BİLGİSAYAR TABANLI JEOLOJİK MODELLEME VE MADEN TASARIMI Ezgi TOKA 505121004 MADENCİLİKTE ÖZEL KONULAR I DERS PROJESİ Proje Danışmanı: Yrd.Doç.Dr. Cüneyt Atilla ÖZTÜRK İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MADEN FAKÜLTESİ Kasım, 2013
İÇİNDEKİLER 1. GİRİŞ... 1 2. BİLGİSAYAR PROGRAMLARININ JEOLOJİK MODELLEME VE MADEN TASARIMINA KATKILARI... 2 2.1. VERİ PAYLAŞIMI... 3 2.2. TOPOGRAFİK HARİTALAR... 4 2.3. SONDAJ VE JEOLOJİK VERİTABANI... 5 2.4. MADEN YATAGININ JEOLOJİK MODELLENMESİ... 8 2.5. JEOİSTATİSTİKSEL YÖNTEMLERİN KULLANILMASI... 10 2.6. MADEN PLANLAMA... 14 2.6.1.YERÜSTÜ MADEN PLANLAMA... 15 2.6.2.YERALTI MADEN PLANLAMA... 17 3. KULLANILAN PROGRAMLAR... 19 4. SONUÇLAR... 21 i
ŞEKİLLER LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 1. Madencilik yazılımları kullanımı... 1 Şekil 2. Sondaj bilgilerinin paylaşılabildiği örnek ERP ekranı... 3 Şekil 3. Topografik haritanın 3 boyutlu surpac programında görüntülenmesi... 4 Şekil 4. Veritabanı içeriği... 6 Şekil 5. Veritabanının programa aktarılması... 7 Şekil 6. Programa aktarılan değerlerin görselleştirilmesi... 7 Şekil 7. Cevher izohipsinin oluşturulması... 9 Şekil 8. Cevher izohipsinin modellenmesi... 9 Şekil 9. Kompozit görüntüsü... 11 Şekil 10. Variogram modelleme ekranı... 11 Şekil 11. Kalite dağılımı yapılmış blok model... 12 Şekil 12. Blok değerlerini gösteren blok model kesiti... 12 Şekil 13. Sondajların, katı modelin ve blok modelin görüntüsü... 13 Şekil 14. Maden planı, topografya görüntüsü... 14 Şekil115. Aşamalar ile üretimi planlanan blokların gösterimi... 15 Şekil 16. Üretim takvimi oluşturulmasına yardımcı ekranlar... 16 Şekil 17. Yeraltı maden planı... 17 Şekil 18. Yeraltı maden tasarımı... 18 Şekil 19. Hazırlık, üretim ilerlemesi... 18 ii
1. GİRİŞ Teknolojik gelişmelerin en önemli yararlarından biri çalışmaların planlanma aşamasında gerçeğe en yakın sonucun elde edilmesini sağlamasıdır. Maden kaynaklarına ilişkin güvenilir, saydam ve somut veritabanlarının oluşturulması ayrıca bunların uluslararası standartlara uygun olarak raporlanabilmesi ana amaçtır. Madencilikte en büyük mali gideri oluşturan ilk yatırım maliyetleri, gözlemlenebilir, değiştirilebilir ve alternatifi olan planlama seçenekleri ile en uygun hale getirilebilmektedir. Madencilik yazılımları en uygun yöntemi göz önüne sermemizi ayrıca bunları yaparken zamandan ve insandan tasarruf etmemizi sağlar. Zorlaşan ekonomik koşulların planlamaya olan ihtiyacı arttırmasıyla, günümüzde madencilik yazılımları yaygın olarak kullanılmaktadır (Şekil 1). Şekil 1. Madencilik yazılımları kullanımı 1
2. BİLGİSAYAR PROGRAMLARININ JEOLOJİK MODELLEME VE MADEN TASARIMINA KATKILARI Planlanan işin simülasyonunun oluşturulmasının en büyük yararları iş ve işçi güvenliği, düşük hazırlık maliyetleridir. Ayrıca çalışan sayısı azalırken yapılan iş miktarı artmaktadır. Ortak bir veri tabanından ve web portalından tüm ekibe bağlanılabilir Raporlama gereksinimlerini desteklemek üzere sondaj verileri korunur ve yönetilebilir Cevher yatağı modellenebilir Tenör ve proje fizibilitesi değerlendirilebilir Blok modeller, maden tasarımları ve detaylı maden planı oluşturulabilir Ocak optimizasyonu ve stratejik maden ömrü planlaması yapılabilir Atık alan tasarlanabilir Kısa ve uzun vadeli üretim planlaması oluşturulabilir Uygun ekipman seçimi, aksamalar ve ilgili nedenleri belirlenebilir Yeraltı maden tasarımı gibi süreçler tamamlanabilir Patlatma tasarımı oluşturulabilir Harmanlama, cevher kontrolü ve stok yönetimi geliştirilebilir Üretim ve besleme aşamaları düzenli izlenebilir Üretim süreçleri, analizler performans göstergeleri ve ölçümlerle takip edilip geliştirilebilir 2
