در موضوع: استخراج معدن
تحلیل سیستم باربرى معدن سنگ آهن چادرملو
خلاصه مطالب:
معدن سنگ آهن چادرملو با استفاده از ماشین آلات اصلى و کمکى تجهیز شده و از سال 1376 مورد بهره برداری قرار گرفته است. در حال حاضر ساعات قابل توجهى از عمر مفید ماشین آلات باربری موجود باقیمانده است. در این مطالعه در ابتدا شرایط فعلى ماشین آلات باربری از نظر ظرفیت کاری مورد بررسى قرار گرفته است. بدین منظور داده های عملیاتى- تاریخى این ماشین آلات برای یک دوره یک ساله جمع آوری و سپس این اطلاعات پردازش شده است. مطالعات نشان داده است که با افزودن بر ساعات فعال موثر، بهره وری کامیونهای موجود 80 تا 100 درصد قابل افزایش است. در این خصوص تامین به هنگام قطعات یدکى از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با توجه به برنامه تولید هفده سال باقیمانده از عمر معدن و بررسى عملکرد آنها در دوره مطالعه، تعداد ماشین آلات باربری در سالهای آتى پیش بینى و زمان مناسب برای خرید ماشین آلات جدید پیشنهاد شده است.
واژه هاى کلیدى: ماشین آلات، باربرى، معدن، سنگ آهن
پیش گفتار:
ماشین آلات معادن روباز 50 تا 60 درصد کل هزینه های معدنکاری را به خود اختصاص مى دهند لذا تجزیه و تحلیل ماشین آلات، تعیین کننده بقا و سود آوری معدن مى باشد. انتخاب نوع، تعداد و ظرفیت ماشین آلات به عوامل متعددی بستگى دارد که مهمترین آنها در جدول 1 در، شده است(1).
معدن سنگ آهن چادرملو در 120 کیلومتری شمال شرق سهر یزد و 65 کیلومتری معدن سنگ آهن چغارت در دامنه رشته کوه هایى که در امتداد شمال غربى- جنوب شرقى فروانتادگى بافق را همراهى مى کنند، واق شده است. موقعیت جغرافیایى این معدن 32 درجه و 17 دقیقه عرض شمالى و 55 درجه و 30 دقیقه طول شرقى مى باشد. کانسار چادرملو از دو آنومالى شمالى و جنوبى تشکیل شده است(2).استخراج از آنومالى شمالى معدن در شهریور 1374 بطور رسمى شروع شده است. پیت معدن به شکل قلب با پهنای حدود 960 متر و عمق ماکزیمم 225 متر برای مدت 30 سال طراحى شده است(3).
متن اصلی:
به منظور باربری در معدن سنگ چادرملو 12 کامیون مورد استفاده قرار مى گیرد که در حال حاضر از عمر مفید این کامیونها مقادیر قابل توجهى باقیمانده است. در این مطالعه، در ابتدا با ایجاد یک بانک اطلاعاتى، عملکرد کامیونها مورد بررسى و سپس تعداد کامیونهای لازم در سالهای آتى پیش بینى و زمان مناسب برای خرید کامیونهای جدید پیشنهاد شده است.
جدول 1- عوامل موثر در انتخاب نوع ،تعداد و ظرفیت ماشین آلات معدن
برنامه ریزى نولید معدن
بر اساس برنامه ریزی تولید در طول هفده سال باقیمانده از بهره برداری معدن چادرملو، در مجموع 149.812میلیون تن سنگ آهن از توده های شمالى و جنوبى استخراج خواهد شد. در این مدت جم سنگ معدن حمل شده به سنگ شکن ها با احتساب حمل از انباشتگاه کسید به میزان 23.202
میلیون تن به173.014 میلیون تن بالغ خواهد شد. از این مقدار سنگ حدود 9.114 میلیون تن برای تولید لمپ که در کوره های بلند مورد استفاده قرار مى گیرد، اختصاص مى یابد. میانگین نسبت باطله برداری معدن در طو این مدت 1: 67/0 تن بر تن است(4).
