La Planificación de Rajos, y su consiguiente optimización en minas a cielo abierto y minería subterránea, es una tarea crítica que se realiza principalmente con la ayuda de herramientas computacionales de última generación que ayudan a diseñar soluciones que ahorran costos y entregan valiosa información

En términos simples, ‘la planificación u optimización de rajos’ es el proceso que consiste en determinar que material vamos a extraer en la explotación de una mina a tajo abierto, y en que secuencia. El resultado debe ser realista y factible para que el proyecto se pueda financiar y llevar a cabo.

El Grupo Runge, lider mundial en servicios de tecnología minera, con oficinas en 10 países  y un portafolio de clientes que incluye a las empresas mineras más importantes del mundo, desarrolla y comercializa servicios de consultoría y soluciones aplicadas específicamente a la planificación de minas a cielo abierto y minas subterráneas.

“En este tema hay varias etapas, y cada una tiene su propio objetivo, y cada uno de esos objetivos debe ser abordado con especial atención para lograr el objetivo  general de un rajo optimizado. La base del diseño óptimo de rajos se realiza con herramientas computacionales (software) adecuados y especiales para dicho objetivo,” dijo Carlos Donoso, Mining Consultant de Runge Latin America. “Se pueden tener diferentes softwares, para las diferentes etapas, entre los cuales destacan ‘Whittle 4D,’ ‘Mine NPV,’ el ‘MineSight,’ ‘Vulcan,’ ‘Datamine Studio,’  ‘Gems’ y ‘XPAC’ etc. Para este efecto se debe tener previamente lo que se conoce como un ‘Modelo de recursos,’ que es una idealización de todo el yacimiento dividido en bloques de igual tamaño en 3D. Cada bloque contiene toda la información necesaria, como ser; ubicación en 3 dimensiones, el tipo de roca, la estimación de las leyes relevantes, en particular la ley del mineral que será beneficiado, características metalúrgicas como la recuperación y cualquier otra información que resulte relevante al proceso en la Mina o la planta,” explicó Donoso. (Ver figura 1).

Dicha información se basa en todos los sondajes, estudios metalúrgicos, modelo geológico, estudios geotécnicos, hidrológicos, geofísicos, etc. que se hayan hecho previamente y que permitan contar con este modelo lo más cercano a la realidad que sea posible.

Adicionalmente cada bloque es clasificado según su grado de confianza para la estimación de la ley principal. Esta clasificación puede ser diferente en cada mina pero usualmente se emplean los términos “Medido,” “Indicado” e “Inferido”.   El material  “Medido” y “Indicado” es el usado para hacer el diseño.

Se denomina “mineral” al material que será enviado a la planta, de cuyo tratamiento se obtendrá el ingreso para el negocio y se denomina  “estéril” al material que no reportaría ingresos suficientes por lo que no será enviado a la Planta.

También se debe incorporar al modelo, el conocimiento de la superficie topográfica en la zona del yacimiento y alrededores y cualquier otro antecedente como por ejemplo: posibles instalaciones existentes, zonas de restricción, propiedad superficial de los terrenos, y propiedad minera.

Por simplicidad, en esta explicación conceptual, supondremos que la mina o Rajo a diseñar tiene sólo una especie mineralógica posible de beneficiar o dicho de otra forma, se trata de una mina que produce un solo producto.

Un aspecto importante previo al diseño, es considerar el tamaño del bloque del modelo de recursos, lo que se conoce como la “Selectividad” del método de explotación. Para el caso de un rajo abierto la selectividad corresponde al mínimo tamaño de bloque que se puede seleccionar o separar físicamente. de un bloque vecino y está determinada por la altura del banco y el tamaño de los equipos a utilizar (en particular el tamaño del balde del equipo de carguío). Lo anterior ya que el modelo debe predecir en cuanto sea posible las condiciones del mineral que llegará a la Planta para una evaluación económica realista.

