Стратегическое планирование открытых горных работ – путь интеграции (Часть 1)

Стратегическое планирование рудника – это определение стратегии разработки определенных минеральных ресурсов таким образом, чтобы максимизировать стоимость на протяжении всего срока службы рудника. Стратегический план всегда должен быть согласован с видением перспектив компании. Процесс стратегического планирования в большей степени сосредоточен на определении плана на весь срок службы рудника (LOMP), который наилучшим образом обеспечивает достижение корпоративных целей в долгосрочной перспективе. На этом этапе планирования обычно пытаются ответить на следующие три важнейших вопроса:

• Учитывая экономические параметры и инженерные ограничения, определить, какую часть рудного тела целесообразно разрабатывать в течение всего срока службы рудника;
• Когда и в каком порядке добывать определенный участок рудных тел;
• Куда направить добытый материал (отвал, завод, склад и т.д.), чтобы максимально реализовать поставленные компанией цели.

Процесс ответа на эти 3 важных вопроса, формально известный как стратегическое планирование, позволяет компаниям определить ограничения, сдерживающие факторы и максимизировать ценность своих ресурсов. Основным результатом стратегического планирования является План на весь срок эксплуатации рудника ( LOMP), который обычно пересматривается и обновляется ежегодно в связи с изменением рыночной, экономической и технической ситуации. Четко определенный LOMP имеет важное значение, поскольку LOMP обеспечивает финансовое видение данного проекта и устанавливает рамки, в которых разрабатываются все остальные планы ( тактические и оперативные планы). Если долгосрочный аспект отсутствует или не определен должным образом, опыт показывает, что операционная деятельность в конечном итоге начнет сталкиваться с проблемами. Краткосрочное мышление часто приводит к стерилизации минеральных ресурсов, снижению темпов производства, менее эффективным и прибыльным операциям.

Традиционно стратегическое планирование осуществляется в соответствии с 7 шагами, определенными ниже:

• Определение ключевых корпоративных целей, ограничений, ключевых показателей эффективности.
• Оптимизация открытого карьера
• Детальное проектирование карьера
• Оптимизация и выбор этапов отработки карьера
• Стратегическое планирование
• Распределение материалов
• Экономическая оценка и анализ

В этой статье будет использоваться условное золото-медное месторождение, чтобы рассмотреть процесс стратегического планирования. Важно помнить, что это демонстрационный набор данных, и используемые параметры также условные.

1. Определение ключевых корпоративных целей, ограничений, ключевых показателей эффективности (КПЭ)

Прежде чем приступить к стратегическому планированию, компаниям необходимо определить ключевые цели, ограничения и KPI, которые определяют и поддерживают перспективы развития организации. В большинстве случаев существует множество целей, иногда противоречащих друг другу. По моему опыту, наиболее распространенной главной целью для большинства организаций является увеличение акционерной стоимости за счет безопасного и ответственного планирования ресурсов для максимизации NPV в долгосрочной перспективе. NPV – это чистая приведенная стоимость будущих денежных потоков, дисконтированных по выбранной ставке дисконтирования.

NPV зарекомендовал себя как хороший инструмент для коммерческой оценки проектов, поскольку он включает оценку как краткосрочной стоимости (которая получает незначительное дисконтирование), так и долгосрочной стоимости (которая получает большее дисконтирование). У организаций могут быть другие или дополнительные цели и KPI, включая, но не ограничиваясь ими, увеличение срока службы рудника, масштабы операций, способность адаптироваться к внешним факторам, подверженность риску, минимизация себестоимости производства, спецификация рынка, увеличение извлечения металла и т.д. Эти цели и KPI должны быть полностью определены, осмыслены и согласованы для оптимизации стратегического планирования.

Как уже подчеркивалось, в данном примере рассматривается крупное медно-золотое месторождение, и основной целью является максимизация чистой приведенной стоимости проекта при минимизации риска. Другие ключевые KPI и ограничения для этого проекта включают отслеживание годовой массы добытой и переработанной руды, а также повышение извлечения металла.