2.1. Veri Paylaşımı ERP, Kurumsal Kaynak Planlamasıyla kurumsal ihtiyaç ve hedefler belirlenerek firma sorunlarına çözümler bulmak için çeviklik ve esneklik kazanılır. Bu sayede kurumsal yapıya en uygun çözümün entegrasyonuyla departmanlar arası koordinasyon başarıyla yönetilir ve verimlilik artar. Ortak bilgi sistemi sayesinde, ihtiyaç duyulan tüm bilgiler bir veritabanında kurumsal çalışanların hizmetine sunulur. Klasik sistemde her departman kendi iş akışlarına uyumlu bilgisayar sistemleriyle çalışır. ERP bu farklılıkları bütünleşik bir yazılım mimarisiyle ve tek bir veritabanını kullanarak çalışacak şekilde birleştirerek operasyonel özellikleri ve ihtiyaçları farklı çok sayıda departmanın birbirleriyle iletişim halinde kolaylıkla bilgi paylaşımına imkan tanır. ERP programlar aynı ofisde bulunmayan çalışanların verileri eş zamanlı görüntülemesini ve paylaşmasını sağlar (Şekil 2). Şekil 2. Sondaj bilgilerinin paylaşılabildiği örnek ERP ekranı 3
2.2. Topografik Haritalar Programı kullanan proje jeologu, topografik ölçümlerin organizasyonu ve kontrolünü, ölçümlerin grafiksel analizini ve topografik modellemeyi programlar yardımı ile yapabilir. Çalışma alanından alınan ölçümler bilgisayar programına aktarıldığında orjinal dosya her çalışma dosyası için ayrı yedeklenebilir ve kaydedilebilir. Verilerin orjinalliği bozulmayacağından, güvenilirliği sağlanabilir. Bilgisayar tabanlı programlarda ölçümler yedeklenebilir, yapılan işin kontrol edilebilir ve anlaşılabilir olmasını sağlar. Bir bölgenin maden tasarımı yapılırken, topografik harita üzerinde alternatif çalışmalar kaydedilerek farklı modeller elde edilebilir (Şekil 3). Arazi durumu 3 boyutlu programlar sayesinde net anlaşılabilir, en uygun maden tasarımı yapılabilir. Ölçüm alınıp harita alınması işlemi bir kere yapılır ve bunun üzerinden çalışmalara devam edilir. Şekil 3. Topografik haritanın 3 boyutlu surpac programında görüntülenmesi 4
2.3. Sondaj ve Jeolojik Veritabanı Oluşturulan projelerin uluslararası geçerliliğinin olabilmesi için dünyaca kabul görmüş kaynak (resource) raporlama standartlarına uyması gerekmektedir. Bunlardan madencilik için en önemlileri JORC Code, NI 43-101 ve SAMVAL/SAMREC Codes dur. Projelerin ilk aşamasında bakılan en önemli faktör verilerin güvenilirliğidir. Maden projeleri için bu veri güvenilirliği sondaj ve jeolojik veritabanları ile sağlanabilmektedir. Sondaj veritabanları yapılan sondajların verilerinin bir yerde düzenli olarak bulunmasını ve yapılan sondajın ispatını sağlar. Yapılan sondaja ait ayrıntı arttıkça güvenilirliği artar. Sondaj veritabanlarında; Sondajın adı Sondajın koordinatları Ölçüm tipi Koordinat sistemi İstikamet, eğim, derinlik bilgileri Kuyu çapı Sondajın başlangıç bitiş tarihi Kuyu ölçüm değerleri Karot numuneleri Kalite kontrol numuneleri Jeolojik log Jeoteknik log Analizlerin yapıldığı labratuvar ve analiz sonuçları Karot sandık fotoğrafları bulunmaktadır. 5