بررسى عملکرد کامیونهاى موجود
در معدن سنگ آهن چادرملو در حال حاضر 12 کامیون معدنى مدل CAT785 با میانگین کارکرد 16310 ساعت مشغول فعالیت مى باشند. ظرفیت باربری این کامیونها حداکثر 135 تن متریک است. به منظور بررسى وضعیت کامیونهای موجود در دوره زمانى یک ساله از عملیات کامیونها زمان سنجى به عمل آمده است و در نهایت یک بانک اطلاعاتى از عملکرد یکساله آنها تهیه شده است. در این بانک اطلاعاتى نوع و مدت توقف دستگاهها اعم از توقفهای تعمیراتى و غیر تعمیراتى، نوع و مدت فعالیت انجام شده و شرایط محل کار، زمان کارکرد، حجم عملیات، مدت و علت توقف و خرابى، نوع سنگ و محل کار، فواصل حمل بر اساس محل کار آنها در برهه زمانى یک ساله( شامل 350 روز )ثبت و سپس این اطلاعات پردازش شده است.
در جدول 2 وضعیت کارکرد( راهبری، سرویس و تعمیرات )کامیونها در، شده است. همانطور که ملاحظه میشود از جمع مدت 15968 ساعت توقف تعمیراتى کل کامیونها، 3056 ساعت آن صرف تعمیرات و مابقى بابت نبود قطعه گزارش شده است. بیشترین زمان توقف تعمیراتى مربوط به کامیون 8 بوده که در دوره تحت بررسى ازگردونه کار خار، بوده است. متوسط ساعات فعال هر کامیون در دوره تحت بررسى 02/51 ساعت در هفته بوده است. زمان ذخیره یا زمانى که ماشین از نظر فیزیکى آماد ه به کار است ولى به دلایلى به کار گماشته نمى شود، 6/15931 ساعت و زمان تعمیرات پیش بینى نشده 9524 ساعت مى باشد. مشاهده مى شود که زمان ذخیره و زمان تعمیرات پیش بینى نشده مدت قابل توجهى از کارکرد کامیونها را شامل مى شود. میزان زمان ذخیره نسبت به زمان فعال موثر حدود 81 درصد است که رقم بسیار نامناسبى است. استمرار زمانهای توقف کامیونها به علت نبود قطعات یدکى باعث شده است که جمع زمان توقف تعمیراتى به زمان فعال موثر نیز 81 درصد شده و این در حالى است که حدود 60 درصد زمان تعمیرات، زمان مربوط به تعمیرات پیش بینى نشده است که هر دو رقم، ارقام نامتناسبى است. نتایج زمان سنجیها نشان مى دهد که مى توان با ایجاد شرایط مناسب، ظرفیت حمل را به طور نسبى برای کامیونها افزایش داد.
جدول 2- پارامترهای زمانی کارکرد کامیونها در معدن در دوره مورد مطالعه (واحد:ساعت)
ادامه جدول 2:
ادامه جدول 2.
ادامه جدول 2
بررسى عناصر زمانى وضعیت کامیون در حالت آمادگى به کار، نشان مى دهد که رقم مربوط به تاخیرهای ثابت بسیار بالا مى باشد. بالا بودن این رقم باعث کاهش ضریب کاربری در حدود 60 درصد شده است. به همین دلیل در صورت تامین به موقع قطعات یدکى و اضافه کردن زمان توقف ناشى از نبود قطعه و یا ساعات ذخیره به ساعات قابل دسترس کامیونها، حالات مختلفى در توزیع زمانى فعالیت کامیونها پیش مى آید که نتایج آن در جدول 3 در، شده است. در این جدول منظور از زمان برنامه ریزی شده زمانى است که برای انجام فعالیت تولیدی پیش بینى میشود. این زمان از جمع زمان آمادگى به کار و زمان تعمیرات پیش بینى نشده بدست مى آید. زمان آمادگى به کار بخشى از زمان برنامه ریزی شده است که حاصل جمع سه زمان بیکاری، زمان فعال موثر و تاخیرهای ثابت مى باشد. در زمان فعال موثر، کامیون در یکى از وضعیتهای بارگیری، حمل، تخلیه، رجعت، انتظار و به طور کلى واجد یکى از عناصر تشکیل دهنده چرخه بارگیری- باربری است. تاخیرهای ثابت زمانهای نهار و غذا، استراحت، تعویض شیفت، آتشکاری، تاخیر و تعجیل در ورود و خرو، و... را شامل مى شود.
