Apuntes del curso de planificación de minas
Recopilación realizada por el profesor : Jose Delgado Vega
CAPITULO I INTRODUCCIÓN GENERAL A LA PLANIFICACIÓN MINERA 1.1 Generalidades
CAPITULO II DELINEAMIENTOS CONCEPTUALES DE LA PLANIFICACION DE MINAS 2.1.- Introducción 2.2.- Planificación 2.3.- Planificación minera 2.3.1.-Escenarios de Planificación 2.3.2.-Niveles de Planificación 2.3.3.-Horizontes de Planificación 2.4.-La misión empresarial en minería
2.4.1 Maximización de la Recuperación del Yacimiento 2.4.2 Maximización de la permanencia en el Negocio Minero 2.4.3 Maximización del Valor Presente Neto
CAPITULO III VARIABLES IMPORTANTES QUE CONDICIONAN LA EXPLOTACION DE MINAS A CIELO ABIERTO.
3.1.-Introducción
3.2.-El modelo de bloque :
3.2.2.-Información básica del modelo de bloque 3.2.3.-Información de sondajes
3.2.4.-Información de las muestras 3.2.5 .-Información Assays
3.2.6 .-Interpretación del modelo geológico 3.3.-Parámetro básico de diseño
3.3.1.-Razón estéril mineral 3.3.2.- Geometria de la excavación. 3.3.3.- Angulo de talud
3.3.3.1.-Variables de las cuales depende el ángulo de talud:
3.3.4.- Altura de banco 3.3.5.-Quebradura
3.3.7.-Rampas y accesos
3.3.8.- Proyeccion de la pila de material quebrado
3.3.9.-Diferentes leyes de corte 3.3.10.-Diseño de pit final 3.3.11.-Diseño de accesos 3.3.11.1.-Ancho de accesos.
3.3.11.2.-Diseño de accesos en espiral por delante del talud 3.3.11.3.-Diseño de una pista en espiral por detrás del talud
CAPITULO IV CONTROL DE OPERACIONES MINERAS Y CALCULODE NECESIDAD DE EQUIPOS
4.1.-Indice de operaciones (ASARCO) 4.1.1.-Disponibilidad Física: 4.1.2-Índice de Mantenimiento: 4.1.3.-Índice de Utilización: 4.1.4.-Aprovechamiento: 4.1.5.-Factor Operacional: 4.1.6.-Rendimiento: 4.1.7.-Rendimiento Efectivo:
4.2 Cálculos de necesidades de equipos en mina a cielo abierto
4.2.1.-Palas Mecánicas 4.2.1.1.-Ritmo de produccion
4.2.1.2.-Velocidad de maniobra de la pala ( vm ) 4.2.1.3.-Carga horaria para una pala ( qh ) 4.2.1.4.-Rendimiento horario ( rh ) 4.2.1.5.-Rendimiento por turno ( rt ) 4.2.2.-Camiones
4.2.2.2.-Tiempo de Ciclo Camiones 4.2.2.3.- Calculo de los tiempos 4.2.3.-Perforacion
4.2.4.-Tronadura
CAPITULO V .- DISEÑO DEL LIMITE FINAL
5.1.- Diseño manual
5.2.- Diseños computacionales optimizantes 5.3.-Desarrollo general del proceso de diseño 5.3.1.-Definición de leyes de bloques 5.3.2.-métodos de asignación de leyes
5.3.2.1.-El modelo de la distancia ponderada (clásico) 5.3.2.2.- Métodos Geoestadísticos.(Anexo 1)
5.4.-Estimación de la ley de corte crítica, para el diseño de una explotación a cielo abierto. 5.4.1.-Metodos de beneficio nulo
5.4.1.1.-Determinacion de leyes de corte con categorizacion de costos de explotacion 5.4.1.1.1.-Ejemplo de aplicación
5.4.1.2.-Leyes de corte en funcion de la ecuación caracteristica de la mina 5.4.2.- Política de leyes de corte considerando el costo de oportunidad
5.4.2.1.- Descripción del modelo de lane 5.4.2.2.-Formulación matemática del modelo. 5.4.2.3.-Leyes de corte económicas limitantes 5.4.2.4.- Leyes de corte de equilibrio 5.4.2.5.- Leyes de corte optima 5.5.-Curvas tonelaje v/s ley. 5.6.-Manejo de información gráfica.
CAPITULO VI.- PLANEAMIENTO DE LA PRODUCCIÓN 6.1.-Introducción
6.2.-Determinación de la secuencia de explotación 6.3.-Gráfico de agotamiento de mineral -Serrucho- . 6.3.1.-Información necesaria para confeccionar el serrucho. 6.3.2.-Confección del serrucho.
6.3.4.-Información entregada por el serrucho. 6.3.5.-Plan de producción.
6.3.6.-Información necesaria para confeccionar el plan de producción. 6.3.7.-Información entregada por el plan de producción.
6.4.- Influencia de una estrategia de leyes de corte 6.5.-Definición del valor económico de un bloque
6.6.-Métodos de definición para los límites económicos de una explotación a cielo abierto 6.6.1.-Descripción conceptual del algoritmo del cono móvil optimizante
6.6.2.-Método de Lerchs-Grossman
6.6.3.-Método de la relación estéril/ mineral v/ s ley media 6.7.-Secuencia de explotación
CAPITULO VII DISEÑOS ESPECIALES 7.1. Diseño de botadero
7.1.1.- Tipos de botaderos
7.1.2.- Factores relevantes en la planificación de botaderos 7.1.3.-Cubicación de botaderos
7.1.4.- Secuencia de llenado 7.1.5.-Construccion de botaderos 7.1.6.-Diseño de botaderos.
7.1.7.-Disposición de botaderos en laderas. 7.1.8.-Disposición de botaderos en quebradas. 7.1.9.-Disposición de botaderos en pilas o tortas. 7.1.10.-Colapso en los bordes del botadero. 7.1.11.-Mantenimiento de botaderos.
7.1.12.-Presión ejercida sobre el terreno por el botadero. 7.1.13.-Operación en botaderos.
7.1.14.-Cálculo del volumen a utilizar por el botadero y costo de utilización. 7.1.15.-Costo de una tonelada de estéril enviada a botadero.
7.2.--Explotación a cielo abierto en yacimientos tabulares 7.2.1.-Yacimientos tipo manto
7.2.2.-Manto inclinado 7.2.3.-Topografía horizontal: 7.2.4.-Yacimientos tipo veta
7.3.-Explotación a cielo abierto en yacimientos con cuerpos satélites 7.4.-Explotación a cielo abierto en yacimientos calicheros
CAPITULO VIII INVERSIONES Y VIDA ECONÓMICA DE LOS EQUIPOS Y REEMPLAZO CAPITULO IX CONSIDERACIONES DEL MODELO GEO MINERO METALURGICO
ANEXO I GEOESTADISTICA
ANEXO II TRONADURA
ANEXO III EJEMPLOS DE CALCULOS
ANEXO IV MODELO GEO METALURGICO
ANEXO V PLANIFICACION ESTRATEGICA
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
- Alejandro Vásquez, Benjamín Galdames, René Le-Feaux apunte preliminar diseño y operaciones de minas a cielo abierto
- Calder, Peter. Programa Internacional de especialización en Tecnología de la Minería. Pontificia Universidad Católica de Chile y Queen´s University of Canada. Agosto 1997
- Hugo Urrutia Apuntes de clase universidad de Antofagasta - Claudio Reygada Apuntes de clase
- Hustrualid – Kuchta. Open Pit Mine planning and design. Vol. 1.
- Lane, Kenneth. Choosing the optimum cut-off grade. Quaterly of the Colorado School of Mines. Vol. 59, 1964.
- Lane, Kenneth. “The economic definition of ore”. Cut off grades in theory and practice. Minning journal books limited, London England.
- Miranda, Esteban E. y Miranda, Esteban F. Optimización del valor presente neto de los negocios mineros. Pontificia Universidad Católica de Chile.
- David Armstrong. Definición de los parámetros de Planificación. - Jeff Whittle. Optimización de rajos abiertos.
