Clase 4_b_conceptos Explotacion Op.pdf

CONCEPTOS GENERALES OPEN PIT DESIGN

Minería a cielo abierto • Excavación superficial, cuyo objetivo es la extracción de mineral. • • • • •

Requisitos de diseño open pit: Modelo de Bloques (calidad de los recursos minerales). Modelo de costos (mejor estimación de los costos de largo plazo). Precio de Largo plazo de los minerales que serán explotados. Parámetros de diseño (ángulo de talud, recuperación metalúrgica, etc). Geomecanica, Restricciones Medio Ambientales.

estabilidad de talud

Definición del pit final

Entorno

RECURSO

RESERVA

Modelado de yacimientos

Modelo de bloques • Es el método mas usado en la modelación de recursos, consiste en la discretización del espacio 3-D en bloques o celdas tridimensionales. • En un modelo de bloques se almacenan variables tales como, coordenadas, ley del mineral, densidad, tipo de roca, mineralización, propiedades mecánicas, etc. • El bloque representa la mínima unidad usada en un modelo, también llamadas UBC (unidades básicas de cubicación) y depende de aspectos técnicos, mineros y geológicos.

Vista 3-D modelo de bloques

Estrategia minera 60m Beneficio Neto Tasa de retorno Recuperación

120m

180m

Programa de extracción • Método de razón estéril mineral descendente • A medida que cada banco de mineral es extraído, todo el material estéril en dicho banco es extraído hasta el límite del pit • Ventaja, espacio de trabajo operativo • Desventaja, costos operativos son máximos en los primeros años de operación debido al gran volumen de estéril

Programa de extracción • Método de razón estéril mineral ascendente • La extracción de estéril se realiza de tal forma hasta alcanzar el mineral. • Ventaja, beneficio neto máximo en los primeros años reduciendo riesgo en inversión • Desventaja, falta de espacio de trabajo operacional debido a que los bancos son estrechos.

Programa de extracción • Secuencia de extracción en fases • Yacimientos de gran tamaño, cuyos volúmenes de estériles iniciales son bajos y se mantienen bajos hasta el termino de la vida de la mina. • Ventajas • • • • •

Razón estéril mineral bajas en los primeros años. Flexibilidad en el diseño de pit final. Equipos trabajan a capacidad máxima. Permite retiros programados hacia el termino de la mina. El área de trabajo operativo no es excesivamente grande.

Minería a Cielo Abierto • Definición • Excavación hecha desde la superficie con el propósito de extraer mineral, el cual está expuesto a la superficie durante la vida de la mina

• Características • Es necesario remover grandes cantidades de lastre y reubicarlo en botaderos • Objetivo: maximizar beneficio extrayendo el mineral al menor costo posible

Minería a Cielo Abierto • Factores tendientes al desarrollo de minería de superficie: • Aumento en producciones • Paso de subterránea a rajo • Baja en ley • Aumento en productividad de mano de obra

• Mejor que minería subterránea en los siguientes aspectos: • Recuperación • Control de leyes (selectividad) • Flexibilidad de operación • Seguridad • Condiciones de trabajo

Minería a Cielo Abierto • En Chile aproximadamente el 80% de la producción de cobre proviene de faenas a rajo abierto • A pesar de ello, aún existen cuerpos pequeños, irregulares y profundos que sólo pueden ser extraídos por métodos subterráneos • En otros casos, es necesario pasar a mina subterránea o abandonar los recursos cuando la cantidad de estéril que hay que remover para seguir extrayendo el mineral se torna prohibitiva desde un punto económico

Minería a Cielo Abierto

Minería a Cielo Abierto • Pit final depende de la evaluación económica, considerando: • Geometría de la mineralización • Distribución del mineral • Topografía • Ángulos de talud máximos

• El desempeño desde un punto de vista económico depende de: • Elección de razón estéril mineral • Tasas de producción • Equipos

Minería a Cielo Abierto • Definiciones y parámetros • Banco:

• “Tajada” que forma un nivel de operación • El mineral o estéril se saca en capas sucesivas, cada una de las cuales constituye un banco • Se pueden explotar varios bancos a la vez en distintos sectores y a distintas elevaciones en la mina

• Altura de banco:

• Distancia vertical desde la parte más alta o cresta del banco, a la base del banco o pata • Depende de los equipos utilizados para explotar la mina  selectividad • Perforadoras • Palas

