LOM-модель, которая используется специалистами для разработки долгосрочного (15 лет), среднесрочного (пятилетнего, трёхлетнего) и оперативного (годового) сценариев. Эти сценарии представляли собой адаптированные версии долгосрочного плана. Процесс адаптации плана заключается в детализации показателей, влияющих на производительность добычи, проходки, вспомогательных процессов; в уточнении количества и области влияния ограничивающих факторов ввиду их дополнительного подразделения.
Адаптация не требует отдельных расчётов по разным периодам планирования, так как модель выполняет расчёт процессов на каждый час, и пользователь при расчёте сценария может сам выбирать «разбивку» периодов в отчётности. Долгосрочная модель создана для получения результатов по годам, но планировщик может изменить группировку отчётов по срокам. На рис. 2 показано, как для конкретного сценария в инструменте «сводные таблицы» осуществляется переход от отчётности по годам к отчётности по месяцам.
Основная цель системы планирования горных работ
Основная цель использования модели планирования в специализированном приложении-планировщике для любого периода — получение технологических показателей, по которым можно провести дальнейшие экономические расчёты. Перечень результативных показателей может изменяться в зависимости от условий и технологии отработки. К данным показателям относятся: объём очистной и попутной добычи, объём проведения горных выработок, подвигание очистного забоя, количество бригад на основных и вспомогательных процессах, а также расчётные показатели вспомогательных процессов. Ниже представлена этапность движения данных для создания модели:
1. Подготовка данных в Micromine O&B в соответствии со структурой модели ресурсов.
2. Импорт данных из Micromine O&B в среду проектирования Micromine Spry.
3. Подготовка данных в среде проектирования Micromine Spry.
4. Импорт данных из среды проектирования в ресурсную таблицу Micromine Spry.
5. Использование полученных данных для создания сценария.
Основа модели — ресурсная таблица древовидной структуры. В этой таблице выемочные блоки структурированы по атрибутам — уровням, содержащим позиции, также в ресурсной таблице создаются поля, в которых будет храниться информация. Структуру таблицы задаёт сам пользователь, это один из факторов универсальности Spry (пример участка древовидной структуры ресурсной таблицы приведён на рис. 3). Все данные хранятся в нижних узлах ресурсной таблицы. Расшифровка единичного блока (узла) в проходке 1\3\Проходка\ВШ\3\4 следующая: 1 — номер блока, 3 — имя пласта, тип работ — Проходка, тип выработки — ВШ (вентиляционный штрек), номер выработки — 3, номер по порядку (последовательность) от начала выработки — 4.
После определения структуры данные в формате каркасов Micromine O&B (.tridb) импортируются в среду проектирования Spry. Здесь выполняется их дополнительная обработка, включая нанесение опасных зон, установку флагов дополнительных работ и другие корректировки. После завершения обработки подготовленные каркасы заносятся в таблицу ресурсов, после чего планировщик приступает к разработке сценария (плана).
В сценарии долгосрочного плана предусмотрена возможность учитывать исходное состояние с учётом фактической отработки, задавать технологические процессы, выполняемые оборудованием, а также указывать нормативные простои и планово-предупредительные ремонты (ППР). Производительность оборудования может рассчитываться с учётом широкого спектра факторов благодаря встроенному редактору выражений. Результаты планирования представлены в виде анимации и сводных таблиц. Основным инструментом отчётности являются сводные таблицы, обеспечивающие детальный анализ данных.
Анимация, в свою очередь, служит инструментом верификации табличных отчётов, позволяя не только анализировать данные в числовом формате, но и визуально оценивать запланированные процессы. Это делает представление плана более наглядным и понятным.
После определения наилучшего сценария (плана) важно решить, как его использовать. Один из вариантов — принять к исполнению, другой — разработать мероприятия по оптимизации. Прежде чем разрабатывать подобные мероприятия, важно оценить их потенциальный эффект. В этом случае Spry предоставляет возможность вводить коэффициенты для прогнозирования. Встроенный календарь позволяет применять корректирующие коэффициенты к расчётной производительности бригады, что даёт возможность пересчитать сценарий с учётом различных факторов. Благодаря этому можно определить ключевые экономические показатели при потенциальном увеличении производительности. Эти коэффициенты могут быть заданы как для всей бригады в целом, так и для отдельных периодов её работы, что делает прогнозирование гибким и точным.
На основе полученных результирующих экономических показателей можно оценить влияние изменения производительности на общий экономический эффект. Встроенные в сценарий динамические электронные таблицы, которые обновляются при каждом пересчёте, позволяют оперативно анализировать данные и делать обоснованные выводы об оптимальности рассматриваемого сценария (рис. 5). Такой подход обеспечивает прозрачность планирования и помогает принимать наилучшие решения.
По прошествии времени с создания любого плана потребуется периодическое обновление модели планирования. Основной порядок динамического 3D-планирования на шахтах с учётом обновления данных показан на схеме рис. 6.
Высокая скорость работы специализированного программного обеспечения для планирования позволяет инженерам мгновенно оценивать влияние внесённых изменений на итоговый результат и оперативно находить оптимальные решения. Благодаря динамической модели можно получать ключевые экономические показатели, необходимые для анализа эффективности плана. Использование Spry позволяет быстро пересчитывать планы на ежегодной основе, что особенно важно в современных условиях. Концепция использования планировщика может быть успешно исследована отечественными компаниями для создания аналогичных решений в сфере планирования на угольных предприятиях, обеспечивая гибкость и эффективность управления производственными процессами.