Optimierung und Simulation des Kohleabbaus

Optimierung und Simulation des Kohleabbaus

Problem: Produktivitätssteigerung im Bergbau

Vale ist ein multinationaler Konzern aus Brasilien, der im Metall- und Bergbau tätig ist. Zudem ist das Unternehmen einer der größten Logistikanbieter Brasiliens.

Der Konzern wollte die Produktivität seiner Kohletagebaue in Moatize, Mosambik, maximieren. Zum Testen verschiedener Szenarien ohne Beeinträchtigung der Betriebsabläufe entschied sich Vale für eine Simulationsmodellierung und beauftragte dafür Genoa, ein auf Optimierung und Simulation spezialisiertes Unternehmen für Entscheidungshilfen.

Lösung: Optimierung und Simulation von Bergbauarbeiten

Ingenieure von Genoa erstellten ein Modell zweier Kohletagebaue. Insgesamt betrachtet das Modell:

Prozessdiagramm Kohleabbau
Prozessdiagramm Kohleabbau (zum Vergrößern anklicken)

Jedes Bergwerk hat mehrere Abbaustellen, an denen verschiedene Kohlesorten abgebaut werden. Die gewonnene Kohle wird mit Lastwagen entweder zum Brecher oder zum ROM-Pad neben dem Brecher transportiert. Neben der Kohle gewinnen die Bergbaumaschinen auch Abraum, der per Lkw zu den Deponien gebracht werden muss.

Die geförderte Kohle durchläuft einen Brecher und wird dann in Anlagen weiterverarbeitet. Die Anlagen produzieren drei unterschiedliche Produkte: thermische Kohle (Kesselkohle), metallurgische Kohle (Met-, Kokskohle) und ein Nebenprodukt, das als Abraum bezeichnet wird. Dieser Abraum wird mit einem Förderband in ein Silo und dann mit einem Lkw zur Abraumhalde transportiert.

Im Bergbaumodell berücksichtigten die Ingenieure auch die Schichtzeiten der Bergwerksmitarbeiter sowie Ausfall- und Wartungszeiten der Anlagen.

Warum AnyLogic zur Optimierung des Bergbaus?

In der ersten Projektphase erstellte Genoa ein Optimierungsmodell mit einem externen Solver, um die Transportkapazität in den Minen zu maximieren. Anschließend verwendeten sie die Ergebnisse des Optimierungsmodells als Input für das Bergbau-Simulationsmodell.

In AnyLogic visualisierten die Ingenieure das vom Optimierer gelieferte Output anhand von Diagrammen, Schaubildern und Zeitleisten. Darüber hinaus ermöglichte die Software auch die Analyse anderer wichtiger Kennzahlen für das Tagebaumanagement, darunter:

Simulations- und Optimierungsmodell für den Kohlebergbau
Simulations- und Optimierungsmodell für den Kohlebergbau (zum Vergrößern anklicken)

Dank der Importfunktion von AnyLogic für externe Java-Bibliotheken konnte das Team die von ihrem Optimierer gelieferten Daten direkt in das Simulationsmodell importieren und nutzen.

Anhand der Optimierungsergebnisse erstellten die Ingenieure eine Simulation des Kohleabbaus, die zeigte, wie die Prozesse in der Mine verbessert werden können. Das Team verwendete die diskrete Ereignismodellierung als Hauptansatz für die Modellierung von Ausrüstungs- und Maschinenbewegungen. Um das Verhalten der Trucks im Detail zu simulieren, setzten sie auch agentenbasierte Modellierung und Zustandsdiagramme ein.

Ergebnis

Genoa entwickelte ein Simulationsmodell für den Kohleabbau in Moatize, Mosambik. Mithilfe eines externen Optimierers wurde die optimale Größe der Lkw-Flotte ermittelt und die Menge der zu transportierenden Kohle maximiert, wobei auch die Einschränkungen beim Transport von Abfällen und Abraum berücksichtigt wurden.

Damit kann Vale das Simulationsmodell nutzen, um unterschiedliche Bergbauszenarien zu bewerten und die Ergebnisse zu visualisieren bzw. zu vergleichen. Zudem lässt sich die Minenleistung mit verschiedenen Lkw- und Geräteflotten analysieren und die Schicht- und Wartungsstrategien simulieren.

Zur weiteren Verbesserung des Modells zog das Team in Erwägung, Minen als Population in AnyLogic zu modellieren, was dessen Skalierung für andere Szenarien erleichtern würde. Um schließlich die Bewegung der Trucks im Detail zu simulieren, konnten sie die AnyLogic Straßenbibliothek verwenden, statt die Routen schematisch zu zeichnen.

Genoa präsentierte diese Fallstudie auf der AnyLogic Conference 2021.


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