Текущее управление горными работами

Основу текущего управления на подземных рудниках состав­ляет разработка плана ведения горных работ, при которой боль­шая часть задач формализуется в виде экономико-математиче­ских моделей и решается с использованием средств вычисли­тельной техники. Для этого используют комплекс отдельных оптимизационных моделей, учитывающих в своих ограничениях определенные требования, предъявляемые со стороны других моделей. Такие модели следует выделять по признаку специа­лизации (взаимозаменяемости) рабочих, выполняющих те или иные работы. Это означает, что достаточно выделить модели планов следующих комплексов работ: очистных (добычи руды), буровых (включая бурение взрывных скважин, а также сква­жин промышленной и эксплуатационной разведки), проходче­ских (нарезных, подготовительных, горно-капитальных, а также разведочных), закладочных (если они выполняются специали­зированным участком).

Методические основы и математический аппарат решения задач планирования горных работ рассмотрим на примере пла­на отработки блоков на руднике цветных металлов. Основная идея процедуры текущего планирования горных работ заклю­чается в том, что вначале с учетом директивных требований и возможностей горнотехнического и организационного характера набирают оптимальный план добычи из очистных блоков, а за­тем назначают другие виды горных работ, но только в тех объ­емах, которые необходимы, чтобы нормально функционировали отобранные очистные блоки и поддерживался минимально до­статочный фронт других горных работ (рис. 1).

В соответствии с процедурой текущего планирования сна­чала отбирают очистные блоки, которые в принципе могут да­вать добычу в течение данного года. Для этого просматривают все блоки, которые могут быть введены в строй в течение неко­торого промежутка времени, за который на данном руднике возможно произвести достаточно надежный поблочный набор плана добычи. Обычно этот промежуток соответствует норма­тивам подготовленных запасов и при годовом планировании со­ставляет около 1,5-2 лет.

Устанавливают объемы соответствующих горных работ, не­обходимых для ввода в строй отработанных блоков и воссоз­дания на конец планируемого периода нормативного резерва готовых к выемке, подготовленных и вскрытых запасов, а также необходимого перевода запасов в соответствующие категории по степени разведанности.

Затем назначают варианты технологически возможного по­рядка отработки блоков, входящих в этот набор. При этом должны быть учтены все технологические требования и ограни­чения, вытекающие из конкретной горно-геологической ситуации, принятых систем разработки, возможностей подработки и надработки запасов и т.п.

Каждый вариант подготовки к вводу в строй и отработки блоков изображают в виде исходного календарного плана, по­строенного сетевыми методами (линейно-стрелочного графика). Это позволяет в дальнейшем построить и оптимизировать (для каждого варианта) календарный план (график) очистных ра­бот (рис. 2).

Рис .1. Принципиальная блок-схема процедуры текущего планирования горных работ на подземном руднике:

1 - начало; 2 - отбор очистных блоков, которые можно ввести в строй в течение 1,5 лет; 3 - определение объемов буровых, проходческих и закладочных работ, необходимых для отработки отобранных блоков и соблюдения нормативов готовых к выемке и подготов­ленных запасов; 4 - назначение вариантов технологически возложенного порядка отработ­ки этих очистных блоков; 5 - построение по каждому варианту исходного линейно-стре­лочного графика подготовки к вводу в строй и отработки очистных блоков: 6 - выбор варианта для рассмотрения; 7 - построение графика очистных работ; 8 - многошаговая оптимизация графика по фактору концентрации горных работ; 9 - построение модели и решение на ее основе задачи планирования буровых работ; 10, 12, 14 - проверка: систе­ма ограничений совместна?; 11-построение модели и решение на ее основе задачи планирования проходческих работ; 13 - построение модели и решение на ее основе зада­чи планирования закладочных работ: 15 - проверка: все ли варианты рассмотрены? 16 - расчет контрольных показателей по каждому варианту: 17 - выбор оптимального вари­анта по экономическому критерию; 18 - проверка: плановая себестоимость ниже дирек­тивной?; 19 - построение сводного оптимального годового плана горных работ рудника и формирование на его основе квартальных и месячных планов рудника и участков; 20 – конец.

Первоначально график строят как левосдвинутый, т.е. всем работам графика назначают максимально возможную интен­сивность (минимальную продолжительность) и все они начина­ются в ранние возможные сроки.