- Howard L. Hartman. “SME mining engineering handbook”
- M. Bustillo / C. Lopez J. Manual de evaluación y diseño de explotaciones mineras. - Marco Alfaro . “ Aplicación de la teoría de variables regionalizadas”
- Carlos Lopez J. Manual de voladura de rocas.
- Eduardo Contreras. Planificación de botaderos de Lastre.
- Informe de operaciones unitarias, Soquimich. Periódico, Antofagasta, Chile 1999.
- Hidalgo, Osvaldo. Optimización de parámetros operacionales para el desarrollo de manchas en Mina Pedro de Valdivia. Trabajo de Titulación 1986. Universidad de Antofagasta.
Departamento de Minas.
.- David M. geostatistical ore reserve estimation
- Marcos Alfaro curso : geostadistica lineal universidad de Antofagasta
CAPITULO I: INTRODUCCION GENERAL A LA PLANIFICACION MINERA 1.1 Generalidades
En la actualidad el negocio minero requiere de instrumentos que permitan mejorar las rentabilidades del negocio, debido a esto la planificación estratégica a mostrado a las compañías mineras y en general ser una poderosa herramienta que entrega altos retornos en el largo plazo. Para entender de mejor manera en que consiste esta herramienta de administración, se explicara el termino Planeación, que es básicamente abarcar las definiciones de las metas de una organización, el establecimiento de una estrategia en general para lograr esas metas y el desarrollo de una jerarquía amplia de los planes para integrar y coordinar las actividades. Por lo tanto se relaciona con los fines ( que debe hacerse) así también como los medios (como debe hacerse).
Una forma simple de clasificar los planes es por su envergadura que puede ser estratégico versus operacionales y son asociados a un marco temporal ya sea de corto, mediano y largo plazo. Para diferenciar de mejor manera los planes estratégico de los operacionales es por que difieren en tiempos y en alcances. Donde los planes operacionales tienden a cubrir periodos mas cortos, tales como planes mensuales, semanales y diarios de una organización, pero a su vez los planes estratégicos tiende a proyectarse en periodos mas largos usualmente cinco años o mas, además estos cumplen un área mas amplia y que posee menos detalle, en cambio los planes operacionales tiene un alcance mas estrecho y limitada.
La planificación minera de largo plazo es una importante herramienta que permite mejorar el negocio minero, cuyo producto es realizar un programa de producción que indique e través del tiempo, el origen de los tonelajes y las leyes a extraer de la mina. Por eso la planificación de largo plazo adquiere ribetes de suma importancia, ya que constituye la base de la rentabilidad de la empresa minera.
En la Figura 1.1, se presenta en forma esquemática y secuencial, las etapas utilizadas en un programa de planificación tradicional . Con el objeto de ilustrar los aspectos metodológicos inherentes al proceso de planificación de una mina a cielo abierto, se presenta a continuación una breve descripción de cada una de las actividades involucradas en el estudio.
Modelo de Bloque
(Archivo Tridimensional de Recursos)
Topográfico Código de Leyes de Cu Recuperación.
Modelo Económico
Generación de Pits Anidados (Whittle Four – X)
Ley de Corte Algoritmo de
Lerchs-Análisis y Establecimiento de Criterios para selección de Pit final
Determinación de Pit Final
Estrategia de Consumo de Reservas y Diseño de Expansiones
Plan Minero Preliminar (Whittle)
Análisis de Sensibilidad y Riesgo (Whittle)
Estrategia de Leyes de Corte
Programa de Producción Optimizado
Requerimientos de Equipos Mina
Modelo de Bloque
Es un modelamiento tridimensional que consiste en discretizar virtualmente el yacimiento en cientos de paralelepípedos (bloques), con características que van de acuerdo al sistema de explotación a utilizar, la cual permite representar características y propiedades del yacimiento.
Confección del Modelo de Económico
El propósito de esta etapa es asignar un valor económico a cada uno de los bloques que conforman el archivo tridimensional de recursos. En el procedimiento de valorización, es preciso definir una estructura de precios y costos relevantes conjuntamente con una ley de corte crítica de diseño, la cual permitira separar lo que es lastre y lo que es mineral.
Generación de Pit anidados y Determinación de Pit Final
Para la generación de un pit se utiliza el algoritmo heuristico de Lerchs – Grossman, , cono flotante , cuya técnica consiste básicamente de una rutina que analiza los bloques de mineral del inventario de recursos y determina la conveniencia económica de extraer cada uno de ellos con su respectiva sobrecarga. Para este propósito el algoritmo se posiciona en cada bloque de valor económico positivo y genera un cono invertido, donde la superficie lateral del cono representa el ángulo de talud de la zona en cuestión. Si el beneficio neto del cono (suma algebraica del valor de todos los bloques dentro de él) es mayor o igual a un valor preestablecido, entonces éste se extrae, en caso contrario, se sigue el análisis con el resto de los bloques con interés económico.
Utilizando este procedimiento, y exigiendo al cono un beneficio marginal nulo, se obtiene un pit (cono) que representa la envolvente económica final del depósito, en el que han sido extraídos todos aquellos conos cuyo beneficio neto es mayor o igual a cero. Utilizando esta misma técnica se puede realizar la generación de pit anidados, donde cada sucesivo contorno esta hecho para el precio del producto, ligeramente mas alto que el anterior. Esto es realizado dentro de un rango de precios, desde el más bajo al más alto que se desea considerar. Esta técnica es la forma de sensibilizar el trabajo de selección de pit final.
Estrategias de consumo de Reservas y Diseño de Expansiones
Se denomina estrategia de consumo de reservas o secuencia de explotación, a la manera en que se extrae el mineral del rajo hasta el logro del pit final. Para este efecto, es común que el pit final sea fraccionado en sucesivos pits intermedios denominados fases o expansiones. Hasta ahora no existe un procedimiento que permita establecer una secuencia óptima; sólo existen maneras aproximadas de hacerlo. Una técnica que produce buenos resultados en la construcción de una estrategia de consumo de reservas, es utilizar el mismo algoritmo usado en la determinación de pit final, pero sobre un modelo económico al cual se le ha descontado un valor al beneficio de cada uno de los bloques presentes en él. Obviamente la topografía obtenida debe estar contenida dentro del pit final. De esta forma, es posible construir expansiones o pits intermedios que tengan una envolvente que al ser de un valor decreciente en el tiempo, favorecen al valor presente de la operación, ya que generalmente la primera expansión obedece a un descuento mayor, la segunda a uno menor, y así sucesivamente. Este último proceder es el que se utiliza durante el desarrollo del caso de estudio.
Programa de Producción Preliminar
Como el objetivo de la mayoría de las empresas es maximizar el valor presente de la operación, se ha decidido trabajar con el Algoritmo de K. Lane para la determinación de una política de leyes de corte, ya que al incluír el concepto de Costo de Oportunidad, se obtiene un vector de leyes decreciente en el tiempo lo que beneficia el V.A.N. del proyecto. Para su aplicación este algoritmo requiere conocer el valor presente de la operación durante el transcurso de la vida de la mina, por lo cual se requiere de un plan minero preliminar que sirva de referencia a esta rutina optimizante.
Estrategia de Leyes de Corte
Usualmente, para estudios de esta naturaleza, se utiliza la metodología de Kenneth F. Lane para determinar el vector de leyes de corte económicas a aplicar en el plan de producción, condición que puede maximizar la rentabilidad del negocio minero.
Programa de Producción Optimizado
Una vez que se dispone de la estrategia de leyes de corte, se debe confeccionar un nuevo plan, el cual debiera introducir las mejoras en la ley que el algoritmo sugiere. Sin embargo, es necesario considerar las restricciones operativas presentes en la faena, lo que en algunos casos no permite alcanzar los resultados entregados por Lane.
Requerimiento de Equipos Mina
Una vez construídas las fotos de la mina según el plan de producción optimizado, se procede a la medición de distancias y distribución económica de materiales. Esto junto a los índices operacionales, los rendimientos de los equipos y sus productividades, y en el caso de los camiones, las distancias medias de transporte, velocidades y rendimientos.
Evaluación Económica
El plan es evaluado en el horizonte definido por la vida de la mina. Los flujos de caja anuales contemplan ingresos por ventas, inversiones en equipos e infraestructura y gastos de operación. Por último se realiza un análisis de sensibilidad sobre las variables más influyentes en el rendimiento económico del plan.
