Optimizing Stope Boundary and the Undercut Level in Block Cave Mining

نوع مقاله : علمی-پژوهشی انگلیسی

نویسندگان

1 M.Sc Student, Dept. of Mining Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

2 Assistant Professor, Dept. of Mining Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

چکیده

As near-surface mineral resources are being depleted, mining operations are focused on deepening. Rising environmental concerns prefer underground mining methods because their footprint is less than that of surface mining methods. Among the underground mining methods, block caving is a method with low operating costs and comparable production rate to open-pit mines. Mine design and planning optimization is performed to ensure the optimal use of mineral resources with minimal possible extraction costs. Stope boundary optimization is vital in the underground mining planning process, and numerous algorithms have been proposed in that regard. The floating stope algorithm is the most widely used algorithm which is presented for those mining methods where selective mining is possible. This paper tries to apply the floating stope algorithm for stope boundary optimization in the case of block caving. In that regard, a framework is discussed to determine the input parameters of the floating stope algorithm that are suited for block caving including minimum block size, floating ranges, and cutoff grade. These parameters are defined to customize the floating stope algorithm for the block caving method. Then the customized algorithm is applied to optimize the boundary of the underground block caving stope. Then, the corresponding undercut level is determined using the “effective cross-section” heuristic. The procedure is applied in the Songun copper mine. Based on the results, the minable reserve is 617 million tons with an average copper grade of 0.53%.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

بهینه‌سازی محدوده کارگاه و طبقه زیربرش در روش استخراج تخریب بلوکی

نویسندگان [English]

  • محمد شامی قلندری 1
  • مهدی رحمانپور 2
  • سید محمد مهدی میرعابدی 2
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی معدن، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران
2 استادیار، دانشکده مهندسی معدن، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران
چکیده [English]

با اتمام منابع معدنی در نزدیکی سطح زمین، عملیات معدنکاری در اعماق مورد توجه قرار می‌گیرد. نگرانی‌های محیط زیستی در مورد معدنکاری زیرزمینی کمتر از روش‌های استخراج سطحی است، زیرا ردپای معدنکاری زیرزمینی معمولا کمتر از معادن سطحی است. در بین روش‌های استخراج معادن زیرزمینی، روش تخریب بلوکی از نظر نرخ تولید و هزینه‌های تولید قابل مقایسه با روش روباز است. هدف از طراحی و بهینه‌سازی برنامه تولید استفاده بهینه از منابع با کمترین هزینه استخراج است. تعیین محدوده کارگاه در روش‌های زیرزمینی امری ضروری است و الگوریتم‌های متعددی در این خصوص ارایه شده است. الگوریتم کارگاه شناور از پرکاربردترین آنها به شمار می‌رود. این مقاله سعی دارد تا از الگوریتم کارگاه شناور برای تعیین محدوده کارگاه تخریب بلوکی استفاده کند. از این رو، چارچوبی برای تعیین پارامترهای مورد نیاز این الگوریتم متناسب با محدودیت‌های تخریب بلوکی ارایه شده است که شامل حداقل ابعاد کارگاه، نرخ شناوری کارگاه و عیار حد است. این پارامترها به نحوی تعریف شده‌اند که ملزومات روش استخراج تخریب بلوکی را برآورده می‌سازند. پس از اصلاح پارامترهای ورودی، این الگوریتم برای انتخاب محدوده کارگاه در روش استخراج تخریب بلوکی به کار رفته است، سپس از روش ابتکاری مقطع موثر برای تعیین موقعیت طبقه زیربرش استفاده شده است. این روش بر اساس اطلاعات معدن مس سونگون اجرا شده است. طبق نتایج، مقدار ذخیره قابل استخراج در حدود 617 میلیون تن با متوسط عیار 53/0 درصد محاسبه شده است.

