Размещено на http://www.allbest.ru/

РГП "Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья

Республики Казахстан

"Планирование грузоперевозок в карьере с учетом требований к качеству и количеству вывозимой горной массы

Джарлкаганов У.А.

Рациональное планирование грузоперевозок является важней задачей и тесно связано с планированием добычных работ в режиме усреднения качества, сохранением заданных соотношений объемов руды и пород вскрыши в рассматриваемые периоды и использованием всех возможностей карьерного оборудования в выполнении планов карьера.

Здесь рассматривается задача составления планов перевозок руд и пород вскрыши на автомобильном транспорте из экскаваторных блоков до внутрикарьерных складов в автоматизированном режиме, посредством оптимизационных моделей и программ, оценки их преимуществ перед существующей практикой планирования горных работ на многих предприятиях. Такая задача для условий Сарбайского карьера ОАО "ССГПО" была поставлена производством в свое время перед лабораторией "Открытая разработка недр" РГП "НЦ КПМС РК".

Для анализа взят план перевозок горной массы на Сарбайском карьере на октябрь 2003 года, составленный опытными специалистами-производственниками посредством неформальных процедур - в интерактивном режиме принятия решений. По сложившейся технологической схеме руда и вскрыша вывозится из 17 экскаваторных блоков/забоев в карьере на 5 внутрикарьерных складов, расположенных выше - на разных горизонтах карьера. Руда вывозится из 10 экскаваторных блоков, некоторые из них отгружают еще породу. Остальные 7 экскаваторов отгружают только породу. Плановые объемы и средние содержания руд, а также объемы пород вскрыши на месяц задаются по каждому экскаватору отдельно. Содержания железа в руде указанных блоков находятся в пределах 33,5 - 41,1%.

Руду из карьера принимают 3 склада, они же принимают и породы вскрыши (имеют две секции - для руды и породы). Среднее содержание руды, вывозимой из этих трех складов на обогатительную фабрику, планом карьера по качеству руды на этот месяц установлено - 38,3 %. Другие 2 склада принимают только пустую породу. От каждого склада до пунктов приема/складирования на поверхности карьера руда и порода вывозится железнодорожным транспортом, анализ этого звена в настоящую задачу не входит.

Средние расстояния перевозок от экскаваторных забоев до складов также известны и колеблются в пределах от 0,2 до 3,1 км. Пропускная способность дорог при двухполосном движении автомобилей не является ограничивающим фактором на данном производстве. Месячный план экскаваторно-автомобильного комплекса (ЭАК) по руде составляет 970 тыс. т (269 тыс. м³), по вскрыше - 840 тыс. м³. Склады имеют одинаковые планы приема горной массы (руды и породы в сумме) 230 тыс. м³ в месяц, с небольшими отклонениями, установленные в соответствии с их приемной/пропускной способностью. Как уже сказано, составлен месячный план отгрузки руды с указанием качества и пород вскрыши по каждому экскаватору и теперь эти объемы необходимо распределить по складам, с учетом указанных выше или новых ограничений производства.

В качестве критерия эффективности планов перевозок на данном производстве принято средневзвешенное расстояние от всех экскаваторных блоков-забоев до указанных складов в карьере, которое необходимо минимизировать. Это связано с временными трудностями обеспечения погрузочно-транспортных работ на карьере необходимым количеством автомобилей. Исходя из этого, формализовать указанные условия грузоперевозок и представить их математическую модель можно в следующем виде:

В карьере имеется n экскаваторных блоков/забоев (i = 1, 2,., n; n = 17). От каждого i - го забоя может вывозиться m типов горной массы (j = 1, 2; m = 2; j = 1 - руда, j = 2 - порода) на k_с складов (k = 1, 2,., k_с; k_с = 5). Одни склады могут принимать два типа горной массы: руду и породу в разных секциях одного и того же склада, число таких складов k_р = 3. На оставшиеся k_п = k_с - k_р = 2 склада можно привозить только породу. Даны средние расстояния перевозок от каждого экскаваторного забоя до каждого склада l_ik (км), вне зависимости от принимаемой горной массы.

За управляемую переменную приняты объемы перевозок руды (вскрыши) от каждого экскаватора в карьере до указанных складов с учетом их спецификаций - x_ijkr, тыс. м³. Нужно распределить грузоперевозки от экскаваторных забоев между складами на текущий месяц таким образом, чтобы получить минимальное средневзвешенное расстояние транспортирования автосамосвалами за этот месяц, что представляется так

L_{ср. в} = min. (1)

Минимизировать данную целевую функцию нужно при следующих ограничениях:

а) из каждого экскаваторного блока вывозится запланированный на месяц объем руды и породы

= Q_ij, j = ; i = , (2)

где Q_{ij -} плановые объемы отгрузки горной массы: руды (j = 1) и породы (j = 2) из i - го