CAPITULO II DELINEAMIENTOS CONCEPTUALES DE LA PLANIFICACION DE MINAS 2.1.-Introducción
Todo sistema moderno de administración de empresas, se sustenta en base a la relación funcional de diferentes subsistemas identificables al interior de éstas. Dichos subconjuntos constituyentes del universo Gestión Empresarial, pueden individualizarse a través de los subsistemas: Valores y Misión Empresarial, Decisiones, Planificación, Organización, Dirección y Control.
En el subsistema Planificación de una empresa minera, es donde se precisan los resultados deseados y se programan las actividades a realizar con sus tiempos y recursos asociados, con el propósito de concretar la misión. Particular importancia en el ámbito minero, constituye todo el proceso de generación de planes mineros de producción, en atención a que las definiciones del tonelaje a tratar, como el de sus leyes asociadas, establecen el rendimiento económico del negocio.
La estructura del presente capítulo expone en primer término, una breve descripción del contexto administrativo, donde se desarrolla el proceso de planificación. Mediante un enfoque sistémico de la administración, se caracterizan conceptualmente los subsistemas que constituyen el gran sistema administrativo. Tras esta introducción se caracteriza la Planificación Conceptual Minera, tema central de estos delineamientos, a través de las interrelaciones de sus variables: ritmo de producción, método de explotación, secuencias de producción, leyes de corte y planes mineros. Finalmente, se desarrollan con más extensión los aspectos de leyes de corte y generación de planes mineros de producción. Adicionalmente se ha introducido un análisis conceptual, en torno al impacto en el proceso de planificación, que producen diferentes misiones empresariales, que actualmente coexisten en empresas mineras, y una reflexión final de aspectos que se han denominado "ocultos" y que de alguna manera atentan contra un proceso de planificación exitoso.
2.2.- Planificación
La administración se puede concebir como un desarrollo racional, mediante el cual los recursos humanos, físicos y financieros son orientados hacia la materialización de un objetivo previamente definido. Dicho de otro modo, es investigar (para generar opciones), elegir (una de ellas) y preparar las tareas pertinentes para materializar aquello que se desea realizar.
Este desarrollo se traduce en un proceso constituido por un conjunto de tareas tales como planificar, organizar, dirigir y controlar, que son encausadas hacia un óptimo rendimiento, conforme a una filosofía ligada a la satisfacción de los diferentes actores involucrados.
Un enfoque sistémico en torno a la administración, se conceptualiza mediante una manera integrada de estructurar las actividades del estamento directivo. Dichas actividades o tareas se pueden ilustrar mediante el esquema funcional mostrado en la Figura 2.1
Figura 2.1 Esquema funcional
Una breve descripción de cada una de estas funciones (o subsistemas), del esquema conceptual anterior, se expone a continuación:
Subsistema de Valores, es el marco de referencia y guía de acción, que da sentido a todas las decisiones y actividades de cada día. Los valores condicionan las finalidades y los objetivos hacia donde debieran converger todos los esfuerzos particulares.
Subsistema de Decisiones, está presente en cada una de las tareas del administrador y se puede caracterizar todo el sistema, como una vasta red de información – decisión - acción. La decisión es la llave de todo el edificio de la administración, en atención a que su rol central consiste en convertir la información en acción.
Subsistema de Planificación, es el encargado de obtener una priorización de los objetivos, sus programas de actividades, sus presupuestos, estimando las necesidades y las restricciones tanto internas como externas. El presente capítulo centra la reflexión en torno a la problemática de planificación al interior de una empresa minera.
Subsistema de Organización, facilita la integración de las partes constituyentes del medio interno y externo, en una estructura apropiada. Es aquí donde se prevee los reagrupamientos de funciones y el establecimiento de las relaciones internas en función de los objetivos a realizar.
Subsistema de Dirección, esta estrechamente ligado a la ejecución eficaz de las tareas, centrando su accionar en los procesos sociales de funcionamiento empresarial, destacando los aspectos de liderazgo, trabajo de equipos, motivaciones, creatividad, y otros.
Subsistema de Control, mediante la ayuda de información sistematizada es posible realizar comparaciones entre lo realizado y los objetivos previstos en la planificación. La retroalimentación permite diseñar ajustes y cambios en las funciones anteriores.
La importancia que adquiere la función de planificar, es que sin ella los administradores no pueden saber como organizar el recurso humano, y material; puede que no tengan ni siquiera la idea clara de qué es lo que se necesita organizar. Sin un plan, no se puede dirigir con confianza o esperar que otros nos sigan. Y sin un plan, los administradores y sus seguidores tienen muy pocas probabilidades de lograr sus metas o de saber cuándo y dónde se están desviando de su camino.
Es al interior de este marco conceptual expuesto que se desarrollan los presentes delineamientos de la Planificación de Minas. La empresa minera, al igual que las empresas de otros sectores productivos, estructura su
administración mediante las funciones anteriormente señaladas. En consecuencia, la reflexión sobre la planificación de minas se insertará en este esquema funcional.
2.3.-Planificación Minera
Tal como se señalara anteriormente, es el proceso de planificación, el que permite identificar y pronosticar el que hacer, de modo de alcanzar los objetivos de la empresa, junto con los presupuestos, los planes de venta, los programas de inversión, las estimaciones de recursos y otros.
Para el caso de una empresa minera, es la planificación la encargada de definir el plan minero de producción: Dicho plan identifica el origen, la cantidad y la calidad de material a beneficiar, como también las estrategias, tiempos, y recursos requeridos para la materialización de lo programado.
Esta planificación minera debe reunir atributos de alta relevancia que es necesario asimilar, aceptar, y considerar en cada una de sus tareas constitutivas, tales atributos son:
Æ COHERENCIA Æ SISTEMICO Æ DINAMICO
El sistema de planificación minero debe ser COHERENTE, en el sentido de asegurar una plena y permanente armonía entre la estrategia de producción de corto, mediano, largo plazo y la misión empresarial.
Como consecuencia de lo anterior, los planes mineros deben constituir el camino base para acceder al objetivo del negocio, aceptando todas las restricciones técnicas y económicas que imponga el mercado, o que definan los propietarios de la empresa o finalmente las condiciones naturales del yacimiento.
El sistema de planificación minero debe ser SISTEMICO, en el sentido de aceptar que la obtención del plan minero de producción, es el resultado de variadas iteraciones y continuas retroalimentaciones que deben verificarse producto de los aportes que hagan los distintos sistemas constituyentes de la empresa. Es decir, el proceso de planificación debe entenderse como un proceso integrador y no como una actividad técnica específica que responde exclusivamente a la problemática del área mina.
El sistema de planificación minero debe ser además DINAMICO, en el sentido de reconocer que esta tarea está soportada por las mejores estimaciones de las variables relevantes, para el mediano y largo plazo, por lo tanto resulta natural e imprescindible que la planificación esté sujeta a constantes revisiones en la medida que se disponga de mayor información.
Es indudable que cambios en los precios de los productos finales repercuten necesariamente los planes mineros de producción, por ejemplo, si se trata de una empresa que persigue la maximización del rendimiento económico de su operación, la reacción lógica frente a un aumento del precio, será aumentar la producción. Cambios en los costos, en los avances tecnológicos, en las restricciones de mercado, en las restricciones de disponibilidad de recursos, entre otros, implicarán revisión y modificación de los planes mineros de producción.
En la planificación minera coexisten distintos aspectos que tienen relación con el tipo de problema y la realidad particular de la empresa en que se insertan. Dichos aspectos, además de coexistir, están interrelacionados y son los siguientes:
Escenarios de Planificación Niveles de Planificación Horizontes de Planificación
El análisis de cada uno de ellos y su importancia en el proceso de planificación es lo que se abordará en el presente texto.
2.3.1.-Escenarios de Planificación
Bajo este concepto se entenderá la caracterización del ambiente en que la planificación se debe desarrollar, el cual obedece al tipo de proyecto en el cual se inserta esta actividad. Así los escenarios identificables son básicamente dos:
Escenario de Proyectos Nuevos: Esta situación se verifica cuando la planificación corresponde a nuevos yacimientos para los cuales hay que desarrollar toda la estrategia en función de las restricciones técnicas y financieras; a proyectos de innovación que significan, la introducción de alguna tecnología o criterio completamente nuevo para la empresa, y a proyectos de ampliación, en los cuales se liberan restricciones operativas y debe encontrarse un nuevo nivel productivo que mejore la posición competitiva de la empresa.
