FLOW SHEET DESIGN Planungsinstrument für innovativen ... · 1 Einführung – Planung im Bergbau Fl Sh tD i idi B b id R l id B ih Anwendung von Flow Sheet Design im Bergbau Flow

FLOW SHEET DESIGNPlanungsinstrument für innovativen Bergbaug gam Beispiel der Auswahl eines AbbauverfahrensLagerstätte Schönbrunn / Bösenbrunn

Vortragender: Prof. Dr.-Ing. Helmut Mischo, Pr. Eng.Autoren: Helmut Mischo, Anne Dietze, Egon FahningProfessur für Rohstoffabbau und Spezialverfahren unter TageInstitut für Bergbau und Spezialtiefbau, TU BAF

FLOW SHEET DESIGN – Planungsinstrument für innovativen Bergbau

GLIEDERUNG

1) Flow Sheet Design im Bergbau

GLIEDERUNG

2) Planung im Bergbau

3) Gegenstand der Planung im Bergbau unter Tage

4) Flow Sheet Design

Grundlagen und Beispiel – LS Schönbrunn/Bösenbrunn

Entscheidungshilfe-Diagramm ABV

Prüfkriteriums-Diagramm ABV

5) Fazit und Ausblick

2TU Bergakademie Freiberg | Institut für Bergbau und Spezialtiefbau | Professur für Rohstoffabbau und Spezialverfahren unter Tage | Fuchsmühlenweg 9 | Tel.-Nr.: 03731 / 39-2060 | www.tu-freiberg.de | Vortragender: Prof. Dr.-Ing. H. Mischo , Pr. Eng. | 20. Juni 2014

1 Einführung – Planung im Bergbau

Fl Sh t D i i d i B b i d R l i d B i h

Anwendung von Flow Sheet Design im Bergbau

Flow Sheet Design wird im Bergbau in der Regel nur in den Bereichen• Aufbereitung• FörderungFörderung• Organisationsstrukturen• Genehmigungsprozesse• Arbeitsabläufe und• Wettertechnik (eingeschränkt)D t ll P blä f i t tzur Darstellung vonProzessabläufen eingesetzt.

Die Nutzung in der bergmännischen Planung und im bergmännischenDie Nutzung in der bergmännischen Planung und im bergmännischen Produktionsprozess bietet darüber hinaus ein weites Spektrum für zukünftige Einsätze


2 Planung im Bergbau

Pl

Planung allgemein

Planung= gedankliche Vorwegnahme zukünftigen Handelns*

*Betriebswirtschaft/Volkswirtschaft von Georg Erdmann, Harald Popp, Michael Tolksdorf

„Unter Planung versteht man systematisches Vorgehen zur Entwicklung von„Unter Planung versteht man systematisches Vorgehen zur Entwicklung von Handlungszielen und -abfolgen über einen längeren Zeitraum.“ (Fürst 2002/2003)

„Allgemein kann Planung definiert werden als die gedankliche Vorwegnahme eines zielgerichteten Handelns. Mit bestimmten (=vorab festgelegten) Instrumenten/Maßnahmen (=Mitteln) soll so auf die Umwelt ( Pl t d) i i kt d ( i t ) d i(=Planungsgegenstand) eingewirkt werden (=sie so zu steuern), dass in Zukunft ein vorab definierter/gewünschter Zustand erreicht wird.“(Jessel 1998 in Hanisch 2003)



Zi l d Pl

Planung allgemein

Ziel der Planung:Erarbeitung der optimalen Lösung für eine Aufgabe im Interesse des Unternehmens.

Ergebnis = PLAN zeitlich geordnete Menge von Daten; in schriftliche Form gebrachte zeitlich geordnete Menge von Daten; in schriftliche Form gebrachte

Vorstellung von Modalitäten, wie ein erstrebenswertes Ziel erreicht werden kann

Methodik: S h h lt ti H dl i fü ö li h Sit tiSuche nach alternativen Handlungsweisen für mögliche Situationen genau dieser Punkt ist abbildbar in Fließschemata (engl. Flow Sheet)



U f

Umfang und Aufgaben der Planung

Umfang: • technische Planung• organisatorische Planung• zeitliche Planung• wirtschaftliche Planung

Aufgaben:• Planungen für Lagerstättensuche und -erkundung• Planungen für ein neues Bergwerk• Planungen für bestehende Bergwerke

(Erweiterung, Zusammenschluss, Stilllegung etc.)