Jeolojik veritabanları; kuyu ağzı (collar), kuyu içi (survey), jeoloji, kalite kontrol (QAQC), analiz sonucları (assay), jeoteknik, açıklamalar gibi modelleme için ilk aşamada gerekli olabilecek sondaj bilgilerinden oluşur. Oluşturulan veritabanını, modelleme için kullandığımız programa aktardığımızda değerlerin program tarafından kullanabilmesi için bazı standartlar geliştirilmiştir. Genel olarak bulunması gereken veriler aşağıda belirtildiği gibidir (Şekil 4). COLLAR SURVEY GEOLOGY ASSAY QAQC GEOTECHNICAL Hole_id Hole_id Hole_id Hole_id Hole_id Hole_id Max_depth Max_depth Depth_from Depth_from Depth_from Depth_from Easting Azimuth Depth_to Depth_to Depth_to Depth_to Northing dip Structure % ore_min % ore_min Interval Z Rock_type Batch_no Batch_no Recovery Start_date Alteration Sample_no Sample_no RQD End_date Sul_min Type Type Ore Ox_min Zone Gang_min Hole_path Min_description Project_name Density Prospect General_description Şekil 4. Veritabanı içeriği 6
Veritabanında oluşturulan değerler programa aktarılır (Şekil 5). Bu aktarılan sayısal veriler programlar yardımıyla görselleştirilebilir (Şekil 6). Şekil 5. Veritabanının programa aktarılması Şekil 6. Programa aktarılan değerlerin görselleştirilmesi 7
2.4. Maden Yatağının Jeolojik Modellenmesi Veritabanında bulunan jeoloji sekmesindeki veriler her sondaj için görüntülenir, kesitler alınır ve yeryüzü jeolojisi, faylar dikkate alınarak jeolojik modelleme yapılır. Jeolojik yapının ve litolojinin modellenmesinin ardından maden yatağının cevher katı modeli oluşturulabilir. Cevher katı modeli oluşturulurken analiz sonuçları, mineral içeriği gibi verilerden öncelikli olarak yararlanılmaktadır. Cevherin bir önceki kesitte ve bir sonraki kesitte gösterdiği davranış dinamik olarak incelenebilir ve cevher sınırları bu veriler ışığında oluşturulabilir. 3 boyutlu programlarda hazırlanan model üzerinden istenilen doğrultu, eğim ve kotta kesitler alınabilir. Cevher modeli oluşturulurken; 1) Sondajların analiz değerleri tenör, kaliteye göre renklendirilir, 2) Cevheri en iyi yansıtabilecek kesitler istenilen istikamette alınabilir, 3) Alınan kesitlerde sondajlar yardımıyla cevher sınırları çizilebilir (Şekil 7), 4) Çizilen cevher sınırları üçgenleme yöntemleriyle katı model haline getirilir (Şekil 8). 8
Şekil 7. Cevher izohipsinin oluşturulması Şekil 8. Cevher izohipsinin modellenmesi 9
2.5. Blok Modelleme ve Jeoistatistiksel Yöntemlerin Kullanılması Bilgisayar tabanlı modelleme programlarının en çarpıcı özelliği blok modelleme fonksiyonu klasik jeotatistik yöntemlerin daha detaylı ve görsel olarak kullanılmasına imkan tanır (Şekil 13). Sondaj verileri ışığında oluşturduğumuz cevher sınırlarını üçgenleme metotlarıyla birleştirerek cehver katı modelini oluştururuz. Bu model bize sadece cevherin hacmini vermektedir. Yine sondaj veritabanında analiz sonuçları kompozitleme olarak tanımlanan işlemden geçerek istatistiksel analiz öncesi numune uzunlukları eşit hale getirilir (Şekil 9). Böylece jeoistatiksel analiz işlemi sırasında veriler eşit olarak ağırlıklandırılır. Oluşturulan kompozitler jeoistatisitksel analizler için programın gerekli fonksiyonları ile incelelenir. Bu verilerden variogram modelleri oluşturulur ve jeoistatistiksel hesaplamalar için gerekli olan parametreler elde edilir (Şekil 10). Cevher kütlesinin farklı tenör değerlerindeki kalite dağılımını belirleyebilmek için blok model oluşturulur (Şekil 11). Blok modellerden kesitler alınabilir (Şekil 12). Bu işlem sırasında jeoistatistiksel yöntemler kullanılarak veri olan noktalardan (kompozit) veri bulunmayan noktalara değer atamaları yapılarak veri analizi ve tenör/kalite dağılımı saptanabilir. Gerçekte rezerv miktarından çok, tenör veya kalite dağılımının yüksek güvenilirlik ile bilinmesi önem taşımaktadır. Maden planlamanın önemli bir aşamasıdır. Bir projenin başlangıcında yapılacak hatalar büyük ekonomik kayıplara yol açacaktır. 10