Escenario de Faenas en Operación: en este caso normalmente existe una estrategia de planificación, y corresponde por ejemplo a definir cuerpos y/o sectores de reemplazo, políticas de reemplazo de equipos, de exploración y otros. En general, este escenario ofrece un marco menos flexible a la planificación, sin embargo es posible afirmar, que para todas aquellas empresas mineras que cuentan con restricciones en sus capacidades de tratamiento, al interior de sus funciones productivas (cuya planificación se inserta en este escenario), la planificación minera cumple el papel de definir el rendimiento económico global de la gestión empresarial.
2.3.2.- Niveles de Planificación
Una manera estructurada de enfocar la planificación minera es la incorporación de los Niveles de Planificación, definidos éstos en una primera instancia como planificación CONCEPTUAL y en una etapa siguiente, como planificación OPERACIONAL.
La Planificación Conceptual corresponde al delineamiento estratégico, que de manera coherente con la misión y las restricciones existentes, permite analizar y acceder adecuadamente a las grandes definiciones del negocio minero, tales como método de explotación, ritmos de producción, situación final de la explotación, entre los de mayor relevancia.
En este nivel de planificación se busca responder el qué hacer con el recurso geológico de tal modo de lograr los objetivos de la empresa y por ende enmarcarse dentro de la misión definida por ésta. El logro de los objetivos, implica un proceso iterativo, ideas preliminares, a nivel de perfil, son analizadas y un posterior proceso de evaluación conduce a rechazar algunas y a desarrollar otras, para finalmente optar por una o dos opciones para un análisis posterior más detallado.
La principal característica de esta fase de planificación minera radica en que es aquí donde se define la rentabilidad gruesa del proyecto. De hecho, las diferentes ideas vertidas tienen un grado de dispersión, en términos de rentabilidad, que es considerable y que debe ir disminuyendo en la medida que avanza la ingeniería, de lo cual se deduce que, por lo general resulta muy conveniente gastar más tiempo en el desarrollo de buenos conceptos, que avanzar con una idea que no ha sido confrontada con otras opciones.
El producto de esta fase corresponde a la definición de macro decisiones que son controlables por el planificador y que tienen una incidencia en el objetivo planteado. Si dicho objetivo dice relación con los beneficios actualizados de la operación, entonces las variables fundamentales a definir corresponden a un grupo interrelacionados de variables decisionales que a continuación se describen:
Tamaño de la Operación
El tamaño de una operación minera no sólo queda definido por la magnitud de la mina, éste también depende de los procesos posteriores. El análisis del tamaño óptimo para cada una de las instalaciones, necesariamente debe analizarse desde una perspectiva global teniendo presente las inversiones, costos de operación y características de la curva Tonelaje-Ley del yacimiento. En diversas ocasiones es la disponibilidad de fondos la restricción principal, y en ese caso el problema se reduce a encontrar el tamaño óptimo económico-técnico de cada etapa productiva bajo tal restricción.
Método de Explotación
El método a elegir deberá presentar las mejores ventajas para el objetivo planteado. Por lo general los aspectos técnicos que controlan esta decisión han sido ampliamente difundidos, no así los factores económicos que son los de mayor relevancia en esta etapa de planificación. La decisión de mayor importancia a este respecto es si la mina deberá ser subterránea o rajo abierto, o eventualmente cuando será conveniente permutar una inicial explotación a cielo abierto por una subterránea terminal.
Límites Finales
El límite de explotación es aquella frontera que define hasta donde es conveniente extender una operación minera. Para el caso de una mina a rajo abierto, este límite se conoce como rajo final, y en una mina subterránea, se le denomina usualmente envolvente final. La definición de este límite es atemporal, en el sentido de que es conveniente extraer cualquier tonelada que cubra su costo marginal independiente del tiempo en que se extrae.
Secuencia de Explotación
A partir de una situación inicial, es necesario conocer cual es el mejor camino para llegar al límite final. La definición de esta secuencia implica un fuerte impacto en el valor presente del negocio, y su búsqueda es una tarea compleja que requiere de un análisis individual de opciones. La idea es ir consumiendo el depósito de manera tal que responda a los objetivos planteados en la misión definida por la empresa, cumpliendo las restricciones propias de toda explotación minera, tales como geomecánicas, operacionales, legales, entre otras.
Estrategia de Leyes de Corte
Una vez establecido el tamaño del complejo minero, el límite final y la secuencia de explotación, existe una variable de decisión que afecta directamente al tiempo requerido para consumir el depósito; dicha variable es la Ley de Corte, que en esencia permite discriminar económicamente entre mineral y estéril. Una ley de corte alta implica que la proporción de mineral del depósito es baja y por lo tanto, la vida de la mina se reduce y viceversa. Entre estos dos extremos, existe una estrategia que conlleva a una maximización del beneficio actualizado. Si el modelo matemático que resuelve esta incógnita está bien formulado, la estrategia óptima por lo general, significa leyes de corte decrecientes en el tiempo, este vector en definitiva permite conocer la cantidad (tonelaje) y calidad (ley) de las reservas mineras o extraíbles.
Planes Mineros de Producción
Bajo este concepto se debe cuantificar las necesidades de recursos humanos, físicos y financieros, que permitan materializar las metas de producción en el tiempo. También aquí se desarrollan los trabajos que permiten recomendar la estrategia de alimentación a planta, si la empresa en cuestión, tiene posibilidades de producción entre varios sectores o entre diferentes yacimientos.
Todas las variables decisionales anteriormente descritas no son independientes, sino que por el contrario tienen una relación funcional entre ellas y para su optimización es necesario recurrir a un análisis circula. Allí se tiene además las distintas fuentes de información necesarias para establecer el escenario en donde se desarrollará este proceso de planificación. La información geológica, geotécnica, y metalúrgica constituyen una entrada esencial para el análisis de cualquier proyecto minero; el cual además se ve influenciado por una serie de variables exógenas, tales como el precio de venta del producto.
La Planificación Operacional por su parte es el conjunto de tareas que, define las soluciones de corto plazo, al generar las proposiciones que optimizan en forma permanente el concepto del negocio minero diseñado en la fase anterior.
Como aspectos relevantes de esta actividad están las constantes optimizaciones que son factibles de incorporar a toda explotación minera tales como, equipos más eficientes, optimización de infraestructura de servicios,
cambios en métodos constructivos, incorporación de materiales con nueva tecnología, software más poderosos y otras.
En general, en este nivel de planificación se insertan los esfuerzos que el planificador hace permanentemente por introducir modificaciones en las distintas operaciones unitarias y de apoyo, existentes en toda explotación minera, con el fin de mejorar eficiencias y costos.
Lo importante de entender es que toda la actividad que en este contexto se desarrolla, está inserta en la estructuración dada al proyecto en su fase previa de planificación conceptual, y que en consecuencia, no es esperable un cambio que afecte significativamente el nivel de rentabilidad del proyecto.
Esquemáticamente, la diferencia entre ambos niveles de planificación, es bosquejada en la Figura 2.2
Figure 2.2
Como se puede apreciar, las macro decisiones tomadas durante la planificación conceptual definen en forma gruesa la rentabilidad del negocio. Sin embargo, una vez que ya nos encontramos en una planificación operativa las decisiones pasan a ser menos influyentes en la rentabilidad.
2.3.3.-Horizontes de Planificación
Bajo este concepto se entenderá lo que tradicionalmente se denomina Planificación de Largo, Mediano y Corto Plazo, hitos que históricamente han estado asociados a períodos.