کلیدواژه‌ها [English]

  • تخریب بلوکی
  • طبقه زیربرش
  • بهینه‌سازی محدوده کارگاه

مراجع

  1. Kumral, M., and Sari, Y. A. (2020). “Underground mine planning for stope-based methods”. AIP Conference Proceedings, 2245(1): 030014.
  2. Peele, R. (2002). “Block caving geomechanics”. Mining Engineers’ Handbook, 3rd Edition, John Wiley & Sons.
  3. Malaki, S., and Pourrahimian, Y. (2015). “Footprint Calculation for Block-Cave Mining under Grade Uncertainty”. MOL Report six, University of Alberta, Edmonton, Canada, September, Paper 305, 171-188.
  4. Diering, T., Richter, O., and Villa, D. (2008). “Block Cave Production Scheduling Using PCBC”. MassMin 2008, Luleå, Sweden.
  5. Vargas, E., Morales, N., and Emery, X. (2014). “Footprint and economic envelope calculation for block/panel caving mines under geological uncertainty”. In: Proceedings of Caving 2014, Santiago, Chile, 449-456.
  6. Riddle, J. M. (1977). “A dynamic programming solution of a block-caving mine layout”. Proceeding Proceedings of the 14th International Symposium on Application of Computers and Operations Research in the Minerals Industries, Society for Mining, Metallurgy and Exploration.
  7. Cheimanoff, N. M., Deliac, E. P., and Mallet, J. L. (1989). “GEOCAD: an alternative CAD artificial intelligence tool that helps moving from geological resources to mineable reserves”. In: Proceedings of the 21st International APCOM Symposium, SME, Colorado.
  8. Alford, C. (1995). “Optimization in underground mine design”. Proceedings of the 25th International APCOM Symposium, Australasian Institute of Mining and Metallurgy, Melbourne, 213-218.
  9. Davis, B. M., and Morrison, J. (1998). “Enhanced underground design through optimization and risk assessment”. Applications for Computers and Operations Research in the Minerals Industries (APCOM), 99: 503-510.
  10. Erdogan, G., Cigla, M., Topal, E., and Yavuz, M. (2017). “Implementation and comparison of four stope boundary optimization algorithms in an existing underground mine”. International Journal of Mining, Reclamation and Environment, 31(6): 389-403. DOI: 10.1080/17480930.2017.1331083.
  11. Shenavar, M., Ataee-pour, M., and Rahmanpour, M. (2021). “Evaluation of underground mineable reserve in presence of grade and commodity price uncertainties”. Journal of Mining and Environment (JME), 12(2): 385-396. DOI: 10.22044/jme.2021.10301.1974.
  12. Cawse, I. (2007). “Multiple pass floating stope process, held in Strategic Mine Planning Conference”. Perth, Australia, 87-94.
  13. Ataee-Pour, M. (2000). “A heuristic algorithm to optimize stope boundaries”. PhD Thesis, Faculty of Engineering, University of Wollongong, New South Wales.
  14. Grieco, N., and Dimitrakopoulos, R. (2007). “Managing grade risk in stope design optimization: probabilistic mathematical programming model and application in sublevel stoping”. Transactions of the Institute of Mining and Metallurgy, Mining Technology, 116(2): 49-57.
  15. Topal, E., and Sens, J. (2010). “A new algorithm for stope boundary optimization”. Journal of Coal Science & Engineering, 16(2): 113-119.
  16. Sandanayake, D. S. S., Topal, E., and Asad, M. W. A. (2015). “Designing an optimal stope layout for underground mining based on a heuristic algorithm”. Applied Soft Computing, 30: 595-603.
  17. Villalba Matamoros, M. E., and Kumral, M. (2018). “Underground mine planning: stope layout optimisation under grade uncertainty using genetic algorithms”. International Journal of Mining, Reclamation and Environment, 33(5): 353-370.
