بهینه سازی سیستم ترابری معادن روباز با استفاده از سیستم های مونیتوریتگ و

مدلهای برنامه ریزی خطی

مطالعه موردی معدن سنگ آهن چغارت 

 

مرتضی اصانلو1 ابوالفضل رنجبر بافقی2  و میر بهادر قلی آریانژاد3

 

چکیده :

      در معادن روباز هزینه های مربوط به بخش بارگیری و باربری و بالای  50 درصد هزینه های یک معدن را به خود اختصاص می دهد و نزدیک به 60 درصد از هزینه های دیگر به بخش حفاری و آتشباری اختصاص می یابد، امروزه به دلیل افزایش  روز افزون قیمت ماشین آلات معدنی و بالا بودن هزینه های سرویس و نگهداری و هزینه های عملیاتی تجهیزات دیگر صلاح نیست سیستم حمل و نقل در معادن به صورت سنتی  طراحی گردد ، زیرا این روش طراحی از حد اکثر توان کار ی تجهیزات استفاده نشده  ، در نتیجه باعث کاهش بهره وری عملیاتی در معدن می گردد (با توجه به گزارش سال 81 سازمان بهره وری کل کشورخسارت  ناشی از پایین بودن  بهره وری در کشور  روزانه 40 میلیارد تومان است ).

از دهه 1980 سیستم ها ی مدل سازی کامپیوتر و  مونیتورینگ ماشین الات  مورد توجه بیشتری قرار گرفت . هرچند که در  ابتدا این مدلها بیشتر برای طراحی معدن به کار می رفت و کمتر در برنامه ریزی تولید از آن استفاده می شد . اما به تدریج در معادن بزرگ دنیا همچون Sierrite Cyprus سیستم های دیسپاچنگ گسترش یافت که در نتیجه در( سال 1994 ) 5/1 میلیون دلار سود در عرض 6 ماه به دست آمد .

 

 

 

موقعیت جغرافیایی معدن سنگ آهن  چغارت

      معدن سنگ آهن چغارت در 12 کیلومتری شمال شرقی شهرستان بافق و 125 کیلومتری جنوب شرقی شهرستان یزد و 350 کیلومتری شهر اصفهان و در حاشیه کویر ایران واقع شده و دارای آب و هوای بسیار گرم و رطوبت خیلی کم می باشد. بطوریکه درجه حرارت آن بین 47 درجه و 7- درجه متغیر می باشد. میزان بارندگی کم و بطور متوسط 5507 میلیمتر می باشد. معدن چغارت در طول جغرافیایی 55028 شرقی و عرض 31042 شمالی قرار دارد و ارتفاع متوسط اولیه توده چغارت 1276 متر از سطح دریا و حدود 150 متر از سطح منطقه اطراف بوده است.

                 

 وضعیت سیستم بارگیری و باربری معدن چغارت

      معدن سنگ آهن چغارت به روش پلکانی روباز استخراج می گردد . سیستم بارگیری و باربری معدن ترکیبی از شاول و کامیون است ، شاولها از نوع P  &  H  با ظرفیت جام 6 متر مکعب و کامیونها از نوع KOMATSU و با ظرفیت صندوقه 24 متر مکعب (32 تن) می باشند . در مجموع 5 دستگاه شاول و 30 دستگاه کامیون در ناوگان حمل و نقل معدن مشغول به کار هستند .

                                               

سیستم دیسپاچینگ

 سیستم بارگیری  باربری ، کامیون و شاول یکی از مهمترین سیستمهای حمل و نقل و  مواد در معادن سطحی محسوب می شود. مهمترین عامل مؤثر در سیستم بار گیری  باربری ،  شاول وکامیون ، مسئله مدیریتی سیستم  است .

امروزه یکی از مهمترین روشهای بهینه سازی که جهت افزایش بهره وری سیستم کامیون و شاول در معادن مورد استفاده قرار می گیرد سیستم دیسپاچینگ می باشد، دیسپاچینگ در حقیقت یک سیستم کامل کننده مدیریت معدن است که یک حالت توازن بین کامیونها و  شاولها بر قرار نموده و به  بهینه سازی تولید معدن می پردازد.