La planificación de Largo Plazo es básicamente una planificación conceptual donde se establece la estrategia global de la empresa, para un horizonte superior a 5 años y que muchas veces va hasta el agotamiento del yacimiento. Otra de sus características es que la flexibilidad que presenta para la toma de decisiones es alta, vale decir es posible introducir cambios estructurales en la concepción del negocio. Desde un punto de vista estrictamente económico el concepto de largo plazo, tiene implícito el cambio, es decir, en el caso extremo nada es fijo y permanente. De acuerdo a lo anterior, en el proceso de planificación de Largo Plazo debieran liberarse gran parte de las restricciones que se verifican en el Corto y Mediano Plazo
Como Mediano Plazo se entiende comúnmente aquella actividad de planificación cuyo horizonte abarca de uno a cinco años, dependiendo del tamaño de la operación y/o las políticas de la empresa. Esta actividad se inserta en la planificación de largo plazo, en el contexto de lograr cumplir con la estrategia allí delineada, siendo la base de la estimación y evaluación económica de la empresa, puesto que las decisiones que se adopten para este horizonte,
tendrán una flexibilidad a los cambios limitada.
Es así como es común entender el Corto Plazo, como aquella actividad de planificación cuyo horizonte es un año o menos, por lo que su detalle y concepción está fuertemente condicionado por la realidad contingente de la faena o proyecto, y corresponde a un detalle de todas las actividades que se desarrollan en el año. Es frecuente que la revisión de estos planes sea trimestralmente. Evidentemente el marco de referencia de esta planificación lo constituye el Mediano Plazo.
2.4.- La misión empresarial en minería
La misión empresarial, la cual forma parte integral del sistema de administración racional de una empresa, se constituye como la base que guía todos los esfuerzos para el logro de los objetivos delineados al interior de ésta. Tal logro de objetivos se obtiene mediante una relación funcional entre la misión empresarial y los demás subsistemas involucrados, es decir, decisión, planificación, organización, dirección y control.
Al estar claramente definida la misión u objetivo de la empresa, y además los criterios de planificación fusionados con tal función objetivo, entonces es posible intuir que, los planes mineros desarrollados estarán concebidos de modo tal de cumplir con la misión empresarial.
"CUANDO NO EXISTE UNA MISION, TODOS LOS CAMINOS SIRVEN"
De acuerdo a distintas misiones, en distintas empresas e incluso al interior de una misma empresa, es obvio que se planificará con criterios económicos diferentes, lo cual redundará en planes mineros diferentes.
Dentro del negocio minero, la gestión de planificación se ha desarrollado fundamentalmente en base a tres misiones empresariales típicas, las cuales se detallan a continuación:
2.4.1.- Maximización de la Recuperación del Yacimiento
Esta misión induce a beneficiar todo material, que al menos pague sus costos marginales de tratamiento. El impacto de esta misión dentro del proceso de planificación minera, se traduce en los siguientes conceptos:
Mineral es todo material cuyo costo marginal de tratamiento es menor o igual a su ingreso marginal. Tal definición permite definir una ley de corte fija en el tiempo.
El raciocinio utilizado en la definición de mineral, no incluye consideraciones que permitan mejorar el rendimiento económico del negocio, al considerar y valorizar las restricciones de capacidad, como un costo de oportunidad.
Las secuencias de explotación, privilegian aspectos operacionales de producción y extraen el máximo de material desde diferentes sectores con leyes mayores o iguales a la ley de corte establecida.
2.4.2.-Maximización de la permanencia en el Negocio Minero
En tal misión, tras un análisis de perspectivas de costos de productores competitivos, se define un nivel mínimo que aceptará la operación productiva. En base a este costo, es factible discriminar entre mineral y estéril; a dicho costo, se le denomina Costo de Corte. En consecuencia, esta misión genera el siguiente supuesto dentro del proceso de planificación minera:
Mineral es todo material cuyo costo marginal de producción es menor o igual que el Costo de Corte prefijado. También es posible razonar a través de una ley de corte, pero cuyo beneficio marginal es positivo y fijado con anterioridad por la unidad de planificación.
Esta metodología, basada centralmente en los costos de producción, no considera la pérdida en que se incurre en aquellos escenarios en que el precio del producto en cuestión se sitúa muy por encima del Costo de Corte prefijado.
La metodología, además, no considera el concepto valor del dinero en el tiempo en la definición de mineral: por lo tanto, no pondera económicamente el obtener flujos monetarios en distintos tiempos.
2.4.3.-Maximización del Valor Presente Neto
Esta misión estructura la planificación minera tras una meta de intentar lograr el mejor rendimiento económico actualizado del negocio minero. Tal rendimiento económico se obtiene cuando la planificación minera envía a proceso el mejor material, y deja en stock o in situ el material que hace disminuir la renta actualizada del negocio.
La definición del mejor material y por lo tanto, lo que es mineral, está asociado a un Costo de Oportunidad, el cual es equivalente a reconocer el valor del dinero al interior del proceso de planificación minera.
Al definir que un material va a proceso, no basta con constatar que su renta marginal sea positiva, además es necesario probar que su renta es superior al costo de postergar el resto del yacimiento, por un tiempo equivalente al que demanda el tratamiento del material en análisis.
De acuerdo a los conceptos antes enunciados para la presente misión, tendremos que mineral es todo material que tras su proceso de beneficio, hace incrementar el valor presente de los flujos monetarios del negocio en cuestión.
De lo anunciado resulta evidente la importancia de la misión, puesto que ésta por sí sola guiará todo el proceso de planificación. Es importante destacar sí, que sólo la última misión se fundamenta en una racionalidad económica más rigurosa y consistente con la misión empresarial observada en otros rubros de la economía, además es la que actualmente motiva a la mayoría de las empresas del rubro minero.
CAPITULO III VARIABLES IMPORTANTES QUE CONDICIONAN LA EXPLOTACION DE MINAS A CIELO ABIERTO.
3.1.-Introducción
Una mina a tajo abierto es una excavación superficial, cuyo objetivo es la extracción de mineral económico. Para alcanzar este tipo de mineral, usualmente es necesario excavar además, grandes cantidades de roca estéril. La selección de los parámetros de diseño, las condiciones de este mineral y la extracción de estéril, son decisiones bastante complejas desde el punto de vista de la ingeniería, ya que implica una considerable importancia en el ámbito económico.
El proceso de diseño consiste en dos fases:
Crear un esquema o una serie de esquemas alternativos, y Evaluar y seleccionar el mejor de estos esquemas
Las etapas de la primera fase, son las siguientes: exploración, etapa conceptual y etapa de diseño.
La etapa de exploración, la cual es la primera parte del proceso, consiste en la construcción de un modelo de yacimiento, incluyendo información topográfico, geológica y geotécnica.
Posteriormente, se encuentra la etapa conceptual durante la cual se evalúan una serie de requisitos, y se considera el tipo de transporte que se utilizará para trasladar el mineral y el material estéril. A menudo, se estudiarán varios sistemas alternativos.
La ubicación y el tamaño de las plantas de trabajo, resultan ser puntos extremadamente importantes para el proceso del diseño final. El tamaño de la planta procesadora, chancadores, etc., determinarán la capacidad de producción de la mina. La capacidad de producción, juega un rol más importante en la dictación del flujo de fondos que puede afectar toda la estrategia económica para la propiedad.
La información de costos unitarios en todos los aspectos de la operación, estaría incluida en esta etapa, así como las proyecciones del valor y la demanda de mercado de mineral económico a producir.
La etapa de diseño continúa independientemente, y este es un procedimiento iterativo. Inicialmente, se llevaría a cabo una optimización de los límites económicos del proceso de excavación basados en el aprovechamiento máximo, utilizando el modelo de yacimiento desarrollado durante la etapa de exploración. Luego, se deberá realizar una secuencia minera para los diversos sistemas de transporte y niveles de producción.
Deberán desarrollarse los requisitos de equipamiento para cada una de las opciones, además de un análisis de flujo de fondos de todo el proceso. La ubicación de los límites económicos del proceso de excavación dependen de cierta forma de los aspectos del flujo de fondos. Por lo tanto, será necesario evaluar otros aspectos económicos que no sean aquéllos inicialmente considerados para determinar la susceptibilidad del flujo de fondos en la ubicación exacta de los límites de excavación. Asimismo, para cada sistema de transporte, capacidad de producción, etc. a considerar, se deberá crear un diseño completo que incluya un programa, selección de equipamiento y flujos de fondos, a fin de determinar finalmente la alternativa por la cual se deberá optar.
La elección de un método de explotación de un yacimiento mineral se basa principalmente en una decisión económica (Costos, beneficio, inversiones, flujos de caja, etc.). Esta decisión está relacionada con múltiples factores propios del yacimiento tales como:
- Ubicación. - Forma. - Tamaño.