После определения ключевых целей, ограничений и KPIs следующим шагом является определение карьера, который дает максимальную (недисконтированную) прибыль для данной модели ресурсов. Это делается с помощью процесса, известного как оптимизация открытого карьера.

2. Оптимизация карьера

Оптимизация карьера – это процесс определения оптимального контура или оболочки, до которой необходимо вести добычу, чтобы максимизировать прибыль при соблюдении эксплуатационных требований. Отправной точкой процесса стратегического планирования является блочная ресурсная модель, в которой руда и пустая порода разделены на регулярные трехмерные блоки, как показано на рисунке 1 ниже. Каждому регулярному блоку присваиваются ключевые атрибуты, такие как содержание, примеси, тип породы, извлечение, плотность и т.д.

Перед началом работ по оптимизации открытого карьера необходимо преобразовать ресурсную модель в модель планирования. Модель планирования – это модель, которая в основном представляет фактическую ситуацию и фактические степени выборки, которые могут быть достигнуты в ходе практических горных работ. Некоторые общие процессы, связанные с преобразованием ресурсной модели в модель планирования, включают:

• Разделение блочной модели для удаления ячеек, находящихся выше рельефа. Для этого необходимо определить начальный рельеф для оптимизации. Для проектов на начальном этапе разработки это просто, это исходный, ненарушенный рельеф. Для действующих проектов месторождений обычно используется прогнозируемый рельеф;
• Регуляризация (REBLOCK) блочной модели для создания ячеек блочной модели, соответствующих SMU, и повторного расчета атрибутов блочной модели (например, содержания, примесей и т.д.) в соответствии с заданными пользователем критериями. Во время этого процесса часть руды будет разубожена пустой породой. В некоторых случаях дальнейшее разубоживание может быть смоделировано с помощью других методов разубоживания, таких как DILUTMOD для моделирования разубоживания пород;
• В некоторых случаях необходимо определить некоторые дополнительные атрибуты, которые не определены в модели ресурсов, но важны для планирования работ. Также часто бывает необходимо удалить некоторые геологические атрибуты, которые не имеют отношения к планированию горных работ, например, параметры оценки содержания и т.д.;
• Наиболее распространенным способом является моделирование геотехнической информации на модели планирования. Обычно геотехнический отдел предоставляет границы различных геотехнических зон. Поэтому удобнее перенести информацию из этих участков в модель планирования;
• Ограничение или расширение блочной модели. Прежде чем приступить к оптимизации в Studio NPVS от Datamine, необходимо убедиться, что у вас достаточно пустых блоков за пределами потенциального рудного тела, которые Studio NPVS будет учитывать при создании оптимального карьера. С другой стороны, нежелательно иметь очень большую модель с лишними ячейками, которые не добавляют ценности для оптимизации (вместо этого они влияют на скорость обработки);
• Если моделирование затрат является очень детальным и сложным, вы также можете захотеть определить поправочные коэффициенты затрат на добычу (MCAF) и коэффициенты затрат на переработку (PCAF) в модели, а не делать это в оптимизационном решении.

После создания модели планирования и импорта ее в Studio NPVS, можно определить экономическую модель. Экономическая модель определяется путем задания параметров затрат и цен на весь срок службы рудника, а затем вычисления внутренней стоимости каждого блока в блочной модели планирования для каждого метода переработки как функции его геометаллургических характеристик. Эта стоимость (хотя она может быть рассчитана извне и сохранена в блочной модели) обычно оставляется для расчета Studio NPVS как часть определения экономической модели. В данном примере золотомедного месторождения были использованы следующие экономические параметры, определенные в таблице 1:

Кроме того, извлечение золота и меди при переработке было определено с помощью графика зависимости содержания золота от извлечения, как показано на рисунке 2:

При определенных экономических, производственных и технологических параметрах/допущениях решения по оптимизации карьеров, такие как Studio NPVS от Datamine, генерируют вложенные оболочки карьеров, которые показывают стоимость проекта при определенных, прогрессивных размерах карьера. Вложенные оболочки карьеров создаются в процессе, известном как параметризация предельных размеров карьера с использованием коэффициентов дохода/прибыли. Коэффициент выручки/прибыли – это переменная, которая при умножении с другими параметрами оптимизации карьера, такими как цена металла, дает различные контуры вложенных карьеров при различных коэффициентах.