  18. Jalali, S. E., Ataee-pour, M., Shahriar, K., and Elahi Zeini, E. (2007). “A Computer Program to Optimise Stope Boundaries Using OLIPS Algorithm”. Journal of Iranian Society of Mining Engineering, 2: 7-14.
  19. Jalali, S. E., and Ataee-pour, M. (2004). “A 2D Dynamic Programming Algorithm to Optimise Stope Boundaries”. Thirteenth of Mine Planning and Equipment Selection, MPES’04, Rotterdam.
  20. Hou, J., Xu, C. H., Alan Dowd, P., and Li, G. (2019). “Integrated optimisation of stope boundary and access layout for underground mining operations”. Transactions of the Institutions of Mining and Metallurgy, Mining Technology, 128(4): 193-205.
  21. Foroughia, S., Khademi Hamidia, J., Monjezia, M., and Nehring, M. (2019). “The integrated optimization of underground stope layout designing and production scheduling incorporating a non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II)”. Resources Policy, 63: 101408.
  22. Nikbin, V., Ataee-Pour, M., Shahriar, K., and Pourrahimian, Y. (2020). “A 3D approximate hybrid algorithm for stope boundary optimization”. Computers & Operations Research, 115: 104475.
  23. Vann, J., and Guibal, D. (1998). “Beyond Ordinary Kriging–An overview of non-linear estimation”. Proceedings of a One Day Symposium: Beyond Ordinary Kriging.
  24. Laubscher, D. H. (2011). “Cave Mining”. SME Mining Engineering Handbook Edited by Darling, Society for Mining, Metallurgy, and Exploration (SME), 3rd Edition, Chapter 13.7: 1385-1397.
  25. Chiles, J. P., and Delfiner, P. (2009). “Geostatistics: modeling spatial uncertainty”. John Wiley & Sons.
  26. Bullock, R., and Hustrulid, W. (2001). “Planning the Underground Mine on the Basis of Mining Method”. Underground Mining Methods, Engineering Fundamentals and International Case Studies, Edited by Hustrulid, W. A., and Bullock, R. L., Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, Inc. (SME), 29-48.
  27. Laubscher, D. H. (1994). “Cave mining-the state of the art”. The Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy, 94: 279-293.
  28. Laubscher, D. H., and Jakubec, J. (2001). “The MRMR rock mass classification for jointed rock masses”. Underground Mining Methods: Engineering Fundamentals and International Case Studies, SME, 475-481.
  29. O’hara, T. A., and Suboleski, S. C. (1992). “Costs and cost estimation”. SME Mining Engineering Handbook 2nd Edition, Editor Howard L. Hartman, Society for Mining, Metallurgy, and Exploration(SME), Chapter 6.3: 405-424.
  30. Mohr, P. (2008). “Technical report for the SUNGUN COPPER PROJECT MINING GEOTECHNIC AND SLOPE DESIGN STUDIES”. NI 43-101 Report, SRK Consultin Project Number U2376.
  31. Manca, L., and Flores, G. (2013). “Modern Planning Practices for Cave Mining”. Proceedings of MinePlanning 2013, 3rd International Seminar on Mine Planning, GECAMIN, Santiago, Chapter 3.
  32. Cuello, D., and Newcombe, G. (2018). “Key geotechnical knowledge and practical mine planning guidelines in deep, high-stress, hard rock conditions for block and panel cave mining”. In: Potvin, Y., and Jakubec, J. (Eds.), Caving 2018: Proceedings of the Fourth International Symposium on Block and Sublevel Caving, Australian Centre for Geomechanics, Perth, 17-36.
  33. Paredes, P., Popa, I. L., Kline, P. R., and Sykes, M. J. (2020). “Undercutless caving at Newcrest: towards the next generation of cave mining”. In: Castro, R., Báez, F., and Suzuki, K. (Eds.), MassMin 2020: Proceedings of the Eighth International Conference & Exhibition on Mass Mining, University of Chile, Santiago, 166-181.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 09 آبان 1400
  • تاریخ بازنگری: 21 شهریور 1401
  • تاریخ پذیرش: 10 خرداد 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار