235 research outputs found

    Applications of simulation and optimization techniques in optimizing room and pillar mining systems

    Get PDF
    The goal of this research was to apply simulation and optimization techniques in solving mine design and production sequencing problems in room and pillar mines (R&P). The specific objectives were to: (1) apply Discrete Event Simulation (DES) to determine the optimal width of coal R&P panels under specific mining conditions; (2) investigate if the shuttle car fleet size used to mine a particular panel width is optimal in different segments of the panel; (3) test the hypothesis that binary integer linear programming (BILP) can be used to account for mining risk in R&P long range mine production sequencing; and (4) test the hypothesis that heuristic pre-processing can be used to increase the computational efficiency of branch and cut solutions to the BILP problem of R&P mine sequencing. A DES model of an existing R&P mine was built, that is capable of evaluating the effect of variable panel width on the unit cost and productivity of the mining system. For the system and operating conditions evaluated, the result showed that a 17-entry panel is optimal. The result also showed that, for the 17-entry panel studied, four shuttle cars per continuous miner is optimal for 80% of the defined mining segments with three shuttle cars optimal for the other 20%. The research successfully incorporated risk management into the R&P production sequencing problem, modeling the problem as BILP with block aggregation to minimize computational complexity. Three pre-processing algorithms based on generating problem-specific cutting planes were developed and used to investigate whether heuristic pre-processing can increase computational efficiency. Although, in some instances, the implemented pre-processing algorithms improved computational efficiency, the overall computational times were higher due to the high cost of generating the cutting planes --Abstract, page iii

    Integrated short and medium term underground mine production scheduling

    Get PDF
    The development of short- and medium-term mine production schedules in isolation from each other has meant that only a local optimum can be achieved when each scheduling phase is carried out. The globally optimal solution, however, can be achieved when integrating scheduling phases and accounting for the interaction between short-term and medium-term activities simultaneously. This paper addresses the task of integrating short- and medium term production plans by combining the short-term objective of minimizing deviation from targeted mill feed grade with the medium-term objective of maximizing net present value (NPV) into a single mathematical optimization model. A conceptual sublevel stoping operation comprising 30 stopes is used for trialling segregated and integrated scheduling approaches. Segregated medium- and short-term scheduling using separate models achieved an NPV of 42654456.ThefinalschedulingapproachinvolvedintegratingthetwoschedulinghorizonsusingthenewlydevelopedgloballyoptimalintegratedproductionschedulingmodeltoachieveanNPVof42 654 456. The final scheduling approach involved integrating the two scheduling horizons using the newly-developed globally optimal integrated production scheduling model to achieve an NPV of 42 823 657 with smoother mill feed grade. The larger the stope data set, the larger the difference between the two scheduling approaches is likely to be. At the very least, an integrated approach ensures feasibility across the two scheduling horizons, which cannot always be assumed when using a segregated approach

    State support of stability in Coal-Donbas regions

    Get PDF
    Purpose. To develop a new approach to feasibility assessment mechanism of supporting production facilities of loss-making mines in Donetsk and Dnipropetrovsk regions. Methods. To solve the objective set, a complex approach was used including as-sessment of enterprise investment attractiveness, determination of production potential, definition of the ability to switch to a break-even mode. The process for planning ways to save the industrial potential of coal-mining regions may be considered as the reflection of multidimensional space (initial and design values) into the one-dimensional (amount of investment money). Findings. It has been established that on the stage of building a model for managing mine unprofitability decrease processes, it is necessary to overview 8-10 factorial features, which may determine the formation of economic potential, taking into consideration peculiarities of remaining deposit bedding and their quality, as integral assessment of mine potential in terms of (state and non-state) investment perception. The objective set comes down to selection of the mini-mum number of factors, which would the most adequately reflect the mine internal potential expressed by economic value added – as a consequence of interaction of factors of coal mine economic activities in specific mining, geological and technological conditions. Originality. The academic novelty is that as a complex component of the state of the loss-making mine, it is reasonable to use an indicator of economic reliability, which synthesizes the capacity of links, economic level of technical and economic indicators and the amount of remaining deposits. The latter determine the residual life of the mine, physical content of the proposed indicators is not identical, and it is this fact, which allows for their joint use to obtain a more complete estimate than when using any single indicator. Practical implications. Practical significance includes actual assessment of the state of Donbass coal enterprises and determination of marginal break-even indicators, which allowed for the formation of recommendations for attracting financial resources