در جدول مذکور سه حالت بررسى شده است. حالت اول، حالت واقعى دوره تحت مطالعه را نشان میدهد. در این حالت، وضعیت A وضعیتى است که در عمل واقع شده است و در وضعیت B زمان ذخیره حذف و به نسبت بین سایر زمانها تقسیم شده است. ملاحظه مى شود نسبت های زمانهای فعال در وضعیت B به وضعیت A در حالت اول معادل 33/1 درصد است. این بدان معنى است که با برنامه تدارک قطعه و تعمیرات موجود در دوره تحت بررسى، توان واقعى ناوگان کامیونها تا 33 درصد قابل افزایش بوده است.
حالات دوم بر این فرض استوار است که کر قطعات یدکى به موقع تدارک شود، چه تغییراتى در میانگین توزیع وضعیت زمانى کامیونها حاصل مى شود. لذا در حالت دوم، زمان نبود قطعه از زمان تعمیرات حذف و ابتدا به زمان ذخیره اضافه شده است( وضعیت A) . در این حالت نیز با توزیع نسبى زمان ذخیره، بین کلیه زمانها، زمان فعال در طول هفته برای هر کامیون از 02/51 به 98/91 ساعت افزایش یافته است. به عبارت دیگر نسبت وضعیت B در این حالت به وضعیت A، 180 درصد است. این بدان معناست که اگر برای مجموع زمان توقف کامیونها، که ناشى از عدم تدارک به هنگام قطعات یدکى مورد نیاز است، تدارک به هنگام قطعات یدکى برنامه ریزی شود، توان کامیونها مى تواند تا 8/1 برابر توان موجود افزایش یابد.
در حالت دوم زمان تاخیرهای ثابت به نسبت افزایش یافته ولى زمان تعمیرات و در نتیجه نسبت تعمیرات کاهش یافته است. در صورتى که در زمانهای تاخیر ثابت نیز صرفه جویى شود و همچنین نسبت زمان کل تعمیرات به زمان فعال موثر از15/0 به 25/0 جهت تامین مدت تعمیرات لازم، افزایش داده شود وضعیت B در حالت سوم بوجود مى آید. در این حالت میزان ساعات فعال در طول هفته برای هر کامیون از 02/51 به 103 ساعت افزایش یافته است. به عبارت دیگر نسبت وضعیت B در این حالت به وضعیت A، 200 درصد است. بعبارتى میتوان انتظار داشت که مشروط به ثابت بودن بقیه شرایط، توان کامیونها تا 2 برابر قابل افزایش باشد.
تولید کانسنگ و باطله در دوره مورد مطالعه، معادل 46/14 میلیون تن بوده است. با توجه به جدول 2 در وضعیت B، با افزودن بر ساعات فعال موثر، توان تولید سالیانه ناوگان کامیونهای موجود( مشروط به ثابت ماندن سایر شرایط در برهه زمانى تحت بررسى مطابق نتایج زمان سنجى ها )در حالتهای 2 و 3 به ترتیب به 29 و 26 میلیون تن خواهد رسید. این ارقام حداقل ظرفیت قابل حمل کامیونها در حال حاضر و در شرایط تحت بررسى است. این که کدامیک از ارقام فوق در شرایط تحت بررسى قابل حصول باشد به در اختیار داشتن نقدینگى کافى برای خرید به هنگام قطعات یدکى، اعمال مدیریت و سازماندهى و برنامه ریزی دقیق در اجرای انواع تعمیرات مربوطه بستگى دارد.
بدیهى است که در طول عمر باقیمانده از ناوگان موجود، به تدریج از یک سو زمان تعمیرات صرف شده به علت افزایش سطح فرسودگى و استهلد د دستگاهها و از سوی دیگر به علت افزایش فاصله حمل و فراز راه، توان مجموعه کامیونها، در کلیه حالات کمتر از مقادیر فوق خواهد بود.
جدول 3- نتایج پردازش داده های مربوط به پارامترهای زمانی کارکرد کامیونها (واحد: ساعت در هفته )
برآورد تعداد کامیون مورد نیاز
بر اساس برنامه تولید هفده ساله معدن، باربری در سالهای اول الى سیزدهم شامل حمل سنگ از توده شمالى معدن و از دپوهای سنگ آهن اکسیده به سنگ شکن و حمل باطله از معدن به خاکریزهای باطله است. از سال چهارده الى هفده، حمل سنگ از توده جنوبى معدن جایگزین حمل از دپوهای کسیده خواهد شد و حمل کانسنگ و باطله به مقصد های یاد شده دیگر، کماکان ادامه خواهد یافت. جهت انباشت باطله در بخش شمالى و جنوبى معدن دو محل در نظر گرفته شده است. بر اساس اطلاعات موجود تا سال هفتم باطله های استخراجى به انباشتگاه شمالى و از آن به بعد به انباشتگاه جنوبى حمل مى شود. بطور کلى در برآورد ظرفیت حمل ناوگان موجود و برآورد تعداد کامیون مورد نیاز در سالهای مختلف در ابتدا پارامترهای همچون فواصل حمل و مشخصات فنى و هندسى مسیرها در سالهای مختلف، پارامترهای زمانى چرخه باربری شامل: مدتهای مانور و بارگیری، مدت رفت، برگشت، مدت تخلیه، انتظار و تاخیرها متغیر، تقویم کاری در سال، زمانهای قابل دسترس، ساعات فعال و عمر اقتصادی ماشین ها و ظرفیت قابل حمل هر کامیون در هر سیکل و در هر سال در سنگهای مختلف باید مورد بررسى قرار گیرند. 14 میزان سنگ فابلى حملى در سالهاى مختلف میزان سنگى که در سالهای مختلف بارگیری و به سنگ شکن و یا انباشتگاههای باطله حمل مى شود، بر اساس برنامه تولید ارائه شده در جدول 4 در، شده است.
2- محاسبه فواصلى حمل از مبادى به پایانه هاى مختلف
بر اساس برنامه استخراج از معدن در سالهای مختلف است، فواصل حمل در سالهای مختلف محاسبه و در جدول 5 درج شده است.
3- برآورد پارامترهاى زمانى چرخه حملى
از آنجا که پاره ای از زمانهای چرخه حمل از جمله مدت رفت و برگشت وابسته به مشخصات مسیر و مسافت حمل، و مدت بارگیری، انتظار و تاخیرها متغیر وابسته به شرایط محل بارگیری در سالهای مختلف بوده و متغیر است، بنابراین در تمامى حالات استفاده از داده های موجود اعم از داده های زمان سنجى و یا تاریخى جهت تخمین این پارامترها و تعمیم آن به سالهای آتى صحیح نیست. بنابراین در پاره ای موارد شبیه مدت مانور و تخلیه از داده های زمان سنجى شده در معدن بهره گرفته و در بقیه موارد بر اساس روش های متداول، برآورد شده ولى در هر حالت نیز با داده های تاریخى و زمان سنجى مقایسه شده اند.
جدول 4- میزان سنگ قابل حمل در سالهای مختلف (واحد میلیون تن ):
ادامه جدول 4:
جدول 5- برآورد فواصل حمل در سالهای مختلف
ادامه جدول 5:
ادامه جدول 5.
3-1- برآورد مدت رفت و برگشت
سرعت رفت و برگشت بر اساس نمودارهای استاندارد کامیونهای 785 تعیین شده است( جدول6). مقاومت رویه جاده ها (Rolling resistance) برای جاده های خوب نگهداری شده شبیه جاده های اصلى معدن 20 کیلوگرم بر تن معادل 2 درصد شیب جاده و برای درون پله ها و نزدیک سینه کارها 40 کیلوگرم بر تن معادل 4 درصد شیب جاده در نظر گرفته شده است. مدت رفت و برگشت در هر سال از تقسیم فواصل حمل بر سرعت رفت و برگشت محاسبه شده است.
3-2- برآورد مدت بارگیرى، تخلیه و انتظار در شرایط مختلف
بر اساس چرخه بارگیری شاولها در ظرفیت بهینه قابل حمل کامیونها، مدت بارگیری هر کامیون در هر رده سنگ، مطابق جدول 7 برآورد شده است. از آنجا که مدت بارگیری در رد ه های مختلف سنگ باطله، متفاوت بوده لذا برای سنگ باطله با توجه به سهم هر نوع سنگ در تامین تولید سالیانه، متوشط مدت بارگیری در هر سال محاسبه شده است. مدت تخلیه بر اساس زمانسنجى ها انجام شده در سنگ شکن به طور متوسط 19/142 ثانیه و در محل تخلیه باطله 6/53 برآورد شده است. در نهایت در هر سال، متوسط جمع زمان یک سیکل کامل حمل( بارگیری، رفت، تخلیه و برگشت ) محاسبه و از آن تعداد سیکل در ساعت فعال هر کامیون در حالات مختلف بدست آمده است. حاصل این محاسبات در جدول 8 در، شده است.
3-3- برآورد تقویم کار ى سالانه، زمانهاى فابلى دسترس، ساعات فعال
بر اساس نتایچ داده های تاریخى عملکرد کامیونها در معدن و امکان ارتقاء سطح عملکرد هر یک از کامیونها، جدول 3 بدست آمده است. همانطور که در این جدول مشاهده میشود زمان فعال در هفته برای هر کامیون به 103 ساعت در هفته قابل افزایش است. همچنین مطابق این جدول احتمال در دسترس بودن دستگاه در زمانهای برنامه ریزی شده، 94 درصد مى باشد لذا در برآورد های انجام شده و در برآورد تعداد کامیونهای مورد نیاز، ساعات فعال در هفته هر کامیون 103 ساعت و تعداد هفته قابل کار در سال 51 هفته در نظر گرفته شده است. بنابراین ساعات فعال برای هر کامیون در سال معادل 5250 ساعت خواهد بود.
جدول 6- حداکثر سرعت حمل بر حسب کیلومتر بر ساعت در مسیرهای مختلف
جدول7- برآورد مدت بارگیری یک کامیون در شرایط مختلف
جدول 8- برآورد متوسط زمان یک سیکل باربری و تعداد سیکل در هر ساعت
ادامه جدول 8:
ادامه جدول 8.
4- برآورد تعداد کامیون هاى مورد نیاز در هر سال
متوسط ظرفیت قابل حمل هر کامیون در هر سال از رابطه زیر محاسبه قابل است:
(1)
که در این رابطه Qt ظرفیت تولید هر کامیون در سال، Pt متوشط ظرفیت حمل هر کامیون، Ntrip تعداد سرویس حمل در ساعت و Nhour تعداد ساعتهای فعال هر کامیون در سال مى باشد. از تقسیم تولید مورد نیاز به ظرفیت تولید هر کامیون، تعداد کامیونهای مورد نیاز در هر سال محاسبه شده است. نتیجه این محاسبات در جدول 9 در، شده است. افزایش ناگهانى تعداد کامیونها درسال هفتم بدلیل افزایش میزان استخراج برنامه ریزی شده و در نهایت میزان حمل مورد نیاز بوده است.
جدول 9- تعیین ظرفیت تولید هر کامیون و تعداد کامیون لازم در سالهای مختلف
ادامه جدول 9:
5- محاسبه زمان سرمایه گذارى مجدد (Reinvestment) و تعداد مورد نیاز
عمر متوسط کامیونهای بزرگ غیر الکتریکى مشابه کامیونهای موجود، بسته به شرایط کار بین 30000 الى 40000 ساعت در نظر گرفته مى شود. همچنین ساعات کارکرد دستگاههای موجود بر اساس ساعت کارکرد فعلى آنها، بطور متوسط در حال حاضر بالغ بر 17500 ساعت برای هر کامیون مى باشد. بر این اساس در جدول 10، زمان و تعداد سرمایه گذاری مجدد مورد نیاز در دو گزینه در نظر گرفته شده است. در گزینه اول فرض شده است که از 12 کامیون موجود، تعدادی که در هر سال مورد نیاز است، مورد استفاده قرار گرفته و مابقى آنها بصورت ذخیره نگهداری شوند. در این حالت تا سال ششم، 12 کامیون موجود به تدریج وارد کار شده و بنابراین استهلد د و جایگزینى مجدد آنها نیز به تفکیک محاسبه شده است.