Оптимизацию графика по критерию концентрации горных работ осуществляют по шагам, слева направо. Длина шага Т_s, итерации S является величиной переменной (принимающей целочисленные значения, кратные месяцу) и выбирается из ус­ловия постоянства набора очистных блоков, вовлекаемых в от­работку на этом шаге. На каждом шаге решают задачу плани­рования, формализуемую в рамках следующей модели линейно­го программирования:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

где V_sj - множество значений индексов блоков на j-м горизонте, отрабатываемых в период времени Т_s; U_s - множество значений индексов горизонтов, блоки которых отрабатываются в период времени Т_s; v_ij - коэффициент приоритета i-го блока j-го горизонта по эффективности от концентрации горных работ; x_ij - искомая интенсивность добычи руды из i-го блока j-го горизонта в пределах, промежутка времени Т_s, т/мес; a_ij и b_ij - максимально и минимально возможная интенсивность до­бычи из i-го блока j-го горизонта соответственно, т/мес; А, М и a_пл - производственные задания по добыче руды (т/мес), количеству металла в ней (т/мес) и среднему содержанию ме­талла (%) соответственно, учитывающие необходимость резер­вирования с целью обеспечения требуемой надежности выполне­ния одноименных директивных показателей по руднику; k₁ b k₂ - коэффициенты, оценивающие возможность перевыполнения плана рудника по объемам добычи руды и количеству металла соответственно; a_ij - среднее содержание металла в руде, по­ступающей из i-ro блока j-го горизонта, %; р_ij -производи­тельность труда рабочих, занятых очистной выемкой в i-м блоке j-го горизонта, т/чел-мес; N_min и N_max - минимально и макси­мально возможные числа рабочих по руднику, занятых очистной выемкой, чел.

Рис. 2. Фрагмент календарного плана очистных работ на подземном

руднике в форме левосдвинутого линейно-стрелочного графика

Решив задачу, можно определить и искомую величину добы­чи из i-го блока j-го горизонта на время Т_s

(7)

где - оптимальное значение переменной xij.

Ограничения модели учитывают допустимые колебания до­бычи каждого блока (2); обязательное выполнение производ­ственных заданий по добыче руды (3), количеству металла в ней (4) и среднему содержанию (5), а также наличие рабочих соответствующей квалификации (6). При необходи­мости в ограничениях можно учесть и другие лимитирующие условия (например, пропускную способность транспортных средств или выработок и т. п.).

В целях упрощения изложения и представления модели (1)-(6) в «привычном», детерминированном виде, обес­печивающем простоту ее практической реализации, предполага­ем, что необходимая надежность выполнения плановых решений обеспечивается рациональным резервированием при определе­нии производственных заданий. В противном случае ограничения модели необходимо формализовать в рамках вероятностных не­равенств.

В целевую функцию модели входит коэффициент приоритета каждого блока, характеризующий удельное значение этого бло­ка с точки зрения возможного увеличения концентрации горных работ.

Концентрация горных работ как критерий оптимальности обладает существенным преимуществом - положительным пос­ледействием. Действительно, при варьировании управляемыми параметрами (искомыми значениями добычи каждого блока), как правило, не удастся сразу обеспечить существенное измене­ние уровня концентрации горных работ, но зато всегда можно (конечно, с учетом соответствующих ограничений) создать предпосылки для получения эффекта от концентрации горных работ в будущем. Тем самым обеспечивается соблюдение одного из основных принципов рационального планирования - достиже­ние не только краткосрочного, но и долгосрочного эффекта.

Отказ от использовании при планировании горных работ дру­гих критериев оптимальности (таких, как себестоимость, при­быль, рентабельность и др.) объясняется тем, что они создавая эффект только в данном планируемом периоде, как правило, заметно ухудшают ситуацию в будущем, так как имеющиеся ресурсы (запасы руды), как правило, ограниченны и невоспол­нимы.

Поскольку уровень концентрации горных работ зависит и от числа действующих этажей (горизонтов), и от числа отраба­тываемых очистных блоков, коэффициент приоритета должен учитывать этот факт:

(8)

где - коэффициент приоритета по этажности; - коэф­фициент приоритета в пределах этажа; В_i - коэффициент при­ведения по значимости коэффициентов .

Эффект от концентрации выразится в том, что часть эксплу­атационных затрат, относящихся к данному блоку (этажу), не будет производиться, когда блок (этаж) перестает функциони­ровать, будучи ускоренно отработан, а объемы добычи из него будут распределены на оставшиеся действующие этажи (блоки). Так что важна абсолютная величина этих затрат. Кроме того, очень важно как скоро можно получить этот эффект, т. е. су­щественную роль играет и временной фактор.

Поскольку на левосдвинутом графике все блоки имеют мак­симально возможную интенсивность добычи, а в результате решения задачи (1) -(6) на данном шаге для ряда блоков оптимальная интенсивность окажется меньше максимально возможной, то «излишек» интенсивности следует перенести на будущие шаги итерации, удлинив продолжительность отработки этих блоков. После этого переходят к следующему шагу, опять решают задачу (1)-(6) и тем самым обсчитывают плани­руемый период (год). В результате получают предварительно оптимизированный годовой план очистных работ по блокам.

Следующий этап планирования - составление модели плана буровых работ. Эта модель также представляет собой левосдвинутый линейно-стрелочный график. Ранний срок начала буровых работ на графике соответствует началу планируемого периода или взятому из левосдвинутого исходного графика горных ра­бот сроки окончания подготовительно-нарезных работ в блоке, если эти работы вести с максимально возможной интенсивно­стью. Поздний срок возможного окончания буровых работ на графике корреспондируется с требованиями, вытекающими из оптимизированного графика очистных работ.

График буровых работ оптимизируют по критерию миниму­ма задела этих работ, т. е. минимума замораживания средств. Затем последовательно строят и обособленно оптимизируют (по минимуму задела работ) модели проходческих и закладоч­ных работ.

Если на каком-либо шаге оптимизации моделей (графиков) буровых, проходческих или закладочных работ, система ограничений несовместна, то корректируют предшествующую модель. Например, при оптимизации графика буровых работ на каком-либо шаге не удается получить решение, скажем, из-за недоста­точности трудовых ресурсов. Тогда приходится пересматривать (сдвигать вправо) сроки возможного окончания соответствую­щих работ на предварительно оптимизированном графике очист­ных работ. В связи с этим график очистных работ приходится пересчитывать, начиная с момента смещения работ.

После того, как оптимизация (а если нужно, то и корректи­ровка) всех графиков закончена, определяют все контрольные показатели и сравнивают их с директивными. В первую оче­редь подсчитывают по вариантам технологически возможного порядка отработки блоков себестоимость добытой руды по руднику и, если директивные цифры по себестоимости не выполня­ются, корректируют исходный набор блоков, т. е. исключают из набора блоки с высокой себестоимостью и включают новые блоки с низкой себестоимостью.

Из рассмотренных вариантов плана горных работ выбирают оптимальный по экономическому критерию. Для выбранного оптимального варианта строят сводный годовой план горных работ рудника и на его основе формируют квартальные и ме­сячные планы рудника и соответствующих участков.

Использование сетевых методов при построении и оптимиза­ции календарных графиков работ способствует четкой органи­зации управления. Так, сводный календарный план позволяет на момент начала реализации программы горных работ опреде­лить задания ответственным исполнителям горных работ по интенсивности их ведения, сроком начала и распределить между ними ресурсы. Далее на основе календарного плана осуществ­ляют ежемесячный контроль за соблюдением сроков начала и окончания работ. В процессе контроля особое внимание уделя­ют работам критического пути. Причем ход выполнения про­граммы отображают на календарном плане.

Отклонения от календарного плана, возникающие в процес­се реализации программы, можно условно разделить на два типа: первый - отклонения, которые не приводят к изменению продолжительности критического пути; второй - отклонения, влекущие за собой увеличение времени реализации программы.

К первому типу относятся случаи более быстрого выполнения работ и задержки выполнения некритических работ в пределах их полного резерва времени.

Второй тип характерен для задержек выполнения критичес­ких работ или задержек выполнения некритических работ, превышающих их полные резервы времени.

При наличии отклонений первого типа, если они не приводят к несовместимости ограничений моделей планирования (очи­стных, буровых, проходческих и закладочных работ) на всех последующих за моментом отклонения интервалах с постоянным набором одноименных работ, то календарный план коррек­тируют н, если это необходимо, изменяют моменты начала от­дельных работ. В противном случае, как и при отклонениях второго типа, возникает задача построения нового календарного плана, т. е. новой реализации процедуры текущего планирования горных работ на оставшийся до конца года период времени.

При осуществлении контроля за реализацией календарного плана крайне важно определить, исходя из конкретных условий и периода планирования, максимально допустимую величину отклонения по времени, который можно пренебречь. Здесь речь идет о том, считать ли при текущем годовом планировании гор­ных работ на конкретном руднике задержку начала какой-либо работы на один или несколько суток существенной или нет.