مهمترین هدف اجرای سیستم دیسپاچینگ ماکزیمم نمودن کار آرایی و سودمندی این سیستم می باشد. طرز عمل این سیستم را می توان با ماکزیمم نمودن کار آرایی شاولها و کامیونها نشان داد. در  این سیستم ماکزیمم تولید مطمئنا" وقتی حاصل می شود که جاده ها به گونه ای انتخاب شوند که کامیونها جهت انتقال مواد کوتاه ترین سیکل زمانی بین منبع و مقصد  را طی نمایند. در این حالت تولید بهینه از حل مدلهای برنامه ریزی خطی2 بدست می آید .

در فلوچارت زیر نحوه اجرای سیستم به صورت یک سیکل برگشت پذیر نشان داده شده است .

شروع

بارگیری

باربری

تخلیه کردن

برگشت

 

 

 

 

سیستم مونیتورینگ

در این روش با استفاد ه از فن آوری سیستم های G.P.S  و با نصب سیستم های مشاهده گر بر روی تجهیزات ،  بین مرکز کنترل و فرماندهی با سایر ماشین الات ارتباط متقابلی بر قرار می گردد و عملیات ا ز راه دور از طریق اتاق کنترل مر کزی سازماندهی و کنترل می گردد .نحوه اجرای عملیات بدین صورت است که در هر لحظه پیام هایی بین تجهیزات مشغول به کار در معدن  و مرکز کنترل رد و بدل شده  و از طریق اتاق فرماندهی  سیستم اجرایی در معدن در هر لحظه  کنترل شده و امکان تصمیم گیری در مورد نحوه انجام صحیح عملیات می آید .    

اطلاعات مورد نیاز جهت ساخت مدل

  · اندازه گیری مسیرهای دسترسی بین شاولها ونقاط تخلیه با اندیس P  1……….P30  نشان داده شده است.

          · محاسبه سیکل  زمانی حرکت کامیونها  .

 

جدول (1-1 ):مسیرهای عبور ومرور کامیونها ومتوسط زمان حرکت کامیونها در در طول

مسیر را نشان می دهد.

 

ساخت مدل برنامه ریزی خطی

مدلهای برنامه ریزی خطی یکی از ابزار های مورد نیاز جهت بهینه سازی است که در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفت  .این مدل شامل تابع هدف ویکسری محدودیت است که هدف بهینه سازی در قسمت تابع و شرایط کار در قسمت محدودیت  تعریف می شود . در این مدل نحوه انجام محاسبات بر اساس روش سیمپلکس بوده و نتایج به صورت جداولی بیان می گردد . 

 

 

ورودی های مسئله  :

MinNt=(4p1+2.56p2+4.8p3+3.0p4+3.2p5+2.05p6+3.25p7+2.25p8+4.5p9+2.91p10+2.91p11+2.4p12+3.42p13+2.74p14+3.59p15+4.11p16+4.11p17+4.45p18+2.74p19+2.74p20+2.74p21+3.42p22+2.4p23+1.4p24+2.74p25+2.4p26+3.42p27+3.94p28+3.08p29+3.25p3)+(p1+p3+p5+p7+p9)+(5)

Such . That

 

 

تعداد کامیونها نمی توانند منفی باشد.                                             P>=0  |    P2>=0  ……… P3>=0

 

خروجی های نرم افزار :

 

P1=P3=P5=P7=P8=P9=P12=P15=P21=P24= 0.45

P2=P4=P6=P10=P11=P13=P14=P16=P17=P18=P19=P20=P22=P23=P25=P26=P27=P28=P29=P30=0

 

تجزیه و تحلیل نتایج  پس از مدل سازی :

      با توجه به جوابهای به دست آمده ملاحظه می گرددکه درمسیرهای P1=P3=P5=P7=P8=P9=P12=P15=P21=P24 در هر دقیقه تعداد 45/0کاامیون یا به عبارت دیگردرهر22/2 دقیقه یک کامیون بایستی تردد نماید ودر مسیرهای 2|4|6|10|11|13|14|16|17|18|19|20|22|23|25|26|27|28|29|30 لزومی به فرستادن کامیون       نمی باشد . دراشکال شماره (1) و(2) حالتهای ارسال کامیون قبل و بعد از عملیات بهینه سازی توسط مدلهای برنامه ریزی خطی و تعیین مسیر های بهینه نشان داده شده است .

