Simulação de mina a céu aberto para melhor planejamento

trucks, excavators in open pit mine

A indústria de mineração viu um impulso significativo nos avanços tecnológicos nos últimos dois anos, desde a automação de equipamentos móveis , centros de controle de operação remota até câmeras inteligentes que melhoram a vigilância e a segurança. Mas um aspecto da mineração que, na minha opinião, ainda tem uma oportunidade significativa de ser “explorado” para obter mais benefícios é a área de programação e planejamento. A otimização de cronograma e planejamento pode se beneficiar significativamente da simulação na tomada de decisões estratégicas de longo prazo e na tomada de decisões táticas de curto prazo. Conforme explicarei, a simulação de mina a céu aberto pode contribuir para essas melhorias no planejamento.

Acredito que os avanços recentes nas diversas esferas da inteligência artificial (IA) serão um dos aspectos a ficar de olho. Ainda assim, enquanto isso, temos um conjunto de ferramentas que já podem agregar um valor significativo de imediato: simulação de mina a céu aberto. Não apenas a simulação já está sendo usada como uma ferramenta de apoio à decisão em várias minas ao redor do mundo, mas provavelmente será um acompanhamento necessário para a IA. Quando os algoritmos e políticas de IA eventualmente se tornarem maduros o suficiente para ajudar na tomada de decisões, as simulações estarão lá para fornecer um ambiente seguro e livre de riscos para testar essas ferramentas antes que elas façam seu trabalho no mundo real.

Antes de nos aprofundarmos na realidade da simulação de minas a céu aberto, vamos ver por que a mineração é um ambiente tão complexo e por que tomar essas decisões táticas e estratégicas pode ser tão complicado.

Grandes desafios no planejamento e operação da mina dificultam as mudanças de etapas na melhoria

Os gerentes em todos os níveis de uma organização são responsáveis ​​por assumir compromissos confiáveis ​​e tentar melhorar constantemente com metas e incentivos cada vez mais altos para tornar melhor o desempenho. Em qualquer sistema complexo, isso é realmente difícil devido ao VUCCA . O termo inicialmente incorporava apenas um C, VUCA, mas prefiro usar a estrutura anterior definida pelo Dr. Alan Barnard em dralanbardnard .com :

Volatilidade

Como na maioria dos sistemas interconectados, a mineração experimenta uma volatilidade significativa. Por exemplo, há uma volatilidade considerável em:

  • demanda e preços de seus produtos.
  • desempenho das máquinas e dos humanos.
  • a variabilidade da qualidade do minério.
  • a eficiência na qual o minério pode ser extraído.

Esses fatores nunca podem ser realmente considerados usando um valor médio e apenas dentro de um intervalo dado um intervalo de confiança específico. Isso também significa que fornecer um único número como uma figura de compromisso para qualquer nível de produção dentro da organização pode ser extremamente incerto. Seria melhor especificar qualquer saída como um intervalo, com base em alguma consideração para a melhor, pior e provável saída devido a variáveis ​​de entrada definidas.

Incerteza

Muitas vezes é difícil determinar as relações de causa e efeito em sistemas grandes e complexos. Podemos tomar uma decisão hoje que afetará o desempenho daqui a algumas semanas. Como saberemos que deveríamos ter tomado uma decisão diferente? E se o fizéssemos, qual a certeza de que o resultado seria melhor do que o que temos agora? Podemos fazer um teste e esperar mais algumas semanas e ver se melhorou? E se o resultado for muito pior?

Existem muitas relações de causa e efeito associadas a um alto nível de incerteza na indústria de mineração e nas operações de mineração.

Complexidade

Em qualquer organização ou sistema com muitas partes móveis, há um nível de complexidade, não apenas devido às muitas relações de causa e efeito que existem entre os pontos, mas também devido ao grande número de pontos.

Essas complexidades são difíceis de mapear em um único mapa mental, planilha Excel, sistema ERP e muitas outras ferramentas tradicionais de suporte à decisão.

Restrições

Existem muitas restrições dentro das quais a organização deve operar para sobreviver em qualquer organização. Entre outros, podem ser:

  • Dinheiro – Restrições orçamentárias, fluxo de caixa, pagamento de empréstimos, termos de fornecedores e compradores, etc.
  • Tempo – Limitado devido a fatores ambientais, por exemplo, clima, ou simplesmente a concorrência e a demanda de outros concorrentes, por exemplo, ordem de chegada.
  • Mão de obra – Disponibilidade limitada de trabalhadores qualificados ou outros para concluir as tarefas desejadas de maneira eficaz e eficiente.
  • Conformidade – Estes podem ser quaisquer requisitos regulatórios, ambientais ou legais.
    Uma mina deve ser capaz de navegar e considerar todas essas restrições para tomar melhores decisões táticas e estratégicas.

Ambiguidade

A ambiguidade aqui se refere à confusão criada por ter mais de um objetivo, muitas vezes concorrente, dentro de uma organização. Por exemplo, em uma mina, você precisa ser seguro, produtivo e econômico. As regras de segurança muitas vezes impactam na velocidade do trabalho, reduzindo assim a produtividade, e para ser mais produtivo, você precisa de mais maquinário, o que pode custar muito caro.
Os gerentes precisam considerar o compromisso entre os diferentes objetivos e garantir que possam cumprir simultaneamente todos os requisitos.

Esses elementos VUCCA dificultam as mudanças de etapas na melhoria no planejamento e nas operações da mina, pois é muito difícil prever o impacto das mudanças em todo o sistema. As pessoas geralmente fazem alterações que melhoram seu ambiente ou subsistema local sem conhecer o efeito geral em todo o sistema, potencialmente sacrificando uma regra de ótimo global para otimização local.