Şekil 9. Kompozit görüntüsü Şekil 10. Variogram modelleme ekranı 11
Şekil 11. Kalite dağılımı yapılmış blok model Şekil 12. Blok değerlerini gösteren blok model kesiti 12
Şekil 13. Sondajların, katı modelin ve blok modelin görüntüsü 13
2.6. Ocak Tasarımı ve Üretim Planlama Yerüstü ve yeraltı maden planlama yapılırken bilgisayar tabanlı programlar ocak tasarımının cevhere göre yapılmasını, tenör dağılımına göre üretim takviminin düzenlenmesini ve aşama aşama bunların görsel olarak sunulmasını sağlar. Jeolojik modellemesi tamamlanmış, topografik durumu görselleştirilmiş ve sondajları içeren model maden planlamaya hazır hale gelmiştir (Şekil 14). 1) Yerüstü maden planlama Üretim planlama 2) Yeraltı maden planlama Üretim planma Geliştirme planlama Şekil 14. Maden planı, topografya görüntüsü 14
2.6.1 Yerüstü Maden Planlama Maden planlama yapılırken her aşamasında bilgisayar tabanlı programlardan yararlanabiliriz. Üretilecek blokları planyabiliriz, kullanılacak ekipmanı raporlama ekranlarından kolay araçlar sayesinde rahatlıkla oluşturabiliriz, üretim çizelgesini parametreleri atlamadan programın alt yapısındaki bağlantılar sayesinde oluşturabiliriz. 1) Cevher modeli oluşturulmuş, tenör değerleri atanmış bloklar üzerinden üretim planı aşama aşama yapılabilir (Şekil 15). Şekil 15. Aşamalar ile üretimi planlanan blokların gösterimi 15
2) Kullanımı rahat araçlar sayesinde parametreler girilerek kısa ve uzun dönemlik üretim takvimi rahatlıkla oluşturulabilir (Şekil 16). Görsel veriler ve grafikler ile raporlar oluşturulabilir. Şekil 16. Üretim takvimi oluşturulmasına yardımcı ekranlar 16
2.6.2. Yeraltı Maden Planlama Üretim ve geliştirme amaçlı modeller oluşturulabilir (Şekil 17). Yeraltı fereler, katlar vs modellenebilir, metraj tam olarak hesaplanabilir. Yerüstü maden planlama ekranlarında kullanılan raporlama ekranları yer altı maden planlamasında da kullanılabilmektedir. En verimli üretim planı yapılabilir. Açılan bir galerinin cevhere kaç metre sonra gireceği, en uygun eğim ve istikamet bilgileri bilgisayar tabanlı programlar sayesinde çok daha kısa sürede belirlenebilir. Tek bir plan üzerinde çalışma yapılana kadar bilgisayar tabanlı programlar ile üretim planı için düşünülen bütün yöntemlerin modeli oluşturulup en uygunu seçilebilir (Şekil 18). Şekil 17. Yeraltı maden planı 17
Şekil 18. Yeraltı maden tasarımı Günlük ilerleme farklı renklerde yapılabilir, 1 aylık iş günlere ayrılmış bir şekilde görselleştirilebilir. Kaç metrelik hazırlık sonrası ne kadar miktarda cevher üretilebileceği hem raporlama ekranlarında hem de modelleme ekranlarında belirlenebilir (Şekil 19). Şekil 19. Hazırlık, üretim ilerlemesi 18