Diseño del Rajo Final
Una vez que ya disponemos del modelo de bloques de recursos, se deben obtener lo que se conoce como “Reservas.” Es decir determinar todos aquellos bloques que son susceptibles técnicamente de extraer y tratar en la planta produciendo un beneficio económico global al negocio. De la misma definición de “Reservas” se puede intuir que ellas quedarán determinadas al comparar en cada bloque del modelo el costo que representara su extracción y tratamiento en planta, con los beneficios o ingresos que cada bloque puede entregar.

Los costos del bloque serán sus costos de perforación, tronadura, carguío y transporte más los costos de apoyo, administración beneficio o tratamiento en la planta y costos de capital (En las etapas finales de la vida de la mina, o cuando ya las inversiones se encuentran pagadas, el análisis o determinación debe ser  marginal o sea sin considerar inversiones, solo los costos directos).

Los beneficios del bloque en particular estarán determinados por la ley del bloque, la recuperación esperada en planta, el precio de venta (supuesto) menos los costos de procesamiento posteriores a la planta (por ejemplo como es el caso de la fundición y refinería para los concentrados de cobre), multas si las hubiera, transporte y ventas hasta llegar al cliente.

Cuando se trata de un “Estudio Conceptual” se trabaja generalmente con una recuperación supuesta para todos los bloques en el yacimiento  y con costos de mina constantes promedio para la vida del yacimiento. Pero se ensayan distintos tamaños de planta—tasa de consumo de las reservas—a fin de determinar la estrategia más conveniente para el desarrollo del proyecto. 

En etapas siguientes de Prefactibilidad y/o Factibilidad, ya se deben colocar las recuperaciones de cada bloque estimadas en función de los ensayos metalúrgicos y los costos de extracción de cada bloque que variarán dependiendo de su ubicación en 3D.  Es importante aclarar que los costos de transporte van a variar en función de la profundidad, y el destino. 

Los costos de transporte en una mina son típicamente del orden del 50% del costo total del bloque, por lo que deben ser representados lo mas fidedignamente en el modelo de recursos. Costos para perforación, tronadura, carguio y beneficio también podrían variar bloque a bloque. 

Posteriormente el modelo de recursos es procesado con un software como Whittle 4D para la determinación del Rajo final. El Whittle es el software más conocido, pero no es el único, dichos software se basan en la aplicación del concepto conocido como “cono flotante,” algoritmos de Lerchs-Grossman y otros. 

Se debe alimentar además al Whittle 4d con otra información fundamental cual es el ángulo de talud global de las paredes del rajo y que normalmente cambia dependiendo la calidad de las rocas en los distintos sectores. Además el software optimizador requiere saber; la tasa de alimentación, y costos de capital,

El software recorre todos y cada uno de los bloques del modelo de recursos comparando los ingresos y los costos de cada bloque.

Si el bloque resulta con ingresos superiores a los costos entonces el software lo retira y el bloque es nominado mineral, en caso contrario lo deja sin extraer y es calificado de  estéril. Si el bloque en análisis tiene sobre si, otros bloques de estéril, el bloque en análisis debe ser capaz de pagar tanto su extracción propia como la extracción de los bloques de estéril sobre el, que le impiden su acceso.

De esta forma, finalmente el software entrega una superficie en 3D conocida como “Envolvente de Rajo Final.”  

La envolvente encierra dentro de si todos los bloques que entregaran utilidad igual o superior a cero (0), evidentemente habrá una envolvente para cada precio de venta del producto (mineral a vender). Para precios altos las envolventes serán mayores tomando bloque de leyes progresivamente menores.

Optimización del Diseño del Rajo
En la etapa anterior llegamos a determinar una serie de rajos anidados, cada uno para un escenario de precio de venta determinado, hasta llegar al precio más alto a que se haya decidido hacer el diseño como se muestra en la figura 2.

Generalmente es interesante conocer si las reservas crecen o se mantienen a precios bastante altos en especial para decidir la ubicación de instalaciones como la Planta y los botaderos los que deben quedar fuera de la envolvente del máximo rajo posible.