В данном примере геотехнические параметры, приведенные в Таблице 2, были использованы для проведения анализа предельного карьера. В дополнение к геотехническим параметрам были определены ставка дисконтирования 14,5% и минимальная ширина дна карьера 40 м.

Вложенные оболочки карьеров всегда располагаются в порядке от наибольшей к наименьшей стоимости добытых тонн. Последовательность, в которой происходит рост вложенных оболочек карьера во времени, представляет собой оптимальную динамику развития карьера во времени. Вложенные оболочки карьеров, созданные для данной модели золотомедного месторождения при предполагаемых экономических и инженерных параметрах, представлены на рисунке 3.

На рисунке 3 хорошо видно, что данное конкретное месторождение поддерживает диапазон размеров карьеров, которые все технически пригодны для разработки и экономически выгодны. При выборе размера карьера необходимо учитывать технические, финансовые и социальные аспекты. Есть несколько заслуживающих внимания карьеров, которые были выделены (красными пунктирными вертикальными полосами): карьер, который максимизирует запасы, карьер, который минимизирует риск, карьер, который производит максимальный NPV, а также несколько карьеров, которые сочетают в себе три упомянутых аспекта.

Наименьший вложенный контур карьера представляет собой самый надежный карьер – т.е. карьер, который будет рентабелен даже в наихудших экономических условиях. Наименьший вложенный контур карьера ориентирует горного инженера на ту часть месторождения, которая должна быть отработана в первую очередь, поскольку она остается финансово привлекательной даже с учетом низкого коэффициента выручки. Больший контур карьера соответствует карьеру с наиболее длительным сроком эксплуатации при наилучших экономических условиях. Вложенные оболочки карьера по методу Лерча-Гроссмана можно интерпретировать как способ включить неприятие риска в задачу горного планирования. Они подсказывают горным инженерам, где начинать добычу и в какой последовательности отрабатывать карьер, чтобы получить наивысшую NPV в финальном контуре карьера.

В данном примере для дальнейшего анализа была выбрана оболочка карьера с коэффициентом прибыли 0,46. Очевидно, что NPV у этого карьера не максимальный. Разница в NPV между оболочкой с коэффициентом прибыли 0,46 ($597 174 175) и оболочкой с максимальным NPV ($603 343 740) составляет 1%. А вот разница в коэффициенте вскрыши между двумя этими оболочками – 8,9. Коэффициент вскрыши описывает количество пустой породы, которую необходимо извлечь, чтобы добыть заданное количество руды. Поэтому коэффициент вскрыши описывает риск, при этом общее правило таково: чем ниже коэффициент вскрыши, тем ниже себестоимость добычи, а значит, выше прибыль. И наоборот, высокий коэффициент вскрыши повышает себестоимость добычи, что, значительно снижает рентабельность месторождения. Математическая поверхность для выбранного контура карьера показана на рис. 4:

Итак, если нужна оболочка, в которой есть элемент максимизации NPV, но также и минимизации риска, есть смысл присмотреться к оболочке с коэффициентом прибыли 0,46. Эта оболочка не сильно снижает NPV (всего на 1%), но у нее ниже коэффициент вскрыши. Тот факт, что кривая NPV выполаживается за коэффициентом прибыли 0,46, говорит о том, что месторождение чувствительно к ценам. Для такого месторождения увеличение коэффициента вскрыши повышает риски проекта. Очевидно, что это упрощенный подход к выбору конечного контура карьера: он учитывает в основном техническую сторону, но не учитывает такие аспекты, как социальная приемлемость, финансирование проекта и т.д.

В большинстве случаев при составлении LOMP компании ориентируются на контур карьера с самым высоким NPV. Однако NPV не является единственным способом оценки горнорудных проектов. Иногда оптимальный карьер для конкретного сценария может быть тем, который максимизирует некоторые из ваших корпоративных целей. Важно помнить об этом, когда вы осуществляете процесс оптимизации карьера и выбираете оптимальную оболочку карьера.