экскаваторного блока (забоя), тыс. м³;

б) каждый склад имеет приемную способность по горной массе (руде и породе в сумме), тыс. м³

G_k, k = , (3)

где G_k - приемная способность k - го склада по горной массе (руды и породы - вместе);

в) от складов на сборные пункты на поверхности карьера, с дальнейшей отправкой на обогатительную фабрику, в течение месяца должна быть доставлена руда заданного качества

= _пл, j < 2 (при j =2: _ij = 0), (4)

где _пл - плановое содержание металла в вывозимой от складов руде за месяц, %;

_ij - содержание металла в руде, вывозимой за месяц от i - го экскаватора на склады, %;

г) груз принимается на отделениях (секторах) склада по установленному типу горной массы: руда (j < 2 или, что то же самое, j = 1) - на рудный сектор склада, вскрыша - на породный; там же, где нет рудной секции (k > k_р), принимают только породу:

x_ijk = 0, i = ; j < 2; k > k_р; (5)

д) сохраняется баланс между планами отгрузки горной массы экскаваторами и доставки их на автосамосвалах на склады:

= ; (6)

е) переменные-объемы перевозок неотрицательны:

x_ijk ? 0, i = ; j = ; k = . (7)

Как видно, данная модель является линейной. Поэтому, для решения задачи распределения грузов из забоев экскаваторов по складам в карьере применен симплекс-метод линейного программирования, результаты реализации которого показаны на рисунке 1. Здесь темным цветом отмечены экскаваторы и секции складов, принимающие руду.

Рисунок 1 - Схема карьерных грузопотоков: а - по плану предприятия,

б - по результатам решения посредством подсистемы "САПР-Карьер".

Изначальный план внутрикарьерных перевозок на Сарбайском карьере на октябрь 2003 г., составленный, как было сказано, традиционными методами - без привлечения оптимизационных методов и компьютерной технологии, представлялся так:

1. План загрузки складов объемами руды и породы соответствует их предельным возможностям. Содержания металла в руде, доставляемой в течение этого месяца на склады, по плану получались: склад 1 - 38,0 %; склад 2 - 38,2 %; склад 3 - 39,2 %. Среднее содержание руды по трем складам составляет 38,3 % (это план-задание).

2. Средневзвешенные расстояния транспортирования по ЭАК получились: руды - 1,83 км, вскрыши - 1,98 км, в целом по горной массе - 1,94 км.

3. Общее число запланированных маршрутов между экскаваторными блоками и внутрикарьерными складами по плану производства составляет 76 (на каждый склад доставляется горная масса из 8 - 12 блоков в среднем). Средняя нагрузка грузопотока на один маршрут составляет 110910^3/76 = 14,6 тыс. м³/ мес.

Эти расчеты были повторены, на этот раз по указанной линейной модели (1) - (6), реализованной на программном модуле Delphi 7 [1]. Результаты получили следующие:

1. План загрузки складов объемами руды и породы так же соответствует их предельным возможностям. Содержание руды на складах: склад 1 - 37,7 %; склад 2 - 38,4 %; склад 3 - 38,3 %. Среднее содержание металла в руде по всем трем складам за месяц составляет 38,3 %, т.е. на уровне плана-задания. Последнее очень важно для условий переработки руд на обогатительной фабрике.

2. Средневзвешенное расстояние транспортирования руды - 1,83 км, вскрыши - 1,75 км, в целом по горной массе - 1,77 км, что почти на 10 % меньше прежнего плана, разработанного на производстве. Это приводит к уменьшению необходимого количества подвижного состава в комплексе, экономии средств на обеспечение его работы.

3. Общее количество маршрутов по новой схеме составляет всего - 28, плотность/нагрузка маршрута 110910^3/28 = 40 тыс. м³/ мес., т.е. в 2,7 раз выше ранее принятого плана на каждый маршрут (рисунок 1). Это означает, что связи между экскаваторными блоками и внутрикарьерными складами будут более плотными - сгруппированными, что положительно отразится на их стабильности во времени реализации плана перевозок. Например, меньше будет перебросок машин между маршрутами в оперативном режиме, тем легче оперативно управлять грузопотоками в карьере.

В целом внесенные изменения сокращают затраты на перевозку грузов, повышают показатели использования погрузочно-транспортного оборудования и, что также немаловажно, значительно упрощает оперативную обстановку в карьере.

Если отойти от задачи сокращения суммарного пробега автомобилей, диктуемой конкретными условиями данного производства, то наиболее интересной с точки зрения экономической эффективности становится задача распределения грузов в том же комплексе с минимальными суммарными затратами на грузоперевозки в течение указанного месяца. При этом перечисленные выше горно-технологические ограничения (2) - (7) и сама управляемая переменная остаются в прежнем виде.