El software simula para cada rajo final dos estrategias de consumo de las reservas de mineral. La primera llamada “Caso Optimo” en la cual se supone que no hay restricciones ni en el número de bancos ni tamaño de banco que podrá bajar la explotación. Esta estrategia, usualmente,  entrega por tanto la recuperación más pronta factible para las altas leyes.

La segunda estrategia, se conoce como “El Caso Peor.” Lo cual representa una explotación “banco a banco,” donde no se inicia el movimiento del banco inferior hasta terminar con el banco superior en explotación.  Este caso es el peor desde el punto de vista económico ya que obliga a la remoción total del material de un banco antes de poder ir en busca del mineral del banco inmediatamente inferior.

El caso real estará entre ambos casos—y lo más cerca del óptimo económico que las restricciones operacionales lo permitan.  Estas restricciones son por ejemplo el número máximo de bancos o frentes que se puedan tener operativas simultáneamente por razones de disponibilidad y tipo de equipos, o por razones climáticas (Como es el caso en alta cordillera donde cada banco en operación significa equipos para mantener su acceso despejado de nieve) u otras como disponibilidad de destino (stocks o pilas de lixiviación), necesidad de mezclas de material, controles físicos etc….Muchas veces los softwares de optimización no pueden incorporar todas las restricciones del mundo real; entonces hay que tener algún cuidado con sus resultados confirmando sus resultados durante la etapa siguiente de confección del plan minero.

El software optimizador entrega además del volumen final (para cada rajo) una ley de corte que corresponde a aquella ley que maximiza el VAN luego de haber recuperado todo el rajo. 

Teniendo en cuenta los volúmenes resultantes y el espacio generado por cada rajo anidado, se definen “Fases” operativas. Lo que corresponde en términos sencillos a dividir el volumen total del rajo el diferentes etapas las que están orientadas por los rajos anidados, de esta forma las fases irían buscando la recuperación más pronta de los sectores de mejor ley y posponiendo los de leyes más bajas.

Cada fase así optimizada tendrá su propia ley de corte y con frecuencia las leyes de corte de las fases siguientes serán inferiores a las de las primeras fases.

La figura 3 muestra a título de ejemplo una vista en 3D de un rajo que tiene solo 2 fases, la primera de las cuales se concentra en el núcleo de mejores leyes para así aumentar los retornos del proyecto en el periodo de maduración de la inversión.

Rajo Operativo
La última parte correspondiente al diseño es lo que se conoce como la ‘operativizacion del Diseño’ y consiste en adecuar el diseño teórico a las condiciones de operación en cuanto a las pendientes y anchos de rampas de transporte principal y secundarias. 

También en esta etapa se establecen aéreas mínimas que permitan el trabajo de los equipos, bermas seguras para el cruce de camiones, y parapetos o defensas de seguridad en las orillas de las rampas y caminos de transporte.

Las condiciones anteriores son naturalmente función de los equipos que se ha determinado usar y del estándar mínimo para una operación segura de los equipos, estas correcciones disminuyen en algún porcentaje (generalmente menor) la recuperación del mineral definido en el rajo óptimo económico o bien aumentan el requerimiento de movimiento de estéril.

Optimización de Fases
Una vez que las fases operativas se encuentran determinadas, existirán múltiples formas o alternativas para la extracción de cada una de ellas , ya sea en forma individual o combinada. Esto es lo que comúnmente se conoce como “Optimización del rajo” u “Optimización de las fases del Rajo.”

La optimización de una Fase, se puede hacer hoy en día con diferentes herramientas computacionales como ‘XPAC,’ ‘Cronos,’ ‘MineSched,’ entre otros.

“En Runge preferimos usar XPAC, herramienta que ha sido diseñada especialmente para este efecto y que resulta  muy poderosa para la planificación minera en el corto, mediano y largo plazo. Permite planificar interactuando con todas las componentes, de una o varias minas, los cuales son los botaderos, stockpiles, rutas de transporte, requerimientos de la planta, recursos de transporte y carguío, entre otros. XPAC tiene la ventaja de ser aplicable tanto para minería subterránea, como minería a rajo abierto” dijo Jorge Amira, Principal Mining Engineer de Pincock Allen & Hot, el brazo ingenieril del grupo de empresas Runge. “Hemos trabajado por muchos años asesorando diversas mineras del carbón, cobre, oro, fosfatos, entre otras, empleando nuestro paquete universal XPAC, todas ellas localizadas en Australia, Indonesia, Sud África,  América del Norte, y América Latina,” agregó.