Zi l

Ziele und Kriterien der Planung

Ziele: • Sicherheit (von Personal, Betrieb und Öffentlichkeit)• Umweltschutz• Flexibilität• wirtschaftliche Rohstoffgewinnung

Kriterien:• Raum• Zeit• Funktion



• Lagerstättengebundenheit (Standort)

Besonderheiten der Planung im Bergbau• Lagerstättengebundenheit (Standort)• Lagerstättenverzehr• dynamische Betriebsweise (kontinuierliche Standortveränderung)• begrenzter Erkenntnisstand aus der Erkundung• begrenzter Erkenntnisstand aus der Erkundung• hoher Anteil arbeitssicherheitlicher Maßnahmen• Umwelteinflüsse (Bodensenkungen, Havarien etc.)• Rekultivierung• Rekultivierung• spezielle Gesetzgebung• bergbauspezifische Technik (hoher Investitionsaufwand)• hoher Flächenbedarf• hoher Flächenbedarf• Akzeptanz der Bevölkerung• kapitalintensive Vorleistungen• lang anhaltende Nachleistungen• lang anhaltende Nachleistungen• große Bedeutung des Umweltschutzes• lange Planungs- und Genehmigungszeiträume



t ä li h G b h it (Kli T fi )

Rahmenbedingungen

• naturräumliche Gegebenheiten (Klima, Topografie…)• Infrastruktur/Bebauung• Arbeitskräfte (Verfügbarkeit, Lohnniveau…)• Empfindlichkeit gegen Eingriffe in die Umwelt/Umweltschutz

(verschiedene Anforderungen der Länder an Kontrollen)• konkurrierende Ansprüche an den Naturraumkonkurrierende Ansprüche an den Naturraum• rechtliche Gegebenheiten• fiskalische, finanzielle und rohstoff-/wirtschaftspolitische

GegebenheitenGegebenheiten


3 Gegenstand der Planung im Bergbau unter Tage

Planungsgegenstand

Geologische Planung• Qualitätsplanung• Lagerstättenmodellierungg g• geologische Strukturen, Mächtigkeiten• Vorrat, Volumina, Tonnage

Ökonomie• wirtschaftliche

Rohstoffgewinnung• Feldesaufteilung/-entwicklungTechnologie • Feldesaufteilung/-entwicklung• Betriebsgröße/Schichtregime• Projektmanagement/Zeitplanung

• Grubengebäude• Abbauplanung• Feldesgrenzen

• Aufschlusskosten (Kosten-Nutzenanalyse)

• Abraum-Rohstoffverhältnis

• Geräteplanung/-auswahl• Infrastruktur (Tagesanalgen etc.)



W hl d Abb f h / t h l i

Planungsschwerpunkte

• Wahl des Abbauverfahrens/-technologie• Wahl und Positionierung der Aufschlussgrubenbaue• Festlegung der Betriebsgröße• Feldeszuschnitt• Zuschnitt/Aus- und Vorrichtung• Einteilung in Baublöcke und Baufelder• Einteilung in Baublöcke und Baufelder• Sohleneinteilung und Sohlenabstand• Logistik (Ver- und Entsorgung)• Bewetterung/Klimatisierung• Art, Anzahl und Position von Nebenräumen• Wahl des Förderverfahrens• Bergwerksschließung• Nachfolgenutzung



L tätt t i

Einflüsse/Prüfkriterien

• Lagerstättengeometrie• geologische, gebirgsmechanische und hydrologische Verhältnisse• Tagessituation• Verluste/Verdünnung

vielfältige und höchst anspruchsvolle Restriktionen aus den unzähligen Aufgaben der verschiedenen Grubenbaue und A f d di j ili S h ktAnforderungen an die jeweiligen Schwerpunkte



