Real Time Mining

Real-time optimization of extraction and the logistic process in highly complex geological and selective mining settings

Motivation und Hintergrund

Das Projekt “Real-time optimization of extraction and the logistic process in highly complex geological and selective mining settings” fokussiert hochkomplexe Lagerstätten, in denen selektive Gewinnung erforderlich ist. So ist das Projekt auf die in der EU vorherrschenden Lagerstättentypen und deren Besonderheiten zugeschnitten.

Solche Lagerstätten profitabel zu gewinnen stellt eine große Herausforderung dar. Die größten Potentiale für eine wirtschaftliche Nutzung der Lagerstätte sind:

  • Maximierung des Lagerstättenpotentials durch effektive Kontrolle des Wertstoffgehalts entlang der Produktionskette
  • Kosten- und Energieersparnis durch Minimierung der Erzverdünnung     
  • Optimierung der Lagerstättenausnutzung durch Interpretation der geologischen Unsicherheiten im Ressourcenmodel.

Ziel

Zum jetzigen Zeitpunkt erfolgen die Prozessschritte von der Exploration bis zur Aufbereitung und dem Verkauf des Wertminerals strikt aufeinanderfolgend. Zwischen den Prozessen wird selten in beide Richtungen kommuniziert. Die Ergebnisse des Vorgängers werden lediglich als Input für die Folgestufe genutzt. Die Prozessschritte sind: 

  • Exploration und Sammeln von Daten
  • Lagerstättenmodellierung und Vorratsberechnung
  • Abbauplanung und Vorausberechnung
  • Abbau und Produktion
  • Aufbereitung und Verkauf

Das Lagerstättenmodell ist je nach Dichte der Explorationsbohrungen nur eine modellhafte Abbildung der realen Lagerstätte. Es muss stets davon ausgegangen werden, dass aufgrund der Datenknappheit in der Realität Abweichungen auftreten, also ein Maß an Unsicherheit besteht. Da alle Entscheidungen zur Abbauplanung anhand dieser Modelle getroffen werden, ist davon auszugehen, dass Abweichungen vom Lagerstättenmodell die Genauigkeit der Vorratsberechnung und der Abbauplanung wesentlich beeinflussen. Da meist kein Vergleich von Abbauzielen und dem tatsächlich abgebauten Material vorgenommen wird, werden geologische Unsicherheiten im Lagerstättenmodell nicht korrigiert, oder erst am Ende, wenn keine Korrekturmaßnahmen mehr möglich sind. Das Grundkonzept des Projekts ist es, diesen diskontinuierlichen Zyklus aufzubrechen und einen kontinuierlichen, geschlossenen Kreislauf zu bilden.

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Aufgabenbereiche

Das gesamte Projekt ist unterteilt in neun Arbeitspakete (WP):

  • WP1: Administration und Veröffentlichung
  • WP2: Faktoren der nachhaltigen und industriellen Durchführbarkeit
  • WP3: Positionierungssystem für unter Tage
  • WP4: Sensoren zur Materialcharakterisierung
  • WP5: Sensoren zur Messung der Maschinenleistung
  • WP6: Datenintegration, Messungen und Visualisierung
  • WP7: Schnelle und regelmäßige Aktualisierung des Lagerstättenmodells
  • WP8: Integrierte lang- und kurzfristige Optimierung
  • WP9: Integration und Demonstration

Das Institute of Mineral Resources Engineering ist in mehrere dieser Arbeitspakete involviert und leitet das WP8. In diesem Rahmen wurden Methoden zur Echtzeitoptimierung für die lang- und kurzfristige Abbauplanung, Produktionskontrolle, Qualitätssicherung des Materials und für Hilfsprozesse entwickelt.

Aktivitäten und Ergebnisse

Der Abbauprozess und die Wertschöpfungskette ausgewählten Bergwerke wurde im Detail analysiert und simuliert. Für bestimmte Produktionsschritte, wie zum Beispiel der Transportflottenplanung, wurden Algorithmen zur Optimierung entwickelt und in die Simulation implementiert. Mitarbeiter des MRE entwickelten einen Long- und Short-Term Optimizer unter Berücksichtigung der geologischen Unsicherheit der Lagerstätteninformationen. Darüber hinaus wurden Konzepte zur Optimierung des Bohr- und Sprengzyklus und des Firstenausbaus erarbeitet. In WP9 werden Long- und Short-Trem Optimizer mit realen Daten eines untertägigen Bergwerks validiert.