- Topografía superficial.
- Profundidad del cuerpo mineral. - Tipo de mineral.
- Complejidad y calidad de la mineralización.
- Características del macizo rocoso. - Calidad de la información de reservas.
- Inversiones asociadas.
Esta información provendrá de una campaña de exploración debidamente desarrollada.
Además, y no menos importante, la elección dependerá de las políticas, necesidades y recursos que disponga la empresa interesada en realizar dicha explotación.
Es por ello que cada yacimiento es potencialmente sensible a ser explotado por cualquier método minero, de los cuales serán descartados los que no representen un buen negocio para la empresa interesada.
Una vez definido el método más apropiado podremos pensar si el proyecto minero proseguirá su curso hacia la explotación y para efectos de nuestro propósito asumiremos que esta etapa ya ha sido salvada y que definitivamente explotaremos yacimientos por el método de Rajo Abierto (Cielo Abierto u Open Pit, como se conoce comúnmente el mismo método en otros países, donde recibe distintos nombres).
La explotación de un yacimiento por el método de rajo abierto, requiere de datos iniciales, provenientes de campañas de exploración (Sondajes), los cuales serán procesados de modo de obtener un modelo de bloques (Krigeage, Ivor, etc.). Este modelo de bloques consiste en una matriz tridimensional de bloques de dimensiones definidas por su largo, ancho (ambos iguales por lo general) y alto, este último valor corresponderá a la altura de los bancos del futuro rajo. Dicha altura será definida principalmente en función de las características del yacimiento y la elección de los equipos de explotación. La altura del banco a su vez define en la estimación de reservas la altura que tendrán los compósitos en la campaña de sondajes.
Cada uno de los bloques podrá guardar información relevante de datos como: - Tipo de Roca (geomecánica, estructuras y litología).
- Leyes (tanto del mineral principal como de sus sub - productos).
- Datos económicos (costos de extracción, de proceso, de venta y/o beneficio económico asociado).
- Recuperaciones metalúrgicas.
- Etcétera.
Una vez disponible la información entramos a la etapa de diseño, la cual nos entregará como resultado los límites económicos de nuestra explotación denominado Pit final, a lo cual podemos agregar los límites de las distintas etapas de la explotación llamadas Fases, las cuales nos definen la secuencia de explotación del yacimiento.
Debemos notar que muchos de los datos utilizados para el diseño del rajo, son estimaciones basadas en estudios y recopilación estadística de otras explotaciones, además de los datos sujetos a corrección por la aparición de nuevas tecnologías (influyentes en los costos), nuevas reservas (futuras expansiones) y condiciones del mercado (Precio del metal, leyes nacionales, regulaciones ambientales, políticas nacionales e internacionales, etc.), por lo que difícilmente podemos decir que nuestro rajo se comportará tal cual lo hemos planteado en la etapa inicial del diseño. En otras palabras debemos decir que el diseño final de un rajo con seguridad será modificado al ir incorporando información fresca en las bases de datos.
Disponiendo de los límites económicos del rajo final y las fases de explotación, es decir la secuencia de extracción de materiales, debemos definir el Cómo vamos a extraer las reservas, por lo que debemos entrar en una etapa de planificación de la explotación.
Esta planificación comprende tres etapas paralelas y que cada una abarca las actividades de explotación para períodos de tiempo distintos, hablamos entonces de Planificación de Corto, Mediano y Largo Plazo.
En estas etapas se planifican las actividades a realizar en función de la explotación misma del rajo, políticas de la Compañía (necesidades, recursos, intereses, etc.), influencia de agentes internos (problemas climáticos, recursos humanos, etc.) y externos a la empresa (mercado, regulaciones, normativas, etc.).
Dependiendo de cada explotación la planificación de corto, mediano y largo plazo abarcará períodos distintos (Corto plazo: día, semana, mes, trimestre, semestre. Mediano plazo: trimestre, semestre, año, bi anual, tri anual. Largo plazo: anual, bi anual, 10 años, etc.).
Como todo proyecto, la explotación de un yacimiento deberá ser evaluada técnica y económicamente, dentro de un período o vida del yacimiento. Esta vida del yacimiento dependerá principalmente de las cantidades de reservas mineables, ritmo de explotación requerido o producción de la faena y de las necesidades, políticas, recursos o intereses de la empresa.
Para la correcta evaluación del proyecto, debemos contar con los datos necesarios para el desarrollo de los estudios, los cuales provendrán de fuentes de información técnica fidedignas, tales como la operación de otros yacimientos de similares características, tecnología, procesos productivos involucrados y la experiencia de los encargados de evaluar dicho proyecto.
Dentro de los procesos productivos se encuentran por ejemplo: - Perforación.
- Tronadura.
- Carguío y Transporte.
- Sistemas de manejo de materiales.
- Servicios de apoyo.
Dentro de los otros procesos que participan de la producción (no menos importantes) se encuentran: - Exploraciones (paralelas a la operación).
- Proceso físico-químico del mineral (Conminación, flotación, fundición, aglomeración, lixiviación, electro obtención, etc.).
- Venta del producto (transporte, seguros, impuestos, etc.).
Debemos notar que existen actividades paralelas a estas que participan directamente con las distintas operaciones y que forman parte del proceso mismo y de sus costos asociados como por ejemplo:
- Geología.
- Mantención de equipos, maquinarias e instalaciones. - Depreciación de los equipos.
- Suministros de energía e insumos. - Recursos humanos y administración. - Seguridad, higiene y prevención de riesgos.
- Medio ambiente.
- Contabilidad y finanzas.
- Control de calidad.
- Etcétera.
Cada uno de estos procesos o actividades ligadas a ellos, significa un costo dentro del desarrollo de la explotación. Estos costos serán los que definirán si un bloque con ley mayor que cero será considerado como Mineral, Mineral de baja ley o simplemente Estéril, ya que obtener el fino asociado a ese bloque significará un costo y por ende un beneficio económico para el proyecto.
El modelo de explotación a cielo abierto obedece a un modelo de explotación utilizado para distribuciones minerales ubicadas cerca de la superficie y generalmente emplazadas en grandes extensiones de terreno. Su desarrollo consiste en la formación de un anfiteatro que va alcanzando su mineral a través de rampas y bancos que permitan el buen funcionamiento de las operaciones mineras.
3.2.-El modelo de bloque:
Como hemos dicho un modelo de bloque es una discretizacion de un volumen , por medio de un conjunto de figura geométrica , por lo general compuesta de un sola estructura base que es un paralelepípedo y que se repite ,hasta ocupar todo el espacio que se quiere estudiar ,además de dimensiones predefinida .
Para la evaluación del proyecto se construyo un modelo de bloque con una geometría con características que van de acuerdo al sistema de explotación a utilizar.
Las principales características del modelo , por ejemplo son las siguientes: Elemento de interés : Cobre
Tamaño de la Bloque . : 15 *15 *15 m.
Números de bloques : 228 en dirección Este. 190 en dirección Norte.
56 en elevación. Coordenadas Origen : 22.550 Norte 6700 Sur
1200 Cota mínima Orientación del modelo (Azimut) : 0°
Figura 3.1 modelo de bloque
Una de las preguntas básicas que nace es ¿De que depende las dimensiones del modelo de bloque? , a) Características del deposito
b) Continuidad espacial c) Pasta a explotar. d) Selectividad
El modelo de bloque condicionara las unidades básicas de explotación, como así mismo toda la información que quedara establecida en función de los bloques presentes.
3.2.2.- Información básica del modelo de bloque
La información básica de un modelo de bloque es la siguiente : 1.-La información topográfica
La escala de los planos esta en función del detalle que de el se desee y para que trabajo , por lo general en la mina se emplean plano 1:500
3.2 modelo topográfico del distrito
3.2.3.-Información de sondajes
La tabla 3.2 muestra la información básica de los sondajes , ella es el nombre alfanumérico del collarín , además la localización referida a un sistema local o UTM y el largo del sondaje .En la figura 3.3 se muestra una distribución de sondajes
Tabla 3.1 :Base de datos de los sondajes
3.2.4.-Información de las muestras
Atendiendo un protocolo de muestreo, cada muestra debe ser identificada y analizada por los elementos a estudiar , estos quedan definido por la pasta principal o por una secundaria que pueda presentar interés económico ,
además se pueden establecer las litologías o cualquier otra información.