 

 

شکل (1): انجام عملیات قبل از بهینه سازی     شکل(2)انجام عملیات بعد از بهینه سازی

 

نتابج حاصل از عملیات بهینه سازی  در معدن چغارت

با مقایساتی که بین دو سیستم دیسپاچینگ و غیر دیسپاچینگ در اکثر معادن روباز دنیا صورت گرفته قابلیت و کار آیی بالاتر مدلهای دیسپاچینگ کاملا" مشهود است. مطالعات و بررسی های انجام گرفته در معدن سنگ آهن چغارت صحت  این مسئله کاملا تصدیق می نماید . در معدن سنگ آهن چغارت پس از بهینه سازی  ناوگان حمل ونقل میزا ن تولید به اندازه 40  در صد افزایش یافت .

دیگرازمزایای روش دیسپاچینگ علاوه بر بالا بردن بهره وری در معدن وکاهش هزینه های مربوط به بخش بارگیری و باربری افزایش روحیه کارکنان بخش استخراج معدن بویژه رانندگان کامیونها می باشد. تحقیقات صورت گرفته در بخش استخراج حاکی از آن است که یکی ازمشکلات عمده در این بخش  کسالت وخستگی زودرس رانندگان کامیون بوده که در بعضی مواقع باعث بروز تصادفات و خسارات جبران ناپذیری گشته است  . از این رو اجرای سیستم های دیسپاچینگ در بالا بردن ضرایب ایمنی در معادن نیز تاثیر به سزایی خواهد داشت .

 

 نتیجه گیری

عملیات بهینه سازی سیستم ترابری معادن معمولاً با استفاده از مدلهای برنامه ریزی خطی ، مدلهای برنامه ریزی غیر خطی ومدلهای برنامه ریزی دینامیکی صورت می گیرد . در این مدلها با یک برنامه ریزی صحیح برای کامیونها و شاولها وتعیین مسیرهای بهینه سیکل کاری کامیون کاهش یافته وبا تخصیص بهینه کامیونها در بین شاولها زمان انتظار کامیونها و شاولها به حداقل مقدار خود خواهد رسید ، در نتیجه تولید افزایش می یابد واین افزایش تولید ناشی از کم شدن زمان انتظار کامیونها و شاولها وکاهش سیکل حرکتی کامیونها خواهد بود .

لازم به ذکر است که بهینه سازی عملیات بارگیری وباربری تنها در صورتی از راندمان بالایی برخوردار است سیستم بارگیری و باربری معدن اشباع یا خالی از کامیون نباشد ، بنابراین استفاد هاز سیستم های بهینه سازی در معادن کوچک از نظر اقتصاد ی توجیه پذیر نبوده و توصیه نمی گردد.  

 

فهرست منابع :

 

[1]    Alaphia wright . E | 1988 |“ Truck dispatching on a personal computer “Mine  planing  and  Equipment| selection | pp  429 –433

 

[2] Ataeepour . M & Baffi . E . Y | 1998 | “  Application of  ARENA simulation system to compare truck – shovel operation in dispatching and non – dispatching modes

“Mine  planing  and  Equipment| selection | pp  475 – 480

 

Victor  A.Temny | Francis  0.0tuonye &[3]  yames  0.Frendewey | jr | 1997| “Real- time truck dispatching using a transportation algorithm “ | Internal  journal  0F  Sarface  Mining |

pp  203 – 207

 

[4]  Black  Well . G . H |1999| “ Estimation of large open pit haulag truck requirements “|  Bulletin  |  pp  143 – 149

 

[5] اصانلو ، مرتضی ، طراحی ، برنامه ریزی و روشهای استخراج معادن سطحی -انتشارات لادن - 1374

[7] آریا نژاد ، میر بهادر قلی ، تحقیق در عملیات پیشرفته ، انتشارات دانشگاه علم و صنعت  1374