در گزینه دوم فرض شده است از همه 12 کامیون موجود از همان ابتدا استفاده شود. در این حالت زمان های ذخیره هر کامیون با توجه به تعداد مورد نیاز آنها در هر سال، افزایش یافته و بعبارتى ساعات کارکرد هر کامیون در سال کاهش مى یابد. با این وجود در این حالت کلیه کامیونهای موجود درپایان سال ششم مستهلک شده و بایستى در سال هفتم به تعداد کامیونهای مورد نیاز آن سال، یعنى 14 کامیون خریداری شود. در این گزینه، تعداد 12 کامیون جدید در سال پانزدهم و یک عدد در سال شانزدهم بایستى خریداری شود که در انتهای سال هفده تنها قسمتى از عمر مفید آنها مستهلک خواهد شد. این موضوع باعث شده که در نهایت، در گزینه دوم سه کامیون بیشتر خریداری شده و سرمایه گذاری کامیونها در سال هفتم و پانزدهم نیز بصورت یکجا صورت پذیرد. ملاحظه مى شود در چگونگى استفاده از کامیون های موجود و تجدید سرمایه گذاری کامیونها، پیروی از سیاستگزاری طبق گزینه 1 به مراتب با صرفه تر است.
نتیجه گیری:
معدن سنگ آهن چادرملو با استفاده از سال 1376 مورد بهره برداری قرار گرفته است. در این معدن 12 کامیون با ظرفیت 135 تن مشغول فعالیت مى باشند که در حال حاضر ساعات قابل توجهى از عمر مفید این کامیونها باقیمانده است. در این مطالعه در ابتدا شرایط فعلى کامیونها از نظر ظرفیت کاری مورد بررسى قرار گرفته است. بدین منظور داده های عملیاتى- تاریخى این ماشین آلات برای یک دوره یک ساله جمع آوری و سپس این اطلاعات پردازش شده است. مطالعات نشان داده است که با افزودن بر ساعات فعال موثر، بهره وری کامیونهای موجود( مشروط به ثابت ماندن سایر شرایط در برهه زمانى تحت بررسى مطابق نتایچ زمان سنجى)80 تا 100 درصد قابل افزایش است. این ارقام حداقل ظرنیت قابل حمل کامیونها در حال حاض و در شرایط تحت بررسى است. این که کدامیک از ارقام فوق در شرایط تحت بررسى قابل حصول باشد به در اختیار داشتن نقدینگى کافى برای خرید به هنگام قطعات یدکى، اعمال مدیریت و سازماندهى و برنامه ریزی دقیق در اجرای انواع تعمیرات مربوطه بستگى دارد.
با توجه به برنامه تولید هفده سال باقیمانده از عمر معدن و بررسى عملکرد آنها در دوره مطالعه، تعداد ماشین آلات باربری در سالهای آتى پیش بینى شده است. به منظور تعیین زمان و تعداد سرمایه گذاری مجدد مورد نیاز، باید از 12 کامیون موجود، تعدادی که در هر سال مورد نیاز است، مورد استفاده قرار گرفته و مابقى آنها بصورت ذخیره نگهداری شوند. در این حالت تا سال ششم، 12 کامیون موجود به تدریج وارد کار شده و بنابراین استهلاک و جایگزینى مجدد آنها نیز به تفکیک محاسبه شده است. محاسبات نشان مى دهد که در طول سالهای آینده باید 24 کامیون دیگر خریداری شود.
منابع:
[1] Samanta B., Sarkar B. and Mukherjee S.K., (2002 ), “Selection of open pit mining equipment by a multi-criteria decision- making process”, Trans. Instn min. metal. (Sect. A: min. Technol.), PP A136-A141.
]2[ ابریشمى، "بررسى زمین شناسی وتوجیه فنى و اقتصادى سنگ آهن چادرملو"، مجتمع معدنى و صنعتى چادرملو.
[3] EBE, “Detail Engineering Services”, Section ?; Volume 1،2،3, Ministry of Mines & Metals (Chador-Malu Iron ore Project M.C.M.P)
]4[ دفتر طراحى معدن سنگ آهن چادرملو،(1381)، "گزارش برنامه تولید هفده سال باقیمانده از عمر معدن" ، مجتمع معدنى و صنعتى چادرملو.
]5[ مهندسین مشاور کانى کاوان شرق،(1381) ، "بررسى ماشین آلات معدنى و تعیین نیازهای فعلی و آتی و ماشین آلات و تجهیزات معدن چادرملو.