Desafios na mineração a céu aberto endereçáveis ​​com simulação

A simulação dinâmica pode ser aplicada para resolver uma ampla gama de desafios específicos no planejamento e operação de minas a céu aberto. Na figura abaixo, você encontrará uma ilustração das principais operações e processos na mineração de carvão a céu aberto.

Este exemplo é simplificado, mas, no entanto, destaca alguns dos principais desafios que não podem ser resolvidos com abordagens estritamente analíticas.

O processo começa com a perfuração de buracos no estéril, depois detonação do estéril, laminação do estéril e remoção por caminhões e pás.

Uma vez que a camada de carvão é descoberta, há outra rodada de perfuração e detonação antes que o carvão possa ser transportado e levado para pilhas de estoque, onde pode ser processado posteriormente. Como especialista em simulação ao interagir com gerentes de mineração em operações desse tipo, muitas vezes me deparo com as seguintes perguntas relacionadas ao planejamento de produção e gerenciamento de operações:

Como você pode ver, estas são perguntas não triviais para responder. Por exemplo, os mesmos caminhões são usados ​​para remoção de estéril e transporte de carvão, de modo que distribuí-los entre esses dois tipos de trabalho é um problema dinâmico que requer uma ferramenta para avaliar o impacto com alto grau de precisão. O resultado dessas decisões pode ser que a mina ganhe dinheiro ou vá à falência…. então, como o superintendente de produção resolverá esse enigma?


A simulação de mina a céu aberto melhora o planejamento e a tomada de decisões

Embora existam muitas metodologias alternativas para ajudar a responder às perguntas acima, uma metodologia específica se destaca entre todas as outras: Simulação. As razões para isso são múltiplas:

  • Considere todas as interdependências, restrições, complexidades e variabilidades críticas do sistema.
  • Forneça uma variedade de resultados prováveis ​​para cenários únicos, faça análises de sensibilidade e comparações diretas de cenários.
  • Forneça uma maneira de baixo risco e baixo custo para testar o impacto de quaisquer alterações no desempenho operacional e financeiro.
  • Obtenha feedback rápido testando vários cenários em um tempo relativamente curto.

Quando construídos corretamente, os modelos de simulação também permitem escalabilidade e flexibilidade, o que significa que o mesmo modelo pode ser usado para simular a mina agora e no futuro. Isso permite um retorno muito maior sobre o investimento.

Resolvendo problemas de planejamento de mineração e tomada de decisão com MineTwin, uma ferramenta exemplar para simulação de mina a céu aberto

Hoje vou dar uma olhada rápida em uma ferramenta de simulação muito específica que é usada especificamente para simulação de minas a céu aberto e subterrâneas e testar o quão poderosa ela é ao levar em consideração todos os elementos VUCCA e fornecer os benefícios mencionados acima.

A ferramenta que veremos é o MineTwin, criado pela Amalgama LLC, líder em desenvolvimento de simulação de gêmeos digitais.

Modelo de demonstração usando MineTwin para modelar e investigar operações em uma grande mina a céu aberto na África

Por favor, assista ao vídeo abaixo para toda a demonstração.

No vídeo acima, usamos um ambiente de mineração real, uma das grandes minas a céu aberto da África Austral. A pergunta específica que tentamos responder é qual é o número de caminhões e tratores necessários para atender ao plano da mina e, posteriormente, qual é o número ideal de escavadeiras necessárias. O plano da mina é baseado na capacidade da planta de processamento, que é o gargalo, então não queremos deixar a planta de processamento de fome, e não queremos acumular grandes estoques na frente dela. Abaixo está uma visão geral rápida das etapas mostradas no vídeo.

Etapa 1: Configurando o modelo de simulação de mina a céu aberto

O primeiro passo para configurar a simulação é importar o layout da mina e especificar o equipamento, o plano da mina e muitos outros parâmetros de entrada e restrições dentro do modelo. Uma vez que o cenário foi importado e verificado quanto a erros de configuração pela plataforma, podemos verificar a configuração com o pessoal da mina através de uma animação interativa.

Interface do usuário do MineTwin Simulation

Etapa 2: configurar o experimento de simulação

Criamos um novo experimento de análise de sensibilidade, definimos o número de replicações para garantir uma amostra estatisticamente válida e apertamos o botão play.

Resultados de um experimento de sensibilidade em caminhões e tratores necessários no MineTwin

A saída indica que o plano de mina pode ser alcançado com seis caminhões e sete tratores. Adicionar mais caminhões na verdade leva a uma deterioração do desempenho, mesmo que seja de apenas 0,1%, pois quanto mais caminhões temos, mais congestionamentos temos dentro do pit.

NB! Este é um insight único que nenhum modelo estatístico ou determinístico jamais poderá mostrar a você!

Cumprimento do plano de mina para diferentes configurações de caminhões e tratores.

No exemplo anterior, o número de escavadeiras foi definido extremamente alto para garantir que nunca fossem um gargalo. Agora que sabemos o número de tratores e caminhões necessários, podemos configurar uma análise de sensibilidade semelhante para as escavadeiras.

Et voila!

Parece que respondemos a todas as perguntas, em tempo recorde e com um alto nível de confiança de que consideramos um número significativo de elementos.

Cumprimento do plano de mina para diferentes números de escavadeiras

Resumo e conclusão

Concluindo, muitas restrições e interdependências dificultam a tomada de decisões em minas, e muitas ferramentas estáticas e determinísticas são ineficientes no suporte a decisões críticas. O uso da simulação supera muitas deficiências e fornece uma visão real com uma variedade de saídas em vez de apenas um único número.

As simulações fornecem um ambiente econômico e livre de riscos que pode fornecer resultados prontamente de novo e de novo.

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