3. KULLANILAN PROGRAMLAR Jeolojik modelleme ve maden değerlendirme konularında, bilgisayar destekli ticari pek çok yazılım bulunmaktadır. Temel işlevleri incelendiğinde, ticari yazılımların sondaj verilerinden veri tabanı oluşturma ve yönetimi, komposit değer hesaplamaları, kuyu log kesit çizimi, harita çizimi, 3 boyutlu yüzey modelleme, kesit çıkarma, 3 boyutlu cevher modelleme, ocak tasarımı, alan ve hacim hesapları gibi işlevlere sahip olduğu görülmektedir. Kullanılan programlardan bazıları aşağıdaki gibidir. SURPAC : Surpac jeolojik modelleme ve maden tasarımında dünyada kullanılan en popüler yazılımdır, 130 dan fazla ülkede 4000 den fazla maden sahasında kullanılmaktadır. Kullanım kolaylığı, güçlü 3 boyutlu grafikleri, kaydedilebilir iş akışı özellikleriyle her firmaya adapte edilebilecek bir yazılımdır. Jeologlar, haritacılar, maden mühendisleri tarafından her tür maden tipi ve madencilik metoduna uygulanabilir. Yaygın destek hizmetlerine sahiptir. GEMS : Surpac gibi Açık ocak ve yeraltı madenciliğinde kullanılabilmektedir. Öne çıkan özelliği kendi veritabanına sahip olmasıdır. Çapraz fonksiyonlu organizasyolarda, merkezi veritabanı gerektiren firmaların tercih ettiği bir yazılımdır. MINEX : Kömür, kil, fosfat gibi tabakalı yataklar için özel dizayn edilmiş, jeolojik modelleme, maden planlama, optimizasyon ve üretim planlama araçları içeren bir yazılımdır. Öne çıkan özelliği bu tip yataklardaki fay gibi yapısal öğeleri modellemeye yarayan özel araçları bulunmaktadır. PCBC : Ülkemizde pek yaygın olmayan fakat blok göçertme tekniği için hazırlanmış bir yazılımdır. 19
WHITTLE : Ekonomik, jeoteknik ve benzeri kısıtlamalar altında blok modelin en uygun şekilde üretimi için optimum ocak geometrisini hazırlar. Bu program ile oluşturulan ocak geometrisi daha sonra surpac, gems vb yazılımlara aktarılarak ocak tasarımı yapılır. Stratejik planlama yazılımıdır. MINESCHED : Hazırlanan blok modeldeki blokların üretim planlamasını görsel veriler ve grafikler ile raporlamamızı sağlayan programdır. INSITE: Üretim yönetimine yardımıcı olur, malzameminin ocaktan son ürüne kadar bütün seviylerdeki üretim kontotlünü sağlar. Madencilik sektöründe çalışan herkesin rahatlıkla kullanabileceği raporlama ekranıdır. MICROMINE: Jeolojik modelleme ve planlama için kullanılan en önemli yazılımlardan biridir. Kullanım kolaylığı, hesaplamalarda sağladıkları rahatlıklar tercih edilme nedenleridir. MICROMINE GEOBANK : Jeolojik verilerin toplanabildiği yazılımdır. MICROMINE PITRAM : Yeraltı ve açık ocak maden tasarımlarında, üretim ve geliştirme aşamalarında kullanılabilen, üstün raporlama ekranlarına sahip yazılımdır. DATAMINE : Jeolojik modelleme, maden tasarımı yapılabilen, hemen hemen Surpac ve Micromine ile benzer amaçla oluşturulmuş madencilik yazılımıdır. MINE2-4D : Detaylı uzun ve kısa dönem maden tasarımı yapılabilmesi ile öne çıkan jeolojik modelleme ve maden tasarımı için kullanılan bir yazılımdır. VULCAN : Güçlü grafiksel özellikleri ile ön plana çıkan jeolojik modelleme ve maden dizaynı yazılımlarından biridir. Güney Amerikada yaygın olarak kullanılmaktadır, 6500 den fazla lisansı vardır. 20
4. SONUÇLAR Bilgisayar tabanlı programlar ile çalışılarak hem zamandan hem de çalışanlardan tasarruf edilmiş olur. Üretim yapılmadan önce çok farklı alternatiflerin değerlendirilmesi, en doğru yöntemin seçilmesi dolayısıyla hazırlık maliyetlerinin azalmasını sağlar. Orjinal dosya üzerinden defalarca çalışma yapılabilir. İşletmenin imalat bilgileri her dönem için ayrı depolanabilir. İlerleme miktarı aylara göre saklanabilir. Projelerin güvenilirliğini sağlar, madenle ilgili bilgisi olmayan insanların dahi yapılan çalışmaları rahatlıkla anlayabilmesini sağlar. 21