• También puede depender de regulaciones legales • A menudo se utilizan bancos dobles o triples cuando se llega al diseño final del rajo • Si bancos durante la explotación eran de 15 m, se puede llegar a tener “muros” de 45 m en el pit final • Bancos pueden ser pequeños (3-5 m) para minas que requieren una selectividad alta hasta muy altos, cuando se privilegia la explotación masiva (15 m)

Minería a Cielo Abierto • Definiciones y parámetros • Ángulo de cara de banco:

• Medido en grados desde la pata a la cresta de un banco • Puede llegar a tener 70 u 80º

• Límites del rajo:

• Extensión areal y vertical hasta donde el rajo es economicamente viable • Depende generalmente del costo de remover estéril, el cual debe “pagarse” con la extracción del mineral más profundo • Otras limitaciones para limitar el rajo son: • • • •

Existencia de ciudades o pueblos Infraestructura construida previamente (plantas de procesamiento) Ríos Límites de la pertenencia minera

Minería a Cielo Abierto • Definiciones y parámetros • Bermas • • • •

Extensión horizontal dejada entre bancos Mejorar la estabilidad del talud Razones de seguridad: evitar o detener rodados Parámetros definidos desde el punto de vista geotécnico • Intervalo de bermas • Ángulo de berma • Ancho de berma

• Ángulo de talud final: • Medido con respecto a la horizontal como el ángulo definido por una línea que va desde la cresta del banco más alto a la pata del banco más bajo del rajo

Minería a Cielo Abierto • Definiciones y parámetros • Rampa

• Necesaria durante toda la vida de la mina para permitir el acceso y transporte del material extraido • Varios sistemas • Espiral • Zigzag

• Parámetros dependen de la capacidad requerida y del tamaño de los equipos: • Ancho • Pendiente

• Sobrecarga

• Estéril que debe ser removido antes de empezar a producir y que permite acceder al mineral más superficial de la mina

Variables relevantes de diseño y planificación • Geológicas: • • • •

Leyes Mineralogía Litología Alteración

Variables relevantes de diseño y planificación • Geotécnicas: • Ángulos de talud • Dominios geotécnicos ANCHO DE RAMPA

br ANGULO INTERRAMPA ANCHO DE BERMA

ar

b

ALTURA GLOBAL (OVERALL)

ho

ALTURA DE BANCO

hb

ANGULO GLOBAL (OVERALL ANGLE) ANGULO INTERRAMPA

ANGULO CARA DE BANCO

ab

ar

ao

ALTURA INTERRAMPA

hr

Variables relevantes de diseño y planificación • Metalúrgicas: • • • •

Recuperación Dureza Costo de operación Costo de capital

Variables relevantes de diseño y planificación • Mercado: • Precio de los metales • Costo de venta

Variables relevantes de diseño y planificación • Sistema minero: • • • • • •

Operaciones unitarias Tipo de equipos y sus características operacionales Dilución Ancho mínimo operacional Costo de operación Costo de capital

Variables relevantes de diseño y planificación • Corporativas: • Misión • Tolerancia al riesgo • Metodología de evaluación de proyectos de inversión

Construcción de caminos minero Para la realización de esta actividad, destacan tres aspectos: el diseño geométrico, estructural y funcional. Diseño geométrico se refiere al trazado y la alineación, tanto en el plano horizontal (radios de curva), como vertical (pendientes, gradientes, caída transversal, súper-elevación). Estos factores definen entre otros las distancias de detención, distancias de visibilidad, trazado de las intersecciones, pretiles de bermas y/o separación de pistas y ancho del camino, dentro de los límites impuestos por el tránsito El diseño estructural, en tanto, se refiere a qué tipo de estructuras (materiales y espesores) se utilizará para soportar las cargas de tránsito impuestas por los equipos de extracción durante la vida útil del camino El diseño funcional, se centra en la selección de materiales de la carpeta de rodado (capa superficial de la estructura) la cual estará afecta no solo a las cargas de tránsito sino también al desgaste por erosión que producen los equipos mineros y las variables medioambientales (principalmente lluvia y nieve). “El diseño funcional corresponde a la definición de la capa superficial de la estructura que interactúa con los vehículos mineros

De acuerdo al Reglamento de Seguridad Minera, Decreto Supremo Nº132, en su artículo 350, se indica que los caminos de accesos e interiores de la faena deben ser de amplitud tal que posibiliten el cruce de dos vehículos, de mayor envergadura. Si lo anterior no es posible, deberán dejarse zonas de cruce, debidamente señalizadas, ubicadas de manera que permitan la visibilidad entre ellos. Estos caminos deberán ser mantenidos en forma transitable y libre de polución.

De acuerdo al artículo 351, del Reglamento, los caminos de fuerte pendiente se deben dotar con salidas de emergencia cada 200 metros y si además tienen zonas de curvas y/o sus trazados están sobre barrancos se debe disponer de un pretil a la orilla exterior del camino con una altura mínima de 2/3 de la altura de la rueda del equipo o vehículo que circulará por el lugar

El artículo 352 se indica que las curvas y los peraltes de los caminos deben ser diseñados de acuerdo a las características técnicas de los vehículos que circulen, velocidad máxima permitida en el lugar y la pendiente del camino (la velocidad máxima en caminos de tierra será de 50 Km/hora, excepto en aquellos lugares donde existan señalizaciones diferentes).

Componentes geométricas de un banco Todas las dimensiones del banco dependen de diferentes factores. La decisión básica es la altura del banco, una vez que se fija el resto de las dimensiones están relacionadas con ella; una guía empírica es que la altura del banco está relacionado con el equipo de carguío principalmente con la altura máxima de excavación. También la altura del banco suele relacionarse con el tamaño del bloque en el sentido z. (Parra, 2015)

Diseño de accesos Construcción de la rampa • • • • • •

Dónde se ubicará la salida o salidas de la rampa desde el pit, esto depende en gran medida de la ubicación de la trituradora y botaderos. Se debe tener más de un acceso, estos incorpora flexibilidad de operación sin embargo el incremento en el costo de desmonte puede ser alto. Los caminos serán internos o externos al pit; y temporales o semi-permanentes. Se construirán rampas en espiral o switchbacks en algún sitio o una combinación de ambas Cuántos carriles tendrá la rampa. Cuál será la pendiente de la rampa. Se puede usar una pendiente de 10%, sin embargo una pendiente de 8% suele ser la más recomendada. (Hustrulid, Kuchta, & Martin, 2013) caminos interiores mina

A = ancho del camión más grande en la operación B = ancho del pretil

caminos principales

A = ancho del camión más grande B = ancho del pretil Bi = ancho berma intermedia

Pretil • El propósito del pretil es evitar que material caiga desde los bancos superiores. • Su ancho depende de la altura que se desee dicho pretil y del ángulo de reposo del material (38º) • Sirve de guía para la conducción de los camiones de extracción.

Hay faenas que calculan la altura del pretil de la siguiente forma: h pretil = altura mayor neumático * 0.5 Para el ancho del pretil considerar 2*(h pretil/ TAN (ángulo de reposo))+0.5

Cálculo de la Pendiente de un camino Para calcular la pendiente que posee un camino se utiliza la siguiente fórmula:

Bermas: Según criterio de Ritchie (1963), modificadas por Evans y Call (1992):

Ejemplo de cálculos: Si conocen los ángulos (cara, Interrampa y altura del banco), el ancho de la berma puede ser calculado como se muestra a continuación: Altura de Banco = 10 mts Angulo de cara = 75º Angulo Interrampa = 45ª

Ancho mínimo de operación en carguío Para una pala con dos puntos de carguío

𝐴𝑀𝐶=𝐵+2𝐷𝑠+𝐴𝐶+2𝑅𝑔+𝐷𝑑 𝐵 – Pretil (m) 𝐷𝑠 – Distancia de seguridad (m) 𝐴𝐶 – Ancho de camión (m) 𝑅𝑔 – Radio de giro de pala hidráulica (m) 𝐷𝑑 – Derrames (m)

Ancho mínimo de carguío para una cargadora frontal 𝐴𝑀𝐶=𝐵+3𝐷𝑠+(𝐿𝑐/√2)+𝐴𝑏𝑎𝑙 𝐿𝑐 – Largo del camión (m) 𝐴𝑏𝑎𝑙 – Ancho de balde (m)

Valorización económica • Ingresos: • • • •

Tonelajes Leyes Recuperaciones Precio del producto

• Costos: • • • •

Costos de minería Costos de procesamiento Costos de metalurgia Costos generales

Valorización de un bloque • El valor debe ser calculado asumiendo que el bloque está descubierto. • El valor debe ser calculado suponiendo que será explotado. • El costo en la detención de la mina, planta o venta debe ser contabilizada en la valorización de un bloque.