На этой стадии процесса можно провести анализ чувствительности на основе экономических и технологических параметров. Вы можете увидеть, насколько проект чувствителен к изменениям цен и затрат, извлечению при переработке, изменению параметров откоса и т.д. После того как вы выбрали окончательный вариант карьера, соответствующий вашим корпоративным целям, следующим этапом процесса является преобразование математической оболочки карьера в детальный проект карьера, который можно разрабатывать безопасно и экономично.

3. Детальное проектирование карьера

После проведения оптимизации карьера и выбора оболочки карьера, отвечающей вашим корпоративным целям, вам необходимо разработать детальный проект карьера. Цель состоит в том, чтобы создать проект, который как можно меньше отклоняется от выбранной математической оболочки. Детальный проект должен гарантировать, что рудник будет работать эффективно, полностью в рамках горных отводов и вне зон отчуждения, минимизировать расстояния транспортировки, максимизировать извлечение руды, поддерживать производственные цели и соответствовать геотехническим требованиям и ограничениям по безопасности. Учитывая такое большое количество факторов, можно сказать, что процесс проектирования – это итерационный процесс, который включает в себя обмен важными аспектами проектирования, упомянутыми выше.

Инженеру-проектировщику приходится многое учитывать, чтобы рабочий проект был не только эффективен, но и мог безопасно реализовываться. Это важная тема, но о ней в другой статье, а то я уже и так много наговорил. Подводя итог, вот некоторые из ключевых факторов: доступ к карьеру, минимальная ширина рабочей площадки уступа, параметры транспортных берм (ширина бермы, уклон, максимальная кривизна дороги, количество съездов и т.д.), а также другие геометрические параметры бортов (в частности, высота уступа и интервал между уступами, угол откоса уступа, ширина уступа и т.д.) и элементы безопасности (горизонтальные участки на разворотах, полосы разгона и безопасные выезды с транспортного съезда).

Оптимизированная оболочка карьера может быть экспортирована из Datamine Studio NPVS в виде поверхности или в виде блоков, ограниченных карьером, и может служить основой для проектирования в Datamine Studio OP. Это одно из главных преимуществ совместного использования этих двух систем: информация из Studio NPVS легко передается в Studio OP. В пространстве выбранный конечный и запроектированный контуры карьера показаны на рис. 5.

Один из распространенных способов проверки качества итогового проекта – измерить разницу в тоннаже и ценности между выбранной математической оболочкой и рабочим проектом. Такое сравнение показано в таблице 3.

Как правило, между оптимизированной поверхностью и оперативным проектом существует потеря стоимости из-за включения транспортных съездов и берм. Добавление съездов и берм может привести либо к добыче дополнительного количества породы и/или потере руды. Приемлемая разница между выбранной предельной поверхностью карьера и оперативным проектом варьируется от одной операции к другой. В зависимости от разницы между оптимизированной оболочкой карьера и окончательным оперативным проектом может потребоваться повторное прохождение этапа оптимизации карьера с использованием новых параметров угла погашения карьера из оперативного проекта.

Проектирование карьеров – это одновременно и техническая дисциплина, и искусство, и многое здесь зависит от профессионального решения инженера. Раньше карьеры проектировались вручную, что отнимало много времени, труда и средств. Из-за длительности процесса было очень сложно рассматривать разные проектные сценарии и проверять их на надежность и рентабельность. Однако, уже не нужно идти на компромиссы: есть инструмент, в котором можно быстро строить реалистичные проекты карьеров в разных вариантах, проверять их при разных параметрах и при этом уложиться в срок. Лучший в отрасли автоматический проектировщик карьеров от Datamine – это решение ваших проблем.

После рабочего проектирования следующий шаг – импортировать фактический проект обратно в Studio NPVS, где продолжить оптимизацию промежуточных контуров карьера. Об этом обязательно расскажем во второй части статьи. Следите за обновлениями!