Problemstellung:
Manager und Ingenieure, die für den Bergbau verantwortlich sind, sehen sich regelmäßig mit folgenden Aufgaben konfrontiert:
- Ermittlung realistischer Tages- und Monatsproduktionsmengen.
- Testen der Machbarkeit von Minenplänen.
- Bewertung der Ergebnisse operativer Verbesserungen.
- Quantifizierung der Kapitalrendite.
- Rechtfertigung der Flottenanforderungen.
Sie müssen Entscheidungen treffen und Verpflichtungen eingehen, während sie in einem komplexen Minensystem arbeiten, in dem keine Komponente isoliert ist. Zu den typischen Randbedingungen von Minen gehören:
- Viele Abhängigkeiten und überlappende Aktivitäten.
- Interaktion zwischen Geräten.
- Sich ändernde Taktzeiten von Prozessen.
- Räumliche Beschränkungen, Ertrag und Vorranglogik von beweglichen Ausrüstungseinheiten.
- Komplexe Grundrisse.
- Begrenzte Kapazität von Behältern und Fördersystemen.
Wie planen Manager Bergbauprozesse unter Berücksichtigung aller oben genannten Punkte? Traditionell treffen sie Annahmen, die niemals der Realität nahe kommen, wie zum Beispiel:
- Durchschnittliche Transportentfernung. Die Zykluszeit des Transports ist unterschiedlich, Punkt zu Punkt und von Zeit zu Zeit, unter dem Einfluss unkontrollierbarer Parameter.
- Durchschnittliche Abladezeit. Wenn das System überläuft oder Warteschlangen vor den Erzdurchreichen vorhanden sind, ändert sich die Abladezeit.
- Prozentsatz der Zeit, die ein Förderband wegen Überlaufs gestoppt wird. Dieser ist niemals konstant und kann nicht durch eine einzige Zahl angegeben werden.
Simulation ermöglicht es Minenplanern, Prozesse so zu modellieren, wie sie sind, und diese Annahmen zu beseitigen.
Mit Hilfe von Amalgama und einer Beratungsfirma, die zu den Big Four gehört, hat der größte europäische Kaliproduzent den Abbauprozess mit AnyLogic simuliert. Eine große Kali-Mine ist 8 x 8 km groß. 900000 Tonnen werden monatlich auf drei unterirdischen Ebenen abgebaut. Die Mine hat 21 km an Förderbändern, die das Erz durch das System zum Lastenaufzug transportieren. Das Erz wird mit Bohrern abgebaut, die das Gestein kontinuierlich zerkleinern und in ihre angehängten Erzpuffer laden. Dieses Erz wird dann in einen Muldenkipper geladen und die Muldenkipper führen Fahrten zwischen Bohrern und Erzdurchreichen durch.
Bohrer und Muldenkipper
Die Kapazität einer Erzdurchreiche beträgt drei Tonnen, aber ein Muldenkipper trägt 22 Tonnen Erz. Nach den ersten drei Tonnen hängt die Abladegeschwindigkeit von der aktuellen Belastung des Fördersystems unterhalb der Erzdurchreiche ab. Da das Fördersystem bereits mit Erz von anderen vorgelagerten Bohrern beladen sein kann, ist das System unter Umständen eingeschränkt. Um diese Einschränkung aufzuheben, änderten Minenplaner die Ausrüstungskonfiguration, indem sie mobile Erzlader (MOLs, Mobile Ore Loaders) hinzufügten. Im TO-BE-Szenario spielten MOLs die Rolle eines Puffers zwischen Muldenkippern und Erzdurchreichen. Der Muldenkipper warf schnell Erz in den MOL und kehrte zum Bohrgerät zurück, während der MOL weiter Erz in das Fördersystem schüttete.
Mobile Erzlader hinzufügen
Durch das Hinzufügen von Pufferkapazität hofften die Minenplaner, die Zykluszeit des Muldenkippers zu senken. Die Hauptfrage war, ob die Verwendung von MOLs es ihnen ermöglichen würde, einen Bohrer – unter Beibehaltung des Produktionsvolumens – zu entfernen. Der Bohrer verursachte hohe Betriebsausgaben und erforderte ein Wartungsteam in der Mine, so dass seine Entfernung die Betriebskosten erheblich senken würde. Zusätzliche Fragen waren, welcher Bohrer entfernt werden sollte und wo die fünf MOLs eingesetzt werden sollten.
Lösung:
Amalgamas Simulationsentwickler erstellten ein AnyLogic-Simulationsmodell der Mine, um diese Fragen zu beantworten. Das Modell beinhaltete den gesamten Abbauprozess vom Bohren bis zur Förderung, genau wie die Anlage ausgelegt war.
Simulationsmodell der Mine in 3D
Simulationsmodell der Mine
Kandidaten für die Entfernung mit minimalem Einfluss auf die Minenproduktionsrate
Das Modell war sehr detailliert, und alle Prozesse wurden mit minimaler Vereinfachung simuliert, wodurch das Modell sehr genau wurde.
In einem ersten Experiment mit dem Modell wurde betrachtet, wie sich das Minen-System verhalten würde, wenn die äußere Beschränkung der Förderbandgeschwindigkeit beseitigt würde. Dieses Experiment half bei der Suche nach drei Bohrern, bei denen die Produktionsrate durch interne Randbedingungen wie die eigene Leistung, Wartungsintervalle, Puffergröße usw. begrenzt war.
Als Ergebnis wurden drei Bohrgeräte mit einem minimalen Einfluss auf die Minenproduktionsrate als Kandidaten für eine Entfernung ausgewählt, da die MOLs nur die Einschränkungen beseitigen würden, die durch die Geschwindigkeit und Kapazität der Förderbänder verursacht werden.
Die Auswirkung der Entfernung von jedem der drei Bohrern
Die Wirkung einer Entfernung jedes dieser drei Bohrer wurde mit Hilfe von Simulationen untersucht. Diese Experimente zeigten, dass die Entfernung des Bohrers Nummer 65 die Produktion am wenigsten reduzierte.
Dann wurden verschiedene Szenarien durchgespielt, um zu bestimmen, wohin die fünf MOLs geschickt werden müssen, um die Erzproduktion zu maximieren. Fünf Bohrer wurden ausgewählt, zu denen die MOLs gesendet wurden. Dieses Szenario zeigte nur einen Rückgang des Produktionsvolumens um 1,02%, was vernachlässigbar war. Gleichzeitig zeigte dieses Szenario einen signifikanten Rückgang der OPEX, da ein Bohrer aus der Mine entfernt wurde.
Ergebnis:
Das Simulationsmodell des Untertagebergwerks hat dem größten Kaliproduzenten Europas operative Verbesserungen gebracht. Dank dieser Verbesserungen konnten die Betriebskosten bei gleichbleibendem Produktionsvolumen gesenkt werden. Nach Abschluss des Projekts wurde das Minensimulationsmodell fortlaufend für die monatliche Produktionsplanung, die Identifikation von möglichen Prozess-Engpässen und die Bewertung von Änderungsvorschlägen eingesetzt.
Präsentation des Projektes durch Andrey Malykhanov, Amalgama