Long-Term Optimizer

Für den Long-Term Optimizer wurde der Fokus auf die lang- bis mittelfristige Abbauplanung gelegt. Deshalb wurde der Nettobarwert als wichtigste wirtschaftliche Größe gewählt. Zunächst wurden verschiedene Werkzeuge für die Integration der geologischen Unsicherheit in die Langfristplanung vorgestellt und diskutiert, um das Potential von Echtzeitdaten zu bewerten. Verschiedene Ansätze zeigten, dass die erwartete Unsicherheit im Lagerstättenmodell zu Veränderungen in der Definition der abbauwürdigen Lagerstättenteile und somit zu Abweichungen in Position, Geometrie und Abbaufolge der Kammern führen kann. Daher resultiert die Berücksichtigung von Unsicherheit in einer genaueren Projektbewertung und verhindert Unter- oder Überbewertung. 

Optimierte Abbaufolge der Kammern (Quelle: Geovia)

Short-Term Optimizer

Mitarbeiter des MRE entwickelten auch ein kurzfristiges Optimierungswerkzeug, das in Verbindung mit dem Long-Term Optimizer funktioniert. Durch die Simulation nachgelagerter Prozesse können detailliertere Erkenntnisse über die Qualitätsverteilung im abgebauten Material sowie weitere Bewertungsdaten gewonnen und zur Prozessoptimierung genutzt werden. Der Short-Term Optimizer integriert das aktualisierte Lagerstättenmodell sowie die Maschinenpositionsdaten und Materialeigenschaften in Echtzeit. Untertägige Bergbauprozesse werden somit auf Tagesbasis hinsichtlich konstanter Qualität und Quantität für die Aufbereitungsanlage geplant.

Untertägige Kontrolle von Echtzeitdaten (Quelle: Mobilaris)

Drilling & Blasting-Optimizer und Bolting Optimizer

Im Rahmen von WP8 wurden ebenfalls neue Konzepte für die Optimierung des täglichen Gewinnungsbetriebs und von Hilfsprozessen unter Tage erarbeitet. Ziel war es, durch die Integration von Echtzeitdaten in ein Managementsystem eine bessere Prozesseffizienz zu erreichen. Daher wurden zunächst Untersuchungen zum Prozessverbesserungspotenzial sowie zum Stand der Technik durchgeführt, um ein besseres Verständnis dafür zu erhalten, wo neue Konzepte sinnvoll sind. Von den vom Projektträger vorgeschlagenen Bereichen (i) Bedarfsgerechte Bewetterung, (ii) Sprengdesign, (iii) Energiemanagement und (iv) Firstenausbau wurden zwei Prozesse als potenziell optimierungsfähig angesehen: Sprengdesign und Firstenausbau.

Untertägiger Bohr- und Sprengzyklus mit Optimierungspotentialen

Die Ergebnisse früherer Untersuchungen zeigen, dass der gesamte Mine-to-Mill-Zyklus analysiert werden muss, um eine ganzheitliche Effizienzsteigerung zu erreichen. Um das Kostenoptimum für den gesamten untertägigen Abbauzyklus zu erreichen, wird als Schlüsselparameter für ein Optimierungskonzept des Bohr- und Sprengprozesses eine ideale Gesteinsfragmentierung gewählt (Drilling & Blasting Optimizer). Für den Ankerausbau und die langfristige Hangendsicherung ist der Sicherheitsaspekt die treibende Kraft für ein Optimierungskonzept. Bewegungen der Firste und Steinschlagereignisse sind Parameter, die die Entscheidungen des Bolting Optimizers beeinflussen. Beide Konzepte enthalten bestimmte Vorgaben, welche Prozesse Sensoren benötigen und welche Daten gemessen werden müssen. Die Konzepte formulieren auch die Anforderungen an Algorithmen und deren spezifische Rollen im jeweiligen Optimizer. Beide Optimierungsmodelle geben einen Ausblick auf die Prozesse im untertägigen Bergbau, welche Optimierungspotenzial aufweisen . Ziel ist es, die operativen Phasen im Bergbau ganzheitlicher zu realisieren, um eine Prozessoptimierung vom Abbau bis zur Aufbereitung (Mine-to-Mill) in Echtzeit zu erreichen. Für die Umsetzung der einzelnen Schritte der Optimierungsmodelle werden von Seiten der Forschung und der Industrie bereits in unterschiedlichem Maße Bemühungen unternommen.

 

 

 

Eckdaten

  • Level: international
  • Rolle: Partner
  • Partner: 13
  • Volumen: 6.600.000 Euro
  • Dauer: 04.2015 - 03.2019


Forschungsbereiche

Partner

Das Projekt Real-Time Mining wird durch Horizon 2020 der Europäischen Union (Projektnr. 64989) gefördert.

EU