3.1.5 .-Información Assays
Este archivo sintetiza todos los resultados , análisis químicos , evaluación cualitativa etc , la tabla 3.2 muestra un ejemplo , en ellas esta el nombre del sondaje .el comienzo y el fin del sondaje , los resultados de de todos los tramos estudiadas .
Tabla 3.2 Archivo Assay 3.2.6 .-Interpretación del modelo geológico
La figura 3.5 muestra la interacción de la etapa de definición de los cuerpos geológicos partiendo de los sondajes y los datos topográficos , podemos generar secciones donde en base a ellas podemos “crear “ un solidó , que representa la mineralización y en su disposición espacial , sus medidas y orientaciones .
De la misma manera podemos construir modelos para las litologías , para las alteraciones ,para elementos de interés y también para algunas variables geomecanicas .
Figura 3.5 Secuencia de construcción de un solidó
La figura 3.6 muestra la representación del modelo 3D , con los actuales sistemas computacionales se puede tener una buena representación espacial el cuerpo . el cual puede ser observado en la posición deseada por el observar .
Figura 3.6 Modelo 3D
3.3.-Parámetro básicos de diseño
Dentro de los parámetros básicos que es necesario para una planificación de una mina a cielo abierto , están los siguientes :
3.3.1.-Razón estéril mineral
Razón existente entre la cantidad de material estéril que se retira de una mina a cielo abierto con respecto a la cantidad de mineral útil aprovechable que puede alcanzarce. Esta razón puede ser variable a la largo de la vida útil de la mina. Ej.: remoción de material estéril para llegar a la zona mineralizada en una etapa de pre-producción, también etapas de expansión etc. Los resultados de un diseño de rajo determinarán las toneladas de lastre y de mineral que contiene el rajo. La razón lastre - mineral para el diseño, arrojará la razón de despeje promedio para ese rajo. Este se diferencia de la razón de despeje de equilibrio o razón límite económica que se utilizara para diseñar el rajo.(figura 3.7 )
Figura 3.7 Esquematización de la razón lastre mineral
La razón lastre-mineral puede ser determinada por diversos criterios, uno de estos corresponde a un criterio de estabilidad y seguridad, en el cual la relación lastre-mineral se encuentra en función del ángulo de talud.
Otro criterio corresponde a un criterio económico a través del cual se determina una razón límite económica, dada por la siguiente relación:
Donde
A = ingreso por tonelada de mineral
B = costo de producción por tonelada de mineral (incluidos todos los costos hasta el punto de venta, excluido el despeje)
C = costo de stripping o despeje por tonelada de lastre
En ciertos estudios, se incluye un requerimiento de utilidad mínima en la fórmula.
Donde:
D = utilidad mínima por tonelada de mineral
Figura 3.8 Razón lastre mineral Valores críticos para la razón lastre-mineral:
(2:1 o 3:1), puede estimarse como un valor razonable.
(5:1 a 7:1), puede estimarse como un valor crítico, el cual puede determinar el cierre del yacimiento o el cambio del método de explotación.
3.3.2.- Geometria de la excavación.
Debido a que la excavación realizada se lleva a cabo en un medio rocoso, se esta produciendo un desequilibrio en el sistema, por lo cual es deseable una excavación circular o elíptica debido a que los esfuerzos de tracción y compresión que aparecen tienden a ser nulos o a contrarrestarse uno con otros.
RDE = (A –B)/C
Figura 3.9 Esquema mina cielo abierto
Haciendo un análisis de esfuerzos utilizando un sistema idealizado cuyas deformaciones se encuentran gobernadas por un sistema de ecuaciones de compatibilidad y aprovechando las funciones de Airy como soluciones a dichos sistemas, se puede observar lo siguiente:
Los esfuerzos se hacen máximos en aquellos lugares donde el radio de la excavación es menor.
Los esfuerzos se hacen mínimos en aquellos lugares donde el radio de excavación es mayor.
Es recomendable tener radios de curvatura lo menos cerrado posible.
Para aliviar los esfuerzos es recomendable por lo tanto realizar una expansión en una línea , en el lugar donde se pretende disminuir los esfuerzos.
Como consecuencia de los máximos esfuerzos de compresión, tracción y cizalle, se
producen algunos efectos como: el agrietamiento en la periferia, problemas de derrame, volcamientos de bancos (toppling), deslizamiento de cuñas y deformación por relajación de la roca.
3.3.3.- Angulo de talud
El talud de la pared del rajo constituye uno de los principales elementos que afectan el tamaño y forma de éste. El ángulo de talud corresponde al ángulo que forman las paredes del yacimiento con respecto aun eje horizontal imaginario este ángulo varia entre 35 y 55 grados dependiendo de la profundidad que se alcance en la explotación. El talud del rajo ayuda a determinar la cantidad de lastre que se debe mover con el objeto de explotar el mineral. El talud del rajo se expresa, normalmente en grados desde el plano horizontal.
La pared de un rajo necesita permanecer estable en tanto se esté llevando a cabo una actividad de explotación en esta área. La estabilidad de las paredes del rajo debe ser objeto de un análisis lo más cuidadoso posible. Los factores claves en la evaluación del ángulo de talud más adecuado son la resistencia de la roca, las fallas, los planos de
falla, la presencia de agua y otros datos geológicos;. Se puede determinar un talud promedio global y simple para el rajo (por ejemplo 45º), pero un estudio más detallado podría demostrar que las características físicas del depósito hacen que el talud del rajo cambie de acuerdo con el tipo de roca, localización del sector, cota u orientación dentro del rajo.
La correcta evaluación del talud arrojará los taludes que permitan que las paredes del rajo permanezcan estables. Las paredes del rajo se deben dejar lo más paradas posible, con el objeto de minimizar la razón de despeje. El análisis de taludes del rajo determina el ángulo que se utilizará entre los caminos del rajo. El talud global del rajo utilizado para el diseño debe ser más bajo, con el propósito de dar cabida al sistema de caminos en el rajo final.
Angulo de Trabajo o cara del banco: Angulo que tienen los bancos en producción, determinado por las labores de tronadura y el ritmo de explotación diario, con el objeto de mantener la seguridad y rentabilidad del método.
Angulo Final: Se pretende alcanzar una vez finalizada la explotación.
Angulo Interrumpa Es el angulo que forma la linea que pasa por todas las “pata” de los bancos y la horizontal
Se observa una relación entre el ángulo de talud y la razón estéril mineral. A mayor ángulo de talud, menor razón estéril mineral y a mayor ángulo de talud, menor razón estéril mineral
3.3.3.1.-Variables de las cuales depende el ángulo de talud: Factores geológicos ( diaclasas, clivajes, fallas).
Factores geotécnicos ( cohesión, ángulo de fricción, resistencia a la compresión y tracción, densidad, etc)
Factores relacionadas con las aguas subterráneas ( porosidad, índice de huecos, presión de poros ,etc)
Factores geométricos ( altura y ancho de los bancos, etc) Factores de tronadura ( quebradura, precorte, efecto sismo, etc)
Cuanto más coherente y más bajo sea el banco, más vertical puede ser la cara del mismo y, por el contrario, cuanto más suelto y alto, más tendido será el banco; es función, pues, de las características estructurales y resistentes de los materiales y deberá ser determinado geomecánicamente.
Otro factor que puede obligar a inclinar la cara de banco es el buen efecto que sobre las tronaduras ejerce el disparo con barrenos inclinados. Pero, en conjunto, puede afirmarse, con respecto a los taludes de cara de banco, la posibilidad de operar con dos, uno inclinado que puede coincidir con el ángulo de la cara del banco de trabajo y otro, más vertical, igual al ángulo final de la cara de banco, especialmente si en las últimas tronaduras se utilizan barrenos de contorno para mejorar la estabilidad de los macizos residuales y/o se unen varios bancos.
Es habitual y recomendable utilizar, durante el trabajo en roca media, ángulos de cara de banco entre 60° y 75° y, al final, dejados casi verticales, incluso uniendo varios bancos para poder disponer de bermas de seguridad más prácticas. Esto último dependerá del plan de restauración previsto.
La determinación del ángulo de talud busca encontrar un número que represente la estabilidad del talud, lo cual se conoce como factor de seguridad y que tiene los siguientes valores críticos:
Factor de seguridad igual a 1.0, indica indiferencia.
Factor de seguridad menor que 1.0, indica problemas de estabilidad y posibles colapsos. Factor de seguridad mayor que 1.0, corresponde a un valor óptimo de seguridad.
Uno de los métodos utilizados para la determinación del factor de seguridad corresponde al método de las cuñas, donde este factor se puede representar en la siguiente ecuación:
Donde: C : cohesión.
n : esfuerzo normal a la cuña. W : peso de la cuña.
: ángulo de fricción
Figura 3.11 Los esfuerzos presentes en un talud Fs = C + n * tag W * sen L L C C B B A A R R N N w wsseenn w wccooss W W H H P Pllaanno o ffaalllla a úúnniicco o
3.3.4.- Altura de banco
La altura de banco es la distancia vertical entre cada uno de los niveles horizontales del rajo. A menos que las condiciones geológicas especifiquen lo contrario, todos los bancos deben tener la misma altura. Ésta dependerá de las características físicas del depósito; el grado de selectividad requerida en la separación de minera y lastre con el equipo de carguío; el índice de producción; el tamaño y el tipo de equipamiento para lograr los requerimientos de producción; ylas condiciones climáticas. La altura de los bancos es igual a la altura del modelo de bloque o en su efecto a un múltiplo de este.
La altura de banco debe fijarse lo más alto que sea posible, dentro de los límites del tamaño y tipo de equipamiento seleccionado para la producción deseada. El banco no debe presentar una altura tal que implique problemas de seguridad por caída de bancos de material tronado y sin tronar o de placas congeladas en invierno. La altura del banco en las minas de rajo abierto oscila, normalmente, entre los 15 metros en las grandes minas de cobre e, incluso, 1 metro en otros yacimientos como los de uranio.
La altura de banco tiene importancia la disposición estructural o morfológica del yacimiento, el control de la dilución durante la extracción, el alcance de los equipos, etc.
La selección de alturas de banco grandes, presenta las siguientes ventajas:
Mayor rendimiento de la perforación, al reducirse los tiempos muertos de cambio de posición.
Mejora de los rendimientos de los equipos de carga, al reducirse los tiempos muertos por cambio de tajo, así como por desplazamientos del equipo dentro del mismo.
Menor número de bancos y, por tanto, mayor concentración y eficiencia de la maquinaria. Infraestructura de accesos más económica por menor número de bancos.
Por el contrario. las ventajas de alturas pequeñas son las siguientes:
Mejores condiciones de seguridad para el personal y maquinaria pues el alcance de las maquinas de carga permiten un mejor saneo y limpieza de los frentes cuando es necesario El control de las desviaciones de los barrenos es más efectivo para de martillo en cabeza. Mayor control sobre la fragmentación de la roca en la tronadura.
Mayor rapidez en la ejecución de rampas de acceso entre bancos.
Menores niveles de vibraciones y onda aérea, al ser las cargas operantes más pequeñas. Mejores condiciones para la restauración y tratamiento de los taludes finales.
La selección de la altura óptima es el resultado de un análisis técnico económico apoyado en estudios geológico y geotécnicos que incluyen el aspecto de seguridad de las operaciones, así como los estudios de recuperación de los terrenos afectados por las actividades mineras cuando se llega a la situación final.
3.3.5.-Quebradura
Zona de inestabilidad que produce la tronadura de la última corrida de tiros sobre la futura cara libre de un banco que va entrar en explotación. La Quebradura condiciona las operaciones de carguío y transporte debido a la variación que se produce en el ancho del banco.Esta se puede calcular de lasiguiente manera
Q =Hb*Fq Q=Quebradura metros
Hb=Altura del banco
3.3.6.- Ancho de los bancos
Toda mina a cielo abierto requiere vías de acceso y de salida para camiones, transito de palas a distintos frentes de extracción en general para el desplazamiento de vehículos menores.
El ancho de Banco queda definido por los siguientes factores: Comportamiento del parámetro quebradura, Técnicas de tronadura amortiguada empleadas y normas de seguridad impuestas en la mina ( vías de doble transito y ancho de berma y derrame).
Se define como anchura mínima de banco de trabajo la suma de los espacios necesarios para el movimiento de la maquinaria que trabaja en ellos simultáneamente. Siempre es necesario considerar una distancia de seguridad del orden de los 5 mts hasta el borde del banco.
Figura 3.12 Diseño tipico de ancho de operación de un banco 3.3.7.-Rampas y accesos
Las pistas son los caminos por los cuales se realiza el transporte habitual de materiales de la explotación, es decir, por los que circulan las unidades de acarreo. También existen rampas que se utilizan exclusivamente como acceso a los rajos de los equipos que realizan el arranque y su servicio esporádico.
Ambas tienen distinto tratamiento y diseño, pues mientras que por las primeras la circulación puede ser continua en los dos sentidos y a marcha rápida, la utilización de las segundas es mínima y a velocidad mucho más lenta. En éstas últimas, la pendiente debe recomendarse por razones de seguridad pues, aunque la lubricación de los mecanismos de las máquinas que van a circular por ellas permita fuertes inclinaciones, en ningún caso debe sobrepasarse el 20%, sobre todo teniendo en cuenta que, en ocasiones, también circularán por ellas vehículos de mantenimiento y reparación. Con relación a su anchura, ésta debe superar, por lo menos, en dos metros el ancho de vía de la unidad más ancha que vaya a circular por ellas.
Respecto a las pistas y rampas de transporte, en su diseño hay que considerar, en relación con las unidades de transporte que se utilicen, una sede de parámetros que, sin perder el ritmo de operación, las hagan seguras.
Las bermas, se utilizan como áreas de protección, al detener y almacenar los materiales que puedan desprenderse de los frentes de los bancos superiores, y también como plataformas de acceso o, incluso transporte, en el talud de una excavación.
La altura o separación entre bermas, así como su anchura son función de las características geotécnicas del macizo de explotación que conjuntamente con el resto de los parámetros que intervienen en el diseño de la mina conducen a la obtención de un factor de seguridad que garantice la estabilidad del, talud general y seguridad de los trabajos. En el caso que una berma se utilice para la circulación de su anchura debe cumplir con lo establecido para las pistas.
Figura 3.13 Esquema de un banco
Cuando en las explotaciones se produzcan, con frecuencia, desprendimientos de los taludes y sea necesario trabajar en los niveles inferiores, o cuando se vayan a abandonar las minas, pueden construirse banquetas de material suelto -a modo de cordones o muros- para la protección en las propias bermas y para que retengan el material caído desde una cierta altura.
Tabla 3.3: Dimensiones recomendadas para la construcción de banquetas Altura de
Banco (mts) Impacto (mts) Zona de banqueta (mts) Altura de de banqueta (mts) Anchura mínima de Anchura berma(mts)
15 3.5 1.5 4 7.5 30 4.5 2 5.5 10 45 5 3 8 13 3.3.8.- Proyeccion de la pila de material quebrado
Esta variable condiciona el tipo de equipo de carguío a utilizar en el desarrollo de mina ( cargadores frontales y palas electromecánicas), y corresponde a la geometría que tiene la pila de material fragmentado por tronadura
En este sentido se pueden distinguir tres tipos de pilas de proyección:
La pila apretada: Es consecuencia de los tiempos de retardo utilizados y generalmente contiene bolones preformados.
Pila extendida: Compuesta por una zona que tiene una altura optima de trabajo y una zona de reapilamiento.
Pila normal : Proyección optima según los requerimientos de carguío de palas o cargador. 3.3.9.-Diferentes leyes de corte
Es el criterio usado en minería para discriminar entre mineral y estéril en un yacimiento minero. El material cuya ley es menor que la Ley de Corte, se clasifica como lastre y es, dependiendo del tipo de minería, dejado in-situ o llevado a botaderos. Cuando es superior a la Ley de Corte, se clasifica como mineral, y es enviado a tratamiento para su recuperación y eventual venta.
La ley de corte se puede clasificar como: Ley de corte económica