En un modelo completo de XPAC se pueden planificar todos los aspectos de movimiento de material, especificado por las combinaciones de “Origen-Destino” como sea necesario., por ejemplo:
• Mineral desde los rajos a las chancadoras,
• Mineral a pilas de lixiviación,
• Mineral de baja ley a Stocks,
• Mineral de baja ley desde stocks hacia chancadoras o lixiviación,
• Solución rica desde lixiviación a planta SX/EW,
• Estéril de la mina a los botaderos, confeccionando el plan de llenado de botaderos.

Lo anterior nos permite por ejemplo:
1. Hacer análisis de recursos para determinar reservas operacionales.
2. Generar planes para diferentes escenarios de precios del producto.
3. Analizar el impacto de las fechas del cambio de explotación de alguna mina (por ejemplo diferir la entrada en producción de una fase que aporta baja ley).
4. Determinar leyes de corte variable por periodo. Maximizando el VAN.
5.Estudiar variaciones de las combinaciones de alimentación a la planta desde varias minas.
6.Confeccionar los planes de producción desglosados a nivel anual, trimestral, mensual  semanal o como sedesee.
7.  Estudiar y evaluar económicamente, las restricciones operativas, como por ejemplo el impacto de disponibilidad de chancadoras u otros equipos.

Las anteriores son sólo algunas de las posibilidades para el desarrollo del modelo.  La ventaja usando XPAC es que casi cualquier cosa es posible modelar, y la planificación no está  limitada por el alcance del software. 

XPAC puede aceptar datos procedentes desde cualquiera de los principales paquetes de modelos geológicos que entregan los modelos de bloques. Cuenta con un  calendario flexible que permite al usuario crear las configuraciones de programación que se requiera y muestra salidas graficas que permiten la visualización y animación en 3D haciendo más fácil y amigable la confección y/o revisión del Plan Minero.

La base de datos de XPAC maneja un número ilimitado de registros y valores de datos, permitiendo modelar minas de cualquier tamaño.

De esta manera se puede incorporar al análisis mezclas de minas subterráneas y minas de rajo abierto, procesos de lixiviación y concentración, o alguna otra combinación que el usuario estime conveniente, analizando en forma simultánea, la mejor estrategia de leyes de corte, capacidad de proceso, tamaño de tronadura, o cualquier política que sea objeto de optimizar en los casos en análisis en el corto plazo.

Plan Minero
El Plan Minero es el producto final en todo el proceso de planificación y de él, se desprenden: El programa de producción (y por tanto los ingresos del negocio); La proyección de los costos de operación y las Necesidades de equipos y/o la renovación de los mismos (Perfil de Inversiones).

En esta última etapa corresponde determinar los rendimientos de los equipos de carguío y transporte para cada periodo (año) para lo cual resulta muy útil un software de simulación producido por Runge llamado ‘TALPAC.’ Esta etapa tiene incidencia en el diseño y optimización ya que el rendimiento de los equipos (que va variando con las variaciones de la geometría del rajo) determinará la necesidad del parque, o número de unidades de carguío y transporte, siendo a veces necesario iterar y volver hacia atrás en la planificación suavizando o moderando el impacto que puedan producir en el parque de equipos requeridos algunos peaks de movimiento de material.

“La realidad hace que casi nunca podamos implementar un ‘plan optimo’—las restricciones del mundo real no nos permitirán un escenario completamente optimizado ante lo cual debemos elegir el caso más favorable para cada oportunidad y contar con las herramientas que permitan analizar con prontitud las alternativas que van surgiendo en el negocio y en la operación de un complejo productivo ‘Mina-Planta’ para que así el cliente optimice su negocio,” explicó Jorge Amirá.

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