Costos de extracción • Perforación • Tronadura • Carguío • Transporte • Mantencion de los caminos • Botaderos • Bombeo de aguas • Costos general de la mina • Amortización y depreciación

Costos de concentración • Movimiento desde stockpile • Molienda • Flotación • Espesadores • Filtración • Secadores • Costos generales de la planta de concentración • Amortización y depreciación

Costos de fundición y refinación • Transporte del concentrado • Costos generales de fundición y refinería • Amortización y depreciación • Perdidas de la fundición y refinería • Transporte del cobre blister • Créditos y cargos de la fundición

Estimación de Valor de un Bloque

dz

Volumen: dx*dy*dz=v [m3] Masa: v*r=m [t] Ingreso: (P-Cfyr)*R*m*l ($) Costo Mina: Cm*m ($) Costo de Proceso: Cp*m ($) Beneficio= (P-Cfyr)*R*m*l - Cm*m- Cp*m

dy dx Densidad r Concentración de cobre %l

Nomenclatura P: precio de producto ($/unidad de producto) Cfyr: costo de venta y fundición ($/unidad de producto) R: recuperación del proceso productivo Cm: costo mina ($/t) Cp: costo de planta ($/t)

Discriminación del estéril Botadero

B<-Cm, Estéril

Beneficio ($)

Planta

B>=-Cm, Mineral

Mineral - Stock - Estéril Botadero

B<-Cm, Estéril Stock

Beneficio ($) B>=-Cm y B<0 , Mineral Marginal Planta

B>=0, Mineral

Métodos de diseño • Cono Flotante: Básicamente consiste en fijar una ley de corte, y buscar desde la superficie del modelo hacia su interior, el primer bloque o conjunto de ellos que la supere. Cuando lo encontramos se suma el valor neto de todos los bloques, si este es positivo, se eliminan todos los bloques implicados. Si lo es, permanecen.

Métodos de diseño • Lerchs & Grossman: - El método permite diseñar la geometría del pit que arroja la máxima utilidad neta. - El modelo de bloques debe tener una altura similar a la altura del banco, y se debe valorizar económicamente cada bloque. - El método resulta atractivo por cuanto elimina el procesos de prueba y error de diseñar manualmente el rajo en cada una de las secciones. - La metodología es conveniente, además para el procesamiento computacional.

Ejemplo L&G

Modelo de Bloques 2-D. De los cuales sólo 3 bloques contienen mineral y su valorización se destaca en color amarillo. Los bloques restantes son lastre y tienen un valor económico de -1.0

Ejemplo L&G

Se genera un arco que una a dos bloques. El valor total de la rama de los dos bloques es 22.9, por lo tanto ambos bloques generan beneficio económico al ser minados

Ejemplo L&G

Se generan otros dos arcos desde el mismo bloque anterior. El valor total de la rama que une a los cuatro bloques es 20.9

Ejemplo L&G

Se procede, ligando los bloques mineralizados restantes con los bloques del banco superior

Ejemplo L&G

El próximo arco de interés proviene desde la rama ubicada a la derecha. Ambas ramas pueden cooperar para pagar el minado de los bloques en común.

Ejemplo L&G

Lerchs-Grossman incluye un procedimiento para vincular dos ramas y trabajarlas como una sola, entregando solo un valor. Note que el valor de la rama de la derecha fue modificado.

Ejemplo L&G

Se continua ligando bloques y esto arroja que el total de la rama izquierda se haya hecho negativo. El próximo bloque esta nuevamente entre una rama negativa y otra positiva.

Ejemplo L&G

Los bloques ligados constituyen el pit optimo. La ‘W’ generada contiene un valor de 0.8. La rama central tuvo un valor negativo por lo que estos bloques no serán Minados.

Programación de la producción Secuencia Minera: fases • Cada fase debe ser representativa de un periodo de la vida de la mina: • Misma ley de alimentación • Misma relación estéril/mineral • Misma capacidad de planta • Cada fase se trata de hacer coincidir con una expansión de la mina o la planta • Deben tener tamaños, volúmenes relativamente similares.

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? Debe responder a facilitar la construcción de un programa de producción que logre maximizar el valor presente neto de un programa de producción minero que posee una capacidad de mina y planta definida.

Asesorías Mineras Limitada, La Serena, Chile

Procesos de Sistemas de Software de Geomodelamiento y planificación de minas