ÄUßERST KOMPLEXE STRUKTURZUSAMMENHÄNGE

Einflüsse/Prüfkriterien

ÄUßERST KOMPLEXE STRUKTURZUSAMMENHÄNGE resultierend v.a. aus mehrdimensionalen Verknüpfungen

PersonalplanungPersonalplanung

Betriebsmittelplanung

Zeitplanung

Finanzplanungp g

Technologische Planung


4 Flow Sheet Design – Grundlagen und Beispiel

G dl d

Vorbetrachtung

Grundlegend:

Green Field Mine Design vs Existing MineGreen Field Mine Design vs. Existing Mine

an definierten Stellen der Planung differieren die an definierten Stellen der Planung differieren die Untersuchungen eindeutig bzw. können abgekürzt werden oder müssen weiter ins Detail gehen

im nachfolgenden Beispiel Einschränkung auf die im nachfolgenden Beispiel Einschränkung auf die Auswahl des Abbauverfahrens (ABV)



Fü hf l d V t ll d f l d A h

Eingrenzung

Für nachfolgende Vorstellungen werden folgende Annahmen getroffen:

• die Lagerstätte ist erkundet• die Lagerstättenklassifizierung ist erfolgt• es existiert ein geologisches Modell der Lagerstätte mit

Qualitätsverteilungen und Quantitäten• die Wirtschaftlichkeit des Bergbau-Vorhabens nach

Prefeasibility und Feasibility Study ist nachgewiesen (Abbauwürdigkeit und Cut Off-Grade sind bestimmt) ( g )

• die Aufbereitung des Erzes ist möglich und wurde erprobt/die Methodik der Aufbereitung steht fest



Strategie:

VorgehensweiseStrategie:Aufteilung des Entscheidungsbaumes/-weges in Einzelentscheidungen für die verschiedenen Planungsschwerpunkte

Auswahl: vordergründig Flow Sheets für die Verfahrenswahl bzw. Technologie, sog.

Entscheidungshilfe-Diagramme, in denen auf vorherige PlanungsschritteEntscheidungshilfe Diagramme, in denen auf vorherige Planungsschritte und Wechselwirkungen mit anderen Entscheidungen entsprechend der Sinnbilder verwiesen wird

Erste Validierung: nach entsprechender Eingrenzung auf eine oder mehrere wenige Varianten

Prüfung derselben hinsichtlich äußerer Einflüsse und angesetzter Kriterien die sich z T auch in andere Dimensionen hinein bewegen (z B ZeitKriterien, die sich z.T. auch in andere Dimensionen hinein bewegen (z.B. Zeit-und Personalplanung); Abbildung der mehrdimensionalen Zusammenhänge in sog. Prüfkriteriums-Diagrammen



Auswahl des Abbauverfahrens (ABV)

uthe

r 199

2)(R

eu



E t h id hilf Di ABV







Entscheidungshilfe-Diagramm ABVPFAD A

Bemerkung: Eine Schädigung der Tagesoberfläche durchBruchbau kommt in dicht besiedelten und strengregulierten Gebieten (Umweltschutz) eher wenigerin Frage und wird daher im weiteren Verlauf außenvor gelassen.

Ja

Nein

Nein

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NeinVariante 1



PFAD A

Ja




PFAD A




PFAD A






Ergebnis: Das Diagramm liefert mehrere mögliche passende ABV.

Entscheidungsfindung?Entscheidungsfindung?

1. Bewertung nach ökonomischen Gesichtspunkten



Auswahl des Abbauverfahrens (ABV)Relative mining costsRelative mining costs•100%: Square‐set stoping•70% : Stull stoping

HIGH supported

•55% : Cut & fill stoping•45% : Shrinkage stoping•20% : Sublevel stoping t d20% : Sublevel stoping•20% : Room & pillar•15% : Sublevel caving15% L ll i i

unsupported

•15% : Longwall mining•10% : Stope & pillar•10% : Block cavingLOW caving

(S 1992)

g gRelative mining cost includes capital expenses, indirect operating costs (incl. overheads), direct operating costs (development and