    Organization of production activities of a regional coal-mining complex

    Get PDF
    Objective is to propose a new approach to investment allocation in the group of coal-mining enterprises. Methods. To solve the specified objective, a complex approach has been applied including assessment of enterprise investment attractiveness, determination of production potential, and definition of the possibility to switch to a break-even mode. The process of planning the ways to save industrial potential of coal-mining regions may be considered as the representation of multidimensional space (initial and design values) in terms of the one-dimensional (amount of investment money) one. Findings. It has been established that the stage dealing with the development of a model for managing processes for mine unprofitability reduction should involve consideration of 8-10 factorial features, which may determine the formation of economic potential, taking into account peculiarities of the remaining deposits and their quality, as the integral assessment of mine potential in terms of both state and non-state investments. The formulated objective means selection of the minimum number of factors, which would reflect in the most adequate way the internal potential of a mine expressed by economic added value – as a consequence of interaction of factors of coal mine economic activities in specific mining, geological, and technological conditions. Originality of the research is in the fact that it is expedient to use an indicator of economic reliability, which synthesizes the capacity of links, economic level of technical and economic indicators, and the amount of remaining deposits, as a complex component of the level of an unprofitable mine. The mentioned indicators determine the residual life of the mine. Their physical content is not identical; and it is the fact that helps (in terms of their joint use) obtain more complete estimate than when using any single indicator. Practical implications. Practical significance includes actual assessment of the state of Donbas coal enterprises and determination of marginal break-even indicators, which has made it possible to elaborate recommendations for attracting financial resources

    Оцінка і вибір параметрів при розробці родовищ корисних копалин

    No full text
    Мета. Розробити новий підхід щодо ефективного освоєння родовищ корисних копалин шляхом створення технології оптимального проектування. Методика. Для моделювання процесу освоєння родовищ корисних копалин запропоновано модель динамічного програмування, яка дозволяє розробити стратегії оптимального процесу проектування, освоєння, експлуатації. Для прийняття рішень на стадії оцінки параметрів застосовано декомпозиційний підхід. Для прийняття рішень запропоновано алгоритми та методи динамічного програмування. Результати. Наведено новий підхід щодо оцінки та вибору параметрів, характерною особливістю якого є те, що сама корисна копалина розглядається не «як кінцевий продукт», який слід видобути, а лише, як проміжна ланка в структурі генерації енергії, виплавки металу та ін. Це дозволяє розглядати процес експлуатації через зміну стану запасів, що в свою чергу формує стратегію освоєння. Стратегія освоєння передбачає побудову сценаріїв (економічних, екологічних) в рамках, яких вирішується «вузька» задача, пов’язана із організацією робіт, оптимізацією собівартості та ін. Наукова новизна. Вперше описано механізм формування ефективності освоєння родовища, який передбачає ієрархічну структуру, в основі якої категорія «якість», яка в свою чергу формує стратегії; стратегії формують сценарії, а сценарії містять параметри; оптимізація кожного параметру передбачає оцінку пріоритетних керуючих факторів. Вперше запропоновано алгоритм оптимального проектування освоєння родовища корисних копалин, який передбачає визначення об’єму виробництва, мінімізацію ризиків, визначення параметрів, які відповідають критерію оптимальності та їх подальшу оптимізацію. Практична значимість. Вперше запропоновано методики і результати досліджень по оптимальному проектуванню параметрів експлуатації родовищ цінних корисних копалини України, які є основою методології рішення складних завдань оптимізації параметрів гірничо-збагачувального підприємства та відповідають сучасному рівню інформаційних технологій.Цель. Разработать новый подход к эффективному освоению месторождений полезных ископаемых путем создания технологии оптимального проектирования. Методика. Для моделирования процесса освоения месторождений полезных ископаемых предложена модель динамического программирования, которая позволяет разработать стратегии оптимального процесса проектирования, освоения, эксплуатации. Для принятия решений на стадии оценки параметров применено декомпозиционный подход. Для принятия решений предложены алгоритмы и методы динамического программирования. Результаты. Приведен новый подход к оценке и выбору параметров, характерной особенностью которого является то, что само полезное ископаемое рассматривается не «как конечный продукт», который следует извлечь, а только, как промежуточное звено в структуре генерации энергии, выплавки металла и др. Это позволяет рассматривать процесс эксплуатации через изменениее состояния запасов, что в свою очередь формирует стратегию освоения. Стратегия освоения предусматривает построение сценариев (экономических, экологических) в рамках, которых решается «узкая» задача, связанная с организацией работ, оптимизацией себестоимости и др. Научная новизна. Впервые описан механизм формирования эффективности освоения месторождения, предусматривающий иерархическую структуру, в основе которой категория «качество», которая в свою очередь формирует стратегии; стратегии формируют сценарии, а сценарии содержат параметры; оптимизация каждого параметра предполагает оценку приоритетных управляющих факторов. Впервые предложен алгоритм оптимального проектирования освоения месторождения полезных ископаемых, который предусматривает определение объема производства, минимизации рисков, определение параметров, которые соответствуют критерию оптимальности и их дальнейшую оптимизацию. Практическая значимость. Впервые предложены методики и результаты исследований по оптимальному проектированию параметров эксплуатации месторождений ценных полезных ископаемых Украины, которые являются основой методологии решения сложных задач оптимизации параметров горно-обогатительного предприятия и соответствуют современному уровню информационных технологий.Purpose. To develop a new approach to the effective development of mineral deposits by creating optimal design technology. Methodology. To model the process of developing mineral deposits, a dynamic programming model is proposed that allows you to develop strategies for the optimal process of designing, developing, operating. To make decisions at the stage of parameter estimation, a decomposition approach is applied. For decision making, algorithms and methods of dynamic programming are proposed. Findings. A new approach to the estimation and selection of parameters is presented, a characteristic feature of which is that the mineral itself is not considered “as a final product” that should be extracted, but only as an intermediate link in the structure of energy generation, metal smelting, etc. This allows us to consider operation process due to changes in stock status, which in turn forms a development strategy. The development strategy provides for the construction of scenarios (economic, environmental) within the framework of which a "narrow" task is solved related to the organization of work, cost optimization, etc. Originality. For the first time, a mechanism is described for shaping the efficiency of field development, which provides for a hierarchical structure based on the category of “quality”, which in turn forms strategies; strategies form scenarios, and scenarios contain parameters; optimization of each parameter involves the assessment of priority control factors. For the first time, an algorithm has been proposed for the optimal design of development of a mineral deposit, which involves determining the volume of production, minimizing risks, determining parameters that meet the optimality criterion and their further optimization. Practical implications. For the first time, methods and results of studies on the optimal design of the exploitation parameters of deposits of valuable minerals of Ukraine are proposed, which are the basis of the methodology for solving complex problems of optimizing the parameters of a mining and processing enterprise and correspond to the modern level of information technology

    Державна підтримка стабільності у вуглепромислових регіонах Донбасу

    No full text
    Мета. Запропонувати новий підхід щодо механізму оцінки доцільності підтримки виробничих потужностей збиткових шахт Донецької та Дніпропетровської областей. Методика. Для вирішення поставленої проблеми застосовано комплексний підхід, який включає оцінку інвестиційної привабливості підприємства, визначення виробничого потенціалу, визначення можливості переходу на беззбитковий режим. Процес планування шляхів збереження промислового потенціалу вуглепромислових регіонів може розглядатися як відображення багатовимірного простору (початкових і проектних величин) в одновимірний (суму інвестиційних коштів). Результати. Встановлено, що на стадії побудови моделі управління процесами зниження збитковості шахти необхідно розглянути 8–10 факторних ознак, які можуть визначати формування економічного потенціалу з урахуванням особливостей залягання запасів, що залишилися та їх якості, як інтегральної оцінки потенціалу шахти в частині сприйняття інвестицій (державних та недержавних). Поставлена задача зводиться до відбору найменшого числа факторів, які б найбільш адекватно відображали внутрішній потенціал шахти у виразі економічної доданої вартості – як наслідок взаємодії факторів економічної діяльності вугільної шахти в конкретних гірничо-геологічних і технологічних умовах. Наукова новизна полягає в тому, що в якості комплексної складової рівня стану збиткової шахти доцільно використати показник економічної надійності, який синтезує пропускну здатність ланок, економічний рівень техніко-економічних показників і обсяг запасів, що залишилися. Останні визначають залишковий термін служби шахти, фізичний зміст запропонованих показників неоднаковий, і саме ця обставина дозволяє при їх спільному використанні отримати більш повну, ніж при використанні якого-небудь одного показника, оцінку. Практична значимість полягає у проведенні фактичної оцінки стану вугільних підприємств Донбасу та визначенні граничних показників беззбитковості, що дозволило сформувати рекомендації по залученню об’ємів фінансових ресурсів.Цель. Предложить новый подход к распределению инвестиций в группе предприятий по добыче угля. Методы. Для решения поставленной проблемы применен комплексный подход, включающий оценку инвестиционной привлекательности предприятия, определение производственного потенциала, определения возможности перехода на безубыточный режим. Процесс планирования путей сохранения промышленного потенциала углепромышленных регионов может рассматриваться как отражение многомерного пространства (начальных и проектных величин) в одномерный (сумму инвестиционных средств). Результаты. Установлено, что на стадии построения модели управления процессами снижения убыточности шахты необходимо рассмотреть 8-10 факторных признаков, которые могут определять формирование экономического потенциала с учетом особенностей залегания запасов, оставшихся и их качества, как интегральной оценки потенциала шахты в части восприятия инвестиций (государственных и негосударственных). Поставленная задача сводится к отбору наименьшего числа факторов, которые наиболее адекватно отражают внутренний потенциал шахты в выражении экономической добавленной стоимости – как следствие взаимодействия факторов экономической деятельности угольной шахты в конкретных горно-геологических и технологических условиях. Научная новизна заключается в том, что в качестве комплексной составляющей уровня состояния убыточной шахты целесообразно использовать показатель экономической надежности, который синтезирует пропускную способность звеньев, экономический уровень технико-экономических показателей и объем оставшихся запасов. Последние определяют остаточный срок службы шахты, физический смысл предложенных показателей неодинаков, и именно это обстоятельство позволяет при их совместном использовании получить более полную, чем при использовании какого-либо одного показателя, оценку. Практическая значимость заключается в проведении фактической оценки состояния угольных предприятий Донбасса и определении предельных показателей безубыточности, что позволило сформировать рекомендации по привлечению объемов финансовых ресурсов.Purpose. To develop a new approach to feasibility assessment mechanism of supporting production facilities of loss-making mines in Donetsk and Dnipropetrovsk regions. Methods. To solve the objective set, a complex approach was used including assessment of enterprise investment attractiveness, determination of production potential, definition of the ability to switch to a break-even mode. The process for planning ways to save the industrial potential of coal-mining regions may be considered as the reflection of multidimensional space (initial and design values) into the one-dimensional (amount of investment money). Findings. It has been established that on the stage of building a model for managing mine unprofitability decrease processes, it is necessary to overview 8-10 factorial features, which may determine the formation of economic potential, taking into consideration peculiarities of remaining deposit bedding and their quality, as integral assessment of mine potential in terms of (state and non-state) investment perception. The objective set comes down to selection of the minimum number of factors, which would the most adequately reflect the mine internal potential expressed by economic value added – as a consequence of interaction of factors of coal mine economic activities in specific mining, geological and technological conditions. Originality. The academic novelty is that as a complex component of the state of the loss-making mine, it is reasonable to use an indicator of economic reliability, which synthesizes the capacity of links, economic level of technical and economic indicators and the amount of remaining deposits. The latter determine the residual life of the mine, physical content of the proposed indicators is not identical, and it is this fact, which allows for their joint use to obtain a more complete estimate than when using any single indicator. Practical implications. Practical significance includes actual assessment of the state of Donbass coal enterprises and determination of marginal break-even indicators, which allowed for the formation of recommendations for attracting financial resources

    Integer linear programs and heuristic solution approaches for different planning levels in underground mining

    Get PDF
    Natürlich vorkommende Mineralien werden seit Tausenden von Jahren aus der Erde gefördert. Im Bergbau wird Operations Research (OR) hauptsächlich angewendet, um die Materialgewinnung zu vereinfachen und die Ressourcen für die Gewinnung effizienter zuzuordnen. Optimierungsprobleme im Bergbau werden üblicherweise nach ihrem Planungshorizont eingeordnet. Dabei werden Layout- und Designprobleme auf strategischer, Produktions- und Planungsprobleme auf taktischer und Ressourcenzuordnungsprobleme auf operativer Planungsebene behandelt. In dieser kumulativen Dissertation betrachten wir eine der größten deutschen Kalibergwerke und befassen uns mit drei Optimierungsproblemen auf drei verschiedenen Planungsebenen. Zunächst betrachten wir eine sogenannte „Gewinnungsprogrammplanung“ für einen Planungshorizont von einem Monat auf taktischer Planungsebene. Die betrachtete qualitätsorientierte Zielfunktion zielt auf eine gleichmäßige Kalisalzgewinnung hinsichtlich des beinhalteten Kaliums ab. Da die Menge der Gesamtförderung a priori unbekannt ist, kann die in der Gesamtförderung enthaltene Kaliummenge mithilfe nicht-linearer Nebenbedingungen in der mathematischen Formulierung bestimmt werden. Die Herausforderung besteht in der Linearisierung der entsprechenden Nebenbedingungen, damit ein gemischt ganzzahliges lineares Programm eingeführt werden kann. Darüber hinaus schlagen wir eine Heuristik vor, welche mindestens eine zulässige Lösung für realitätsnahe Probleminstanzen innerhalb eines angemessenen Zeitraums findet. Die Performanceanalyse an 100 zufällig generierten Probleminstanzen zeigt, dass eine subtile Kombination des vorgeschlagenen mathematischen Programms mit der eingeführten Heuristik nahezu optimale Lösungen für praxisrelevante Probleme findet. Als Nächstes betrachten wir eine „Grobplanung des Maschineneinsatzes“ innerhalb eines Planungshorizonts von einer Woche, welche zwischen der taktischen und der operativen Planungsebene eingeordnet werden kann und untersucht, ob die Ergebnisse der Gewinnungsprogrammplanung für die erste Woche des folgenden Monats umgesetzt werden können. Hierzu wird ein Maschinenplanungsproblem zur Minimierung des maximalen Fertigstellungszeitpunkts berücksichtigt. Wir stellen ein gemischt ganzzahliges lineares Programm vor, welches bestimmte Umstände in einem untertägigen Bergwerk wie die Wiederholung der Erstfreigabe berücksichtigt. Die größte Herausforderung besteht darin, einen Lösungsansatz zu entwickeln, der nahezu optimale Lösungen für große Probleminstanzen findet. Also wird eine Heuristik vorgeschlagen, der absichtliche Verzögerungen von Jobs vor Bearbeitungsstufen einbezieht, d. h. sogenannte aktive Pläne erzeugt. Die Performanceanalyse zeigt, dass kleine Probleminstanzen mit CPLEX optimal gelöst werden können. Bei größeren Instanzen liefert die vorgeschlagene Heuristik die besten Ergebnisse. Schließlich wird auf der operativen Planungsebene eine „Feinplanung des Maschinen- und Personaleinsatzes“ berücksichtigt. Das betrachtete Problem verfolgt einen gleichmäßigen Fortschritt im untertägigen Bergwerk innerhalb einer Arbeitsschicht. Um realistische Lösungen zu erstellen, müssen verschiedene Arten von Rüstzeiten in Betracht gezogen werden, die abhängig von der Bearbeitungsreihenfolge der Operationen an Maschinen und Arbeitern entstehen. Die größte Herausforderung besteht darin, die spezifischen Umstände einer Arbeitsschicht mathematisch darzustellen, z. B. die Berücksichtigung der Pausen der Mitarbeiter für eine eventuelle Verzögerung der Bearbeitungszeit, das Bestimmen des bearbeiteten Prozentsatzes eines Jobs während einer Arbeitsschicht, die Berechnung der Entfernungs- und Umrüstzeiten usw. Wir stellen eine Heuristik vor, die aus zwei Schritten besteht. Im ersten Schritt wird eine Relaxation des Problems unter Einhaltung einen Teil der genannten Nebenbedingungen gelöst. Die gefundene, typischerweise unzulässige Lösung wird im zweiten Schritt durch Einfügen der vernachlässigten Zeiten repariert. Die Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Heuristik für 70 Prozent der realitätsnahen Probleminstanzen eine bessere Lösung als eine bestehende Heuristik finden kann. Anschließend formulieren wir ein neues, kompaktes, gemischt ganzzahliges lineares Programm, das mithilfe von TSP-Variablen alle Problemspezifikationen berücksichtigt. Wir zeigen, dass das vorgeschlagene gemischt ganzzahlige lineare Programm die vorgeschlagene zweistufige Heuristik erheblich übertrifft.Humans have been extracting naturally occurring minerals from the earth for thousands of years. In mining, operations research (OR) has been mainly used to help the mine planners decide how the material can be extracted and what to do with the material removed, what kind of resources to use for the extraction, and how to allocate the resources. It is very widespread to classify decision problems according to their time horizons, where 1. layout