اهمیت برنامه ریزی تولید بلند مدت در معادن روباز

مطالعات انجام شده در سال 2003 میلادی نشان می دهد که جمعیت جهان از دو میلیارد نفر به حدود شش میلیارد نفر ، رشد اقتصادی 15 برابر ، مصرف سوخت های فسیلی جهت تامین انرژی از ضریب 25 ،مصرف محصولات صنعتی چهل برابر زیادتر از چهل سال گذشته بوده است و در همین پریود مهندسین معدن به ازای هر یک نفر حدود یک متر مکعب سنگ استخراج نموده اند و در چهل سال آینده جمعیت جهان به دوازده میلیارد نفر ، مصرف محصولات صنعتی چند برابر مصرف محصولات صنعتی در چهل سال گذشته و مصرف انرژی و رشد اقتصادی نیز رو به فزونی خواهد گذاشت . این در حالتی است که ذخایر سهل الوصل در حال تهی شدن ، عمق ذخایر به جا مانده زیادتر ، شرایط استخراج پیپیده تر از گذشته و حجم سرمانه گگذاری برای راه اندازی یک معدن روباز پند برابر حجم سرمایه گذاری برای یک معدن روباز در چهل سال گذشته خواهد بود . این امر داشتن یک برنامه ریزی دقیق که با شرایط واقعی نیز سازگار باشد را ضروری می سازد . در سال 2000 آقای والی “Vallee”در مقاله منتشر شده خود در CIMادعا نموده است که 60% معادن روبازی که مورد مطالعه قرار داده در سالهای اولیه عمر  خود فقط به 70% از اهداف تدوین شده در برنامه دسترسی حاصل کرده اند و مطالعات آقای تاتمن “Tatman”در سال 2001 نشان می دهد که از 76 معدن زیرزمینی 16 معدن فاقد برنامه ریزی برای تولید و در 60 درصد دیگر 35 درصد به برنامه از پیش تعیین شده خود دسترسی حاصل نکرده اند . در عدم موفقیت برنامه ریزی ها عواملی چون تغییر در ضخامت ذخایر ، زئومتری و عدم قطعیت قیمت فلز که در یک چرخه 4 تا 7 سال از تغییر اساسی برخوردارند و نهایتا نارسا بودن مدلها نقش اساسی داشته اند .

به منظور کاهش ریسک شکست برنامه ریزی تولید باید عیار حد دینامنکی جایگزین عیار حد ثابت شود . همچنین از طرف دیگر به کارگیری روش استخراج روباز برای ذخایر عمیق تر باعث جابجایی باطله بیشتر و آشفتگی بیشتر زمین می شود بنابراین تحقیقات گسترده تری باید در خصوص فعالیت های معدنی و محیط پیرامون آنها صورت گیرد .

مقدمه

برنامه ریزی “Planning”برای دسترسی به هدف خاص انجام می پذیرد . بدین منظور باید با به کاگیری کله زمینه های علمی برنامه ای “Plan”را ( طرح یا نقشه ای ) ارائه داد که از میان برنامه های موجود مناسب ترین برنامه جهت دسترسی به هدف باشد . برنامه ریزی در معادن پس از چمع آوری اطلاعات در زمینه های اکتشاف ، ژئومکانیک ، هیدرولوژی و اقتصادی انجان می پذیرد و هدف از برنامه ریزی در معادن روباز تعیین محدوده نهایی پیتی است که در زمان ارائه بیشترین ارزش خالص فعلی (NPV)“Net Present Value”را تولید کند . با داشتن محدوده نهایی پیت است که می توان برنامه ریزی برای تولید را انجام داد . نمودار 1 مراحل تدوین برنامه ریزی برای تولید معدن را نشان می دهد .

شکل 1 –جایگاه برنامه ریزی در معدن

عواملی که در برنامه ریزی معادن روباز موثر عبارتند از :

1- عوامل زمین شناسی

2- عوامل اقتصادی

3- عوامل فنی

-         عوامل زمین شناسی عبارتند از شرایط زمین شناسی ، نوع کانسنگ ، عیار ، ژئومتری ذخیره ، اندازه ، تناژ ، هیدرولوژی ، توپوگرافی ، شرایط جوی و خصوصیات زیست محیطی اطراف سایت معدن .

-         - عوامل اقتصادی عبارتند از : نسسبت باطله برداری ،عیار حد ، خزینه عملیاتی ، هزینه سرمایه گذاری ، سود دلخواه ، نرخ تولید ، هزینه های فرآوری ، ذوب و پالایش و شرایط بازار .

-         - عوامل فنی عبارتند از ماشین آلات ( تکنولوژی به کا گرفته شده و امکان دسترسی ) شیب معدن ارتفاع پله شیب جاده و محدوده نهایی معدن .

-         در سال 2001 آقای تیلور با به کارگیری هفت مرل تجدبی جهت تعیین تولیر سالانه در سک معدن کوچک که ذخیره به صورت جدول وار و با شیب تند بود مساهده کرد که تفاوت در نتایج این مدل ها بعضا 100% می باشد (جدول 1 ) . این مدل ها عمدتا بر اساس دو عامل ژئومتری و اندازه ذخیره تعریف شده بودند . آقای تیلور معتقداند که ژئو متری ذخیره در مقایسه با سایر عوامل از جمله اندازه ذخیره از اهمیت بیشتری در برنامه ریزی تولیرد برخوردار است و به عموان یک عامل کلیری تلقی می شود . بر اساس خفت مدل ارائه شده در جدول 1 آقای تیلور رابطه زیر را جهت پیش بیسی تولید سالانه ارائه نموده است .

Ppy = w × f

که :

ppyتولید سالانه بر حسب تن متریک .

wتناژ کانسنگ به ازای هر متر قایم از ذخیره .

f  ضریب رشد دهنده که به ضخامت کایسیگ بستگی دارد ( جدول 2 ) .

برای مثال چنانچه در یک ذخیره جدول وار پر شیب میزان کانسنگ  در هر متر قایم از ذخیره 50000 تن و ضخامت آن 60 متر باشد تولید سالانه برابر است با :

ppy = 50000 × 60 =3000000 ton

غیر از عوامل زمین شناسی ، اقتحادی و فنی که در توسعه مدل ها و میزان دقت آنها تاثیر گداراند ماهیت مدل ها ، روشهای به کاگرفته شده در توسعه مدلها نیز از جمله عواملی هستند که در تطبیق نتایج مدل . شرایط واقعی موثراند . کلیه دلایل مانند افزایش جمعیت ، افزایش نیاز به محصولات صنعتتی و کشاورزی ، نرخ رشد اقتصادی و نرخ مصرف انرژی در چهل سال آینده گواه بر نیاز به افزایش فعالیت های معدنکاری و استخراج از ذخایر معدنی است که در گذشته امکان استخراجشان وچود نداشته یا شرایط به گونه ای بوده که استخراج آنها به آینده موکول شدهاست . ذخایر باقیمانده از عمق و پیچیدگی زیارتری برخوردارند و به حجم سرمایه گذاری بیشتری نیاز است . نقش ماشین آلات ، مهارت نیروی انسانی و فن آوری پیشرفته معدنی از عوامل کلیدی در پایین نگه داشتن هزینه تولید خواهند بود تا بتوان ذخایر کم عیار را که از مشکلات بیشتری برخوردارند ( از نظر استخراجی ) با هزینه کم استخراج کرد . در این ممیان روش روباز به دلیل توانایی در به کارگیری ماشین آلات عطیم الجثه با طرفیت بالا و ایمنی بالا نقش مهمتری در آینده در مقایسه با سایر روشهای استخراج ایفا خواهد کدر .

سابقه تحقیق

اولین بار در سال 1909 میلادی هوور بیان داشت که "سرمایه گذاران نیاز دارند که سططح سرمایه گذاریشان با درآمدی که دریافت می کنند و نرخ بازگشت سرمایه سازگاری داشته باشد ." هر قدر سطح تولید پایین تر باشد نیاز به سرمایه گذاری کمتر ، زمان دریافت درآمد طولانی تر و ریسک سرمایه گذاری نیز کمتر خواهد بود . در سالهای 1955 و 1960 کارلیسل “Carlisle”و تسارو “Tessaro”بیان داشتند که برنامه ریزی برای تولیر بایر با هرف بیشینه کردن ارزش خالص فعلی بر اساس نرخ تنزیل داده شده صورت گیرد . در سال 1965 میلادی لرچ وگروسمن “Lerchs and Grossman”بحث برنامه ریزی برای تولید بر اساس پارامترهای اقتصادی را مطرح کردند . آنها معتقد بودند که شناسایی محدوده نهایی پیت به تنهایی برای بهینه سازی معدن کافی نیست ، بلکه باید سکانس استخراج مطلوب را نیز که منجر به استخراج پیت نهایی می شود را تعیین کرد .  بنابراین آنها پیشنهاد کردند که مراحل استخراج سک پیت را می توان با استفاده از پیت های لانه ای مدل کرد . این پیت ها در اثر تغییر پارامترهای اقتصادی به دست می آیند . پارامتر مورد انبخاب آنها برای طراحی پیت های لانه ای در واقع عددی بود که از کسر ارزش اقتصاد ب بلوک بدست می آمد . اگر این عدد صفر شود استخراج به همان پیت نهایی رسیده است . نتیجه این تغییرات ایجاد تعدادی پیت لانه ای است که نشانگر سکانس استخراج می باشد . این الگوریتم را الگوریتم پیت های لانه ای “Nested Algorithm”می نامند .

گرشان “Gershon”در سال 1987 میلادی الگوریتمی برای برنامه ریزی بلند مدت ارائه نمود که مدعی است در آن ملاحظلت برنامه ریزی میان مدت و کوتاه مدت نیز ملحوظ شده است . در این روش مخروط به گونها ای ایجاد می شود که در راس آن بلوک کلیدی قرار گیرد ( بلوک کلیدی به بلوکی اطلاق می گردد که اگر استخراج شود تعدادی بلوک زیر آن که توجیه اقتصادی دارند نیز استتخراج می شوند .) سپس مخروط با توجه به محدودیت شیب تشکیل و با جمع جبری بلوک های داخل مخروط ارزش نهایی را برای بلوک کلیری در نظر می گیرند . همین روش برای سایر بلوکها نیز عمل می شود . نهایتا هر بلوک کلیری دارای ارزش موضعی خواهد شد . سپس اینبلوک های کلیدی را بر اساس ارزش اقتصادی طبقه بندی می کنند و طبیعتا اولویت استخراج با بلوک کلیری یا مخروطی است که بالاترین ارزش را دارا است .

جدول 1 –پیش بینی میزان و نرخ تولیر سالانه در یک معدن کوچک از طریق هفت مدل تجربی

در سال 1992 میلادی ونگ و سویم “Wang and Sevim”الگوریتمی ارائه نمودمد که در آن برای برنامه ریزی تولید بروا نیاز به شناسایی محدوده نهایییت نیست و از تکنیک گرشان نیز استفاده می شود . الگوریتن آنها بر این اساس استوار است که حداکثر ارزش خالص فعلی مستلزم استخراج ماده معدنی پر عیار در سالهای اولیه است . سپس پیشروی هایی “Push Backs”در اولویت خواهند بود که نسبت به پیشروی های مشابه از ارزش یا فلز بیشتری برخوردارند. لذا پیت هایی با تعداد Mبلوک کانسنگ از میان M+Nبلوک کانسنگ که از مقدار فلز بیشتری برخوردارند انتخاب و Nبلوک که از فلز کمتری برخوردارند به طور مقطعی حذف خواهند شد

.

جدول 2 –ضریب رشد دهنده پیشنهادی تیلور ر اساس ضخامت همراه با ریسک

در سال 1995 میلادی دنبای و شفیلد “Denby and Schofield”بر مبنای الگوریتم ژنتیک مدلی جهت برنامه ریزی تولید در معادن روباز ارائه نمودند که در آن ریسک زمین شناسی ( عدم قطعیت زمین شناسی ) نیز منظور گردنده بود . هدف از این مدل بیشینه کردن ارزش خالص فعلی و به حداقل رساندن ریسک با استفاده از یک تابع چند هدفه بود .

در سال 1992 الولی از تکنیک هوش مصنوعی جهت برنامه ریزی برای تولیر استفاده کرد . الگوریتم های فوق بر این اساس بودند که بهترین ماده معدنی ماده ای است که بالاترین عیار را داشته باشد در حالی که در سال 1988 آقایان داگدلن و رمضان “Dagdelen and Ramzan”بیان داشتند که بهترین ماده معدنی ̨ماده معدنی است که علاوه بر این که بالاترین عیار را داشته باشد بلکه برای استخراج آن به کمترین مقدار باطله برداری نیاز باشد . این بران معنی است که این پیشروی های در میان سایر پیشروی های هم حجم دارای کمترین نسبت باطله برداری باشد .

در سال 1998 آقای تولوینسکی “Tolwinski”الگوریتمی را ارائه نموده که در نرم افزار NPV Schedulerمورد استفاده قرار گرفته است . بر اساس این الگوریتم برنامه ریز اهداف و محدودیت های مدل را بر اساس متغیرهای هدف تعریف کرده به طوری که این متغیرها تابعی از شاخصه هاای بلوک “Block attributes”مثل تناز کانسنگ ̨عیار و امثالهم می باشد . آکایک “Akaike”در سال 1999 الگوریتمی تحت عنوان آزاد سازی چهار بعدی شبکه ای “4_D    Relaxation”ارائه نمود که در آن علاوه بد در نظر کرفتن عیار حد دینامنکی ̨انباستگاه کانسنگ “Stockpile”نیز در مدل برنامه ریزی تولید در نظر گرفته شده است . در این روش با استفاده از ضرایب لاگرانژ مسئله برنامه ریزی تولید به یک مسئله تعیین محدوده نهانیی پیت تبدیل می شود .

در سال 2003 دیمیتراکوپولوس “Dimitrakopolos”یک مدل برنامه ریزی خطی را برای برنامه ریزی تولید مبتنی بر ریسک در معدن ارائه داد . نکته قابل توجه در این مدل آن است که قسمت هایی از ذخیره که از قطعیت بیشتری برخوردارند در سالهای اولیه از عمر معدن استخراج شده و مناطقی با قطعیت کمتر برای دوره های دورتر در نظر گرفته می شوندد که اطلاعات کافی در مورد آن بخش ها به دست خواهد آمد .

جدول 3 الگوریتمهای عمده اراده سده جهت برنامه ریزی تولید را نشان می دهند .

جدول 3 –روش های برنامه ریزی برای تولید

جمع بندی

از یکسو تهی شدن ذخایر سهل الوصول ̨افزایش ظرفیت ماشین آلات و اصلاحاتی که در جهت اتوماسیون و روباتیک شدن ماسین آلات معدنی در حال شکل گرفتن است ̨از سوی دیگر دو برابر شدن جمعیت در چهل سال آینده ̨افزایش چند پریود نیاز به تولیدات مواد اولیه و فعال شدن معادن در آینده را نویر می دهد . قطعا یقش معادن روباز به دلایل ایمنی ̨تولید بالا و پتایین بودن هزینه بیشتر است . با توجه به عمیق شدن ذخایری که با روش روباز استخراج می شوند و پیچیدگی ذخایر ̨حجم سرمایه گذاری اولیه فوق العاده زیاد خواهد بود . در این میان نقش برنامه ریزی تولیر بلند مدت برای معدن بسیار حساس بوده ریسک سرمایه گذاری را کاهش داده و برگشت سدمایه را با نرح معقول و زمان کوتاه میسر می سازد . مطالعات انجام شده نشان می دهد که مدل های ارائه شده فعلی قادر نیستند به طور کامل و بهینه مشکل برنامه ریزی بلند مدت را حل کنند . لذا در مسائل زیر نیاز به تحقیقات وجود دارد :

1- اختلاف بین برنامه ریزی بلند مرت که توسط مدل های ریلضی تهیه شده باشد با شرایط واقعی قابل وصول کماکان از نکات فابل بحث در آینده می باشد . اختلاف 30 تا 40 درصدی در ذخایر عمیق از نظر درآمد و سرمایه گذاری بحران ساز خواهد بود .

2- در سه دهه گذشته قیمت فلزات پایه در یک چرخش 4 تا 7 ساله از تغییرات قابل ملاحظه ای برخوردار بودند . این تغییرات برنامه ریزی بلند مدت و مان مدت را رستخوش تغییرات خواهد کرد .

3- عدم قطعیت شرایط زمین شناسی مثل عیار ̨ژئومتری ذخیره و اندازه ذخیره از عوامل دیگری اند که احتمال شکست برنامه ریزی تولید را افزایش می دهد .

بنابراین تهیه برنامه ریزی تولید بهینه بر اساس عدم قطعیت قیمت و شرایط زمین شناسی از تحقیقات ارزشمند برای آینده خواهد بود .

4- دسبرسی و سرعت جابه جایی ماشین آلات در معادن روباز از دیگر موارد مورد نیاز بحقیقاتی تلقی می شود . توسعه مدل یا مدل هایی که از جابه جایی اضافی ماشین آلات در معادن روباز از دیگر موارد مورد نیاز تحقیقاتی تلقی می شود . توسعه مدل یا مدل هایی که از جابه جایی اضافی ماشین آلات جلوگیری به عنل اورد می تواند در کارایی ماشین آلات باالاخص ماشین آلات سنگین و دسترسی به تولیر مفیر واقع شود .

5- برنامه ریزی برای تولید و استراتژی عیار حد باثیر متقابلی بر روی یکدیگر دارند . عیار حد ثابت شرایط کنونی را بیان می کند در صورتیکه عامل زمان در قیمت و هزینه ها تاثیر گذار است ̨لذا برای تقلیل دادن ریسک شکست برنامه ریزی تولید باید عیار حد دینامیکی باالاخص در ذخایر چند فلزی نیاز به تحقیقات جدی دارد .

6- در سالهای آینده به دلیل عمیق تر شدن معادن تاثیر فعالیت های معدنکاری بر محیط زیست نیز زیادتر خواهد شد .

تا کنون به جز وضع قوانین و مقررات که موجب محدودیت برای معدنکاری شده فعالیت دیگری صورت نگرفته . تاثیرات منفی فعالیت های معدنکاری بر محیط زیست در قالب هزینه بایر در مداهایی که برای تعیین عیار ̨ارزش اقتصادی بلوک ̨محدوده نهایی پیت و برنامه ریزی تولید توسعه داده می شوند منظور شود .

پی نوشت :

1- این مقاله در سال 1384 در دومین کنفرانس معادن روباز ایران که در معدن مس سرچشمه برگزار گردید توسط مولف به عنوان سخندان کلیری اراده شده است .

( کتاب دو چلدی روش های استخراج معادن سطحی با همین قلم توسط انتشارات دانشگاه امیر کبیر در زمستان 1384 منتشر گردیده است . )