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(SME 1992)exploitation, including maintenance); expressed per ton (or m³ ) of mineral


P üfk it i Di ABV



• angesetzte Prüfkriterien:Sicherheit hinsichtlich dem Sicherheit hinsichtlich dem möglichen Gewinnungsverfahren (Lösen, Laden, Fördern) sowie der Einflüsse ausder Einflüsse aus Geologie, Gebirgsmechanik und Hydrologiegeplante Betriebsgröße/Kapazität geplante Betriebsgröße/Kapazität und Anpassungsmöglichkeiten

wirtschaftlich-rechtlich vertretbare Abba erl ste/Verdünn ng imAbbauverluste/Verdünnung im Konsens mit Versatzmaterial und Haldenwirtschaft









P üfk it i Di ABV





P üfk it i Di ABV





P üfk it i Di ABV





P üfk it i Di ABV





P üfk it i Di ABV





BESONDERE HERAUSFORDERUNGMö li hk it d U t ll ählt ABVMöglichkeit der Umstellung vom gewählten ABV

auf ein anderes ABV in bestimmten Lagerstättenbereichen

Kleinbergbauverfahren auf Stufen

Notwendigkeit der Erweiterung eines technisch optimierten Notwendigkeit der Erweiterung eines technisch optimierten Prozesses um hochauflösende Erkundungsverfahren und händische Gewinnungsverfahren mit hohen Anforderungen an einen Planungsansatz die damit verbundenen Forderungenan einen Planungsansatz die damit verbundenen Forderungen in einen betriebswirtschaftlich geführten Betrieb zu integrieren



BESONDERE HERAUSFORDERUNG

Kl i b b f h f St fKleinbergbauverfahren auf Stufen Entscheidungsprozesse:

V k d d L tätt• Vorauserkundung der Lagerstätte: vorsichtiges Anfahren der Stufen (geringere

Sprengladungen, anderes Bohrschema, geringere Abschlagslänge)Abschlagslänge)

geophysikalische Methoden

• Umstellung des ABV auf schonenden / händischen Abbau:Umstellung des ABV auf schonenden / händischen Abbau: Umstellung der Mannschaftsgröße Gestaltung des Abbauraumes (Aufweitung auch aus geotechnisch-

standsicherheitstechnischen Anforderungen möglich?)standsicherheitstechnischen Anforderungen möglich?) Änderung von Ausbau (stärker/dichter) und Förderverfahren

(umsichtiger/Stückgüter)


FLOW SHEET DESIGN – Planungsvarianten für innovativen Bergbau

FAZIT/AUSBLICK• Das gezeigte Beispiel stellt nur einen kleinen Einblick in die

Auswahl ABV

g g pGesamtaufgabe Planung und Betrieb dar

Bergwerksbetrieb Planungsprozess Flow Sheet Design am Beispiel Auswahl ABVg g p g p



FAZIT/AUSBLICK• Die bergmännische Planung ist ein ständiger iterativer Prozess g g g

sowohl vor als während der Betriebsphase• Flow-Sheet-Design hilft hierbei Entscheidungsprozesse zu

formalisieren und Fließdiagramme auf Planungs- und Betriebsebene g gmiteinander zu koppeln

PlLöungsansätze

B t i bPlanung BetriebAufgaben und

Herausforderungen



Fl Sh t D i

FAZIT/AUSBLICK

• Flow Sheet Design: Abbildung der Einzelentscheidungen möglich Untersetzung mit Prüfkriterien notwendig Bedingt eine multidimensionale Betrachtung, sodass auf

andere Hilfsmittel bzw. eine Kombination aus Flow Sheets und weiteren Planungstools zurückgegriffen werden muss

• Ziele für die Zukunft:Weiterentwicklung der Flow Sheets auf den gesamten Weiterentwicklung der Flow Sheets auf den gesamten bergmännischen Planungs- und Betriebsprozess und Verknüpfung derselben mit weiteren PlanungstoolsValidierung der Flow Sheets im Rahmen von Rückkopplungen Validierung der Flow Sheets im Rahmen von Rückkopplungen aus realen Planungsprojekten



Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

GLÜCK AUF!


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