and design problems, 2. production and scheduling problems, and 3. operational equipment allocation problems are considered on strategic, tactical, and operational planning levels, respectively. In this cumulative dissertation thesis, we consider one of the biggest German potash mines and address three optimization problems on three different planning levels. First, we consider a so-called “extraction program planning” for a time horizon of one month on the tactical planning level. The related quality-oriented objective function aims at an even extraction of potash regarding the potassium content. For mathematically formulating the objective function, the amount of potassium contained in the output must be determined. Since the amount of total output is a priori unknown, the potassium amount can be determined primarily using non-linear constraints. The principal challenge is the linearization of the corresponding constraints to introduce a mixedinteger linear program with a quality-related objective function. We also propose a heuristic solution procedure that finds for realistically-sized problem instances at least one feasible solution within a reasonable amount of time. The performance analysis conducted on 100 randomly generated problem instances shows that a sophisticated combination of the proposed mixed-integer linear program and the introduced heuristic approach finds high-quality, near-optimal solutions for practice-relevant problems. Next, we deal with a “preliminary (conceptual) planning of machines” within a time horizon of one week. That problem can be classified between the tactical and operational planning levels and investigates whether the results of the extraction program planning can be implemented for the first week of the following month. For this purpose, a machine scheduling problem to minimize the makespan is taking into account. We propose a mixed-integer linear program considering particular circumstances in an underground mine, e.g., reentry. The main challenge is to provide a solution approach that can find near-optimal solutions for large-sized problem instances. For this purpose, we suggest a heuristic approach considering conscious delays of jobs in front of production stages, i.e., active scheduling is applied. The performance analysis shows that small problem instances can be optimally solved with CPLEX-solver. For larger problem instances, the best performance is achieved by the suggested advanced multi-start heuristic. Finally, a “detailed shift planning” considering a simultaneous assignment of machines and workers is taken into account on the operational planning level. That problem pursues an even progress in the underground mine within a work shift. During a work shift, in addition to a machine scheduling problem, a personnel allocation problem must be considered. Moreover, to provide realistic solutions, different kinds of setup times must be observed, depending on the processing sequence of the operations on machines and workers. The major challenge is to express the specific circumstances of a work shift mathematically, e.g., considering workers' breaks for a possible delay in the processing time of a job, determining the processed percentage of a job during a work shift, observing removal and changeover times, etc. A part of real constraints is formulated in a relaxed program as part of a heuristic solution approach. The proposed heuristic procedure consists of two steps. In the first step, a relaxed program neglecting some setup times is solved, and the typically unfeasible solution achieved is repaired in the second step by inserting the neglected times. The results show that the proposed heuristic can find for 70 percent of the realistic problem instances a better solution than an existing heuristic approach. Subsequently, we introduce a new, compact mixed-integer linear program using TSPvariables considering all the problem specifications. We show that the proposed mixed-integer linear program outperforms the proposed two-stage heuristic considerably

    An overview of decision table literature 1982-1995.

    Get PDF
    This report gives an overview of the literature on decision tables over the past 15 years. As much as possible, for each reference, an author supplied abstract, a number of keywords and a classification are provided. In some cases own comments are added. The purpose of these comments is to show where, how and why decision tables are used. The literature is classified according to application area, theoretical versus practical character, year of publication, country or origin (not necessarily country of publication) and the language of the document. After a description of the scope of the interview, classification results and the classification by topic are presented. The main body of the paper is the ordered list of publications with abstract, classification and comments.
    corecore