Тогда целевая функция модели распределения грузов по складам с минимальными суммарными затратами на перевозки S_м за месяц (тыс. тенге) выглядит так

S_м = > min, (8)

где C_ik - стоимость перевозки 1 м³ горной массы (руды и породы) от i - го экскаваторного блока (забоя) до k - го склада, тенге.

Стоимость перевозки 1 м³ горной массы на ik - м маршруте грузоперевозок состоит из суммы затрат на перевозку той же единицы объема горной массы по отдельным звеньям (дугам) транспортной сети по этому маршруту:

C_ik = C_ik1 + C_ik2 + … + C_ikd + … + , (9)

где C_ikd - стоимость перевозки 1 м³ горной массы по d - й дуге пути между i - м

экскаваторным блоком (забоем) k - м складом (иначе - в ik - м маршруте), тенге;

d _- порядковый номер дуги (звена) от экскаватора до склада в ik - м маршруте;

d_{к -} порядковый номер транспортной дуги перед самым складом в том же маршруте.

Стоимости перевозок грузов по отдельным участкам дороги (дугам) маршрутов зависят от горнотехнических параметров участков и условий движения по ним, от марки, стоимости автомобиля и др. По ним определяются расход горючего g_a (кг) и скорости движения автомобиля по дуге в груженом и порожнем направлениях , (км/ч) и другие показатели движения [2]. Наши исследования показали, что экономическая значимость любой дуги по маршруту следования автомобиля по существу определяется временем следования данной машины по ней в грузовом (, мин) и порожнем (, мин) направлениях. Поэтому решено суммарные затраты на перевозки грузов по дуге по всем статьям расходов относить к единице времени - минуте ( и , тенге/мин). Тогда стоимость перевозки 1 м³ горной массы автосамосвалом грузоподъемностью q_a по d _- й дуге ik - го маршрута, с учетом возвращения его без груза по той же дуге, определяется из выражения

C_ikd = (+) ?г_г / q_a?k_q = (+) ?г_г / q_a?k_q (тенге/ м³), (10)

где , - затраты на движение груженого и порожнего автосамосвала по d _- й дуге

ik - го маршрута, тенге; г_р - плотность горной массы (средняя по руде и породе), т/м³.

Затраты на перевозку грузов по дуге по всем статьям расходов, отнесенные к единице времени - минуте

= (++) k_ц/60 (тенге/мин), (11)

где - условно-постоянная часть расходов автосамосвала на перевозку груза за календарный час, тенге/ч; - расходы на заработную плату за календарный час, тенге/ч; - переменные расходы на горюче-смазочные материалы по категориям d _- й дуги (при движении с грузом - , без груза - ), тенге/ч; k_ц - коэффициент, учитывающий дополнительные цеховые расходы.

Условно-постоянная часть затрат

= [Z_a (a_г + _то + _кр) /10² + _а L_пр] / (N_г n_см T_см) (тенге/ч), (12)

где Z_a - стоимость автосамосвала с дополнительными расходами (тенге);

a_г - норма амортизационных отчислений за год, %;

_то - норма отчислений за год на содержание и техобслуживание автосамосвала, %;

_кр - норма отчислений за год на текущий и капитальный ремонт, %;

L_пр - среднегодовой пробег автосамосвала на карьере, км;

_а - стоимость 1 км пробега автосамосвала, тенге;

N_г, n_{см -} число суток в году и смен в сутках;

T_см - продолжительность смены, ч.

Расходы на заработную плату водителей и обслуживающего персонала, которые начисляются в зависимости от выработки, определяются

=З_аг q_a k_q (1+_н) /Q_агT_р (тенге/ч), (13)

где Q_аг, З_аг - суммарная выработка автоцеха (т/год) и ее оплата (тенге/год); _н - социальный налог, %; T_р - средняя продолжительность рейса автосамосвала, ч.

Расходы на горючее и смазочные материалы, в зависимости от категории дороги (дуги) и нагрузки на двигатель автосамосвала, определяются из выражения

= s_дт / 10³ (тенге/ч), (14)

где - используемая мощность двигателя в дорожных условиях d _- й дуги, (для груженого , для порожнего ), квтч; - удельный расход дизтоплива автосамосвала при тех же условиях d _- й дуги (для груженого автомобиля , для порожнего - ), г/квтч; s_дт - стоимость 1 кг дизельного топлива, тенге.

В этой постановке задачи распределения объемов перевозок при тех же условиях (2) - (7) на результат решения в значительной степени оказывает влияние горнотехнические параметры дорог и условия движения груженых и порожних автомобилей по разным маршрутам - от экскаваторов до складов.

В целом решения представленных задач показывают, что при повышении сложности, многосторонности и важности связей между отдельными элементами управляемого горного производства автоматизированные системы проектирования и планирования, основанные на математических методах и компьютерной технологии, уже сейчас могут существенно улучшать решения, принимаемые опытными специалистами на предприятиях.

грузоперевозка